操作系统内核架构图操作系统内核的概念

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冷月星 2023-08-12 20:27:11

1.系统内核

而内核顾名思义，是操作系统的核心部分，是加到硬件上的第一层软件。内核可以通过执行各种原语操作实现管理和控制功能，同时内核也是进程赖以活动的基础。

内核作为操作系统的一部分会被频繁的调用，所以会常驻在内存中。通常会将一些与硬件紧密相关的模块(如中断处理程序)，各种常用设备的驱动程序，以及运行频率较高的模块(时钟管理、进程调度)都安排在内核，以便提高操作系统的的运行效率。除此以外，一般还会对内核加以特殊的保护。

进入核心的唯一入口是中断。

内核的执行特点:(1)由中断驱动：中断——内核——退出。(2)连续执行(3)内核执行过程是在中断屏蔽状态下(4)内核使用特权指令

内核的功能：
1.支撑功能：中断处理，时钟管理，原语操作
2.资源管理功能：进程管理，储存器管理，设备管理

2.中断

在进程运行过程中，如果时间片用完或者需要等待某个事件发生，即时模块就会发出一个中断信号，CPU接收后就会切换到核心态，将CPU的权限交给操作系统，由操作系统进行后续的调度。
在上述过程中我们可以看到：(1)中断后,CPU进入核心态(2)进入核心态后，操作系统会进行进一步的调度防止资源浪费
从而我们可以看到中断的实质：中断会发出一种信号，其意味着进程遇到了问题或者时间片用完，需要操作系统介入。

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3.管态与目态

通常CPU执行两种不同性质的程序：一种是操作系统内核程序；另一种是用户自编程序或系统外层的应用程序。对操作系统而言，这两种程序的作用不同，前者是后者的管理者，因此“管理程序”要执行一些特权指令(不允许用户直接使用的指令，如I/O指令、置中断指令等），而“被管理程序”出于安全考虑不能执行这些指令。所以我们将机器分为两种状态，通过状态的切换来保护操作系统程序。

管态(核心态、系统态)：在此状态下，CPU可以执行指令系统的全集，是一种具有较高特权的执行状态，可以访问所有寄存器和存储区。另外OS内核通常是运行在系统态的，进程控制是由OS内核实现。
目态(用户态)：在此状态下，CPU只能执行非特权指令。可访问指定的寄存器和存储区，只具有较低的特权。一般的用户程序在此状态下执行。