操作系统 —— 操作系统运行环境

一、CPU

运算器、控制器与一系列寄存器与高速缓存构成。

两类寄存器

用户可见寄存器（用于减少内存访问次数）

控制与状态寄存器（用于控制 CPU的操作，只能由操作系统代码操作）

1. PC 记录将要取出的指令的地址
2. IR（指令寄存器）记录最近取出的指令
3. PSW（程序状态字）记录 CPU的运行状态（表示CPU为内核态还是用户态）

指令

特权指令：设置时钟、修改 PSW、启动I/O、内存清零、停机

非特权指令：访管指令

用户态 -> 内核态 中断、异常 + 陷入指令（唯一途径）

内核态 -> 用户态 设置 PSW 程序状态字

二、中断与异常

为什么引入中断？支持并行操作。

为什么引入异常？用于表示 CPU指令出现问题。

外中断

• IO 中断
• 时钟中断
• 硬件故障

内中断（异常）

• 系统调用
• 页故障
• 断点指令
• 保护性异常
• 程序性异常（比如除零）

中断是异步的，异常是同步的。

中断与异常的工作原理

相应过程

① 指令执行完检查中断寄存器是否存在中断信号

② 如果程序可中断，保存被中断程序状态（PC、PSW），再将中断触发器内容写入 PSW

③ 根据状态字去中断向量表查询中断入口程序

④ 将中断入口地址写入寄存器

⑤ 中断处理程序开始工作

⑥ 中断处理结束，CPU检测到中断返回指令，CPU恢复原来的状态（PC、PSW恢复到原来的值）

三、系统调用

限入指令引发异常（内中断）完成用户态到内核态的切换

+ 事先生成的系统调用号与参数（存放在通用寄存器中传递给内核）

+ 去系统调用表查找被调用的服务

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原文：https://www.cnblogs.com/lemos/p/14013158.html