1.3 操作系统运行环境

一、概念

1. 操作系统运行机制总览

   

2. 应用程序与内核程序

   

3. 特权指令与非特权指令

   

4. 内核态与用户态

   

5. CPU在内核态与用户态的切换

   

   

6. 操作系统运行机制的总结

   

7. 中断和异常总览

   

8. 中断的作用

   

9. 中断的类型

   

10. 内中断的例子

    

    

11. 外中断的例子

    

12. 中断的分类，总结

    

13. 中断机制的基本原理

    

14. 中断和异常，总结

    

15. 系统调用

    

16. 系统调用的回顾

    

17. 系统调用与库函数的区别

    

18. 系统调用的必要性——协调共享资源分配

    

19. 系统调用的分类

    

20. 系统调用过程

    

21. 系统调用的总结

    

二、理解

1. 用户程序在用户态下要使用特权指令引起的中断是：访管中断

2. 中断发生后，进入中断处理的程序是：操作系统程序

3. 从核心态到用户态的转换由操作系统完成，而用户态到核心态的转换由硬件完成

4. 广义指令（即系统调用的指令运行）只能在核心态运行，而系统调用（即广义指令的调用、入口）发生在用户态，即调用广义指令的指令未必是特权指令

5. 中断处理与子程序的区别

   1. 不同

      1. 中断处理需要保存程序状态字寄存器的内容，而子程序不用

   2. 相同：都要保存：程序计数器、通用数据寄存器、通用地址寄存器的内容

6. 处理外部中断时，操作系统与CPU需要保存的数据

   保存内容的原则：保存中断处理程序结束返回后，在原来的程序中还能够用到且一旦丢失无法恢复的内容

   一般由硬件负责保存十分关键的数据，操作系统保存有必要的数据

三、技巧

1. 操作系统中，只能在核心态运行的指令是：置时钟指令、广义指令（系统调用的执行指令），操作系统核心态工作包括四个方面内容

   1. 时钟管理

   2. 中断机制

   3. 原语

   4. 系统控制的数据结构及处理（系统调用类的指令，即广义指令）

2. 运行在核心态与用户态的程序：

   1. 命令解释程序，即CMD，属于联机命令接口（交互式命令接口），运行在用户态

   2. 缺页处理程序，用于处理缺页中断，属于OS内核功能的中断处理，运行在核心态

   3. 进程调度程序，属于OS内核功能的进程管理，运行在核心态，不可能发生在用户态

   4. 时钟中断处理程序，核心态

3. 快表TLB、Cache都是对主存内容的复制，如果发生中断，不需要保存

4. 广义上的中断可以具体划分为外部中断（即狭义上的中断）和内部中断（即异常），其中跟指令相关的错误是异常，与指令无关的是中断

   1. 存储保护错，指用户强制访问没有访问权限的存储区域，与指令有关，是异常

   2. 访存时缺页，指用户在执行程序时，缺少必要的信息，与指令有关，是异常

5. 中断隐指令由硬件执行，中断服务程序由操作系统执行，此外，操作系统还需要完成的是初始化中断向量表

6. 中断处理的过程

   

7. 区分核心态和用户态的原因：区别当前指令是由操作系统执行还是用户应用程序执行

8. 中断与多道程序设计