5. 运行机制和体系结构

1. 运行机制

1.1 两种指令

• 特权指令
  1. 如内存清零指令
  2. 仅在内核态下才能使用的指令
  3. 不允许用户程序使用
• 非特权指令
  1. 如普通的运算指令
  2. 在目态和管态下都能工作

操作系统能执行全部机器指令,应用程序只能使用非特权指令。

1.2 两种处理器状态

• 用户态（目态）
  • 此时CPU只能执行非特权指令
• 核心态（管态）
  • 特权指令、非特权指令都可执行

两种处理器状态用程序状态字寄存器（PSW）中的某标志位来标识当前处理器处于什么状态。

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程序状态字（PSW）

作用：实现程序状态的保护和恢复。

标志划分：状态标志、控制标志和系统标志。

1.3 两种程序

• 内核程序
  1. 是系统的管理者
  2. 既可以执行特权指令，也可以执行非特权指令
  3. 运行在核心态
• 应用程序
  1. 只能执行非特权指令
  2. 运行在用户态

2. 操作系统的内核

内核： 计算机上配置的底层软件，是OS最基本、最核心的部分。

实现操作系统内核功能的程序就是内核程序。

功能：

1. 中断处理
2. 时钟管理
3. 短程调度
4. 原语管理

属性：

1. 内核是由中断驱动的
2. 内核是不可抢占的
3. 内核可以在屏蔽中断状态下执行
4. 内核可以使用特权指令

内核是OS对裸机的第一次改造，内核和裸机组成了第一次虚拟机，进程在虚拟机上运行。


虚拟机特性:

1. 虚拟机没有中断
2. 虚拟机为每个进程提供了一台虚处理器
3. 虚拟机为进程提供功能强大的指令系统

3. 操作系统的体系结构

• 大内核
  1. 将OS的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态
  2. 优点：高性能
  3. 缺点：内核代码庞大，结构混乱，难以维护
• 微内核
  1. 只把最基本的功能保留在内核
  2. 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护
  3. 缺点：需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低

华为鸿蒙系统用的是微内核。

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