巩固基础——操作系统（2）操作系统的运行环境与运行机制

处理器的状态（又叫处理器的模式）：

处理器是由运算器，控制器，以及一系列的寄存器以及高速缓存构成

有两类寄存器：1，用户可见寄存器：高级语言通过优化算法进行分配和使用，减少了程序访问内存的次数。

                             2，控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作，通常由操作系统代码使用。用于控制处理器的操作，在某种特权级别下可以访问和修改。

                                                 常用的控制和状态寄存器：程序计数器（PC）：记录将要取出的指令的地址

                                                                                                  指令寄存器（IR）：记录最近取出的指令

                                                                                                   程序状态字（PSW）：记录处理器的运行状态，如条件码，模式，控制位。

现代处理器通常将CPU的状态划分为两种，三种或者四种

在程序状态字寄存器PSW专门设置一位，根据运行状态对资源和指令的使用权限而设置不同的CPU状态

以上是硬件提供的各种不同的CPU状态。那么操作系统需要两种CPU状态，一种是用于内核态，运行操作系统的代码，一种是用户态，运行用户的代码。所以根据不同的状态划分了两种指令：1，特权指令：只能操作系统使用，用户不能使用。2，非特权指令：用户程序可以使用的指令。

中断/异常的机制：可以说 操作系统是由”中断“驱动的或者是”事件“驱动的

中断/异常的主要的作用：1，及时处理设备发来的中断请求。2，可使OS捕获用户所想要执行的操作。3，防止用户程序执行过程中的破坏性行为。等等。

中断/异常的概念：CPU对发生的某个事件作出的反应。CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序，处理完成后返回刚才被打断的程序断点处接着执行接下来的程序。

中断/异常改变了处理器的控制流，其特点是：随机性的，自动处理的，可恢复的，

中断/异常的工作机制：中断/异常的机制是现代计算机的核心机制之一，硬件和软件的相互配合而使计算机系统得以充分发挥能力。

                                         硬件该做什么事？————中断/异常响应 

                                          捕获中断源发出的中断/异常请求，并以一定方式进行响应，将处理器的控制权交付给特定的处理程序

                                          软件该做什么事？————中断/异常处理程序

                                           识别中断/异常的类型，并且进行相应的处理

系统的调用机制：

1，系统调用是什么？系统调用就是在编程期间，用户可以调用操作系统的功能。

2，系统调用的作用：系统调用是操作系统提供给用户的唯一接口，使CPU的状态从用户态陷入到内核态。

3，典型的系统调用有哪些？每个操作系统都会提供几百个的系统调用（例如：进程控制，进程通信，文件使用，目录操作，设备管理等等）

系统调用的执行过程：

当CPU执行到特殊的陷入指令时：

1，中断/异常机制：硬件保护现场，通过查询中断向量表将控制权转给系统调用总入口的程序。

2，系统调用总入口程序：保存现场；将参数保存在内核的堆栈中，通过查系统调用表将控制权转给相应的系统调用处理例程或者是内核函数

3，执行系统调用例程

4，恢复现场，返回用户程序