操作系统：处理器状态与管态目态详解

操作系统复习主要围绕处理器的状态、操作系统的核心功能和特征、以及它在计算机系统中的角色展开。处理器的状态是理解操作系统工作原理的关键，包括管态和目态。管态，也称为特权态或系统态，是指操作系统（如Windows、Linux等）在运行时，拥有最高权限，能够访问和控制硬件资源，执行特权指令，如中断处理和内存管理。这种状态下，操作系统能进行系统级任务，如调度、保护和隔离进程资源。 相反，目态或用户态则是用户程序（应用程序）运行时的状态，它具有较低权限，只能执行非特权指令，处理日常用户任务。在用户态下，程序不能直接访问硬件，必须通过操作系统提供的接口来请求资源和服务。CPU状态的转换，由用户态到管态通常通过硬件中断实现，而在管态到用户态时，操作系统会根据安全策略修改程序状态字以保护系统资源。 操作系统的主要功能包括并发性、共享性和虚拟性，这些特性使得多个程序能在同一时间或空间内执行，资源得以高效利用。不确定性体现在操作系统需要处理各种不可预见的事件，如进程间的通信、异常处理等。此外，操作系统还负责多道程序设计的概念，允许多个作业在主存中并行执行，虽然在微观上仍是顺序执行，但在宏观层面实现了并发。 操作系统按应用场景和性能需求分为多种类型，如批处理、分时、实时、嵌入式、个人电脑、网络和分布式操作系统。运行操作系统所需的硬件环境包括中央处理器（CPU）、存储系统、中断机制、通道、时钟和BIOS。其中，特权指令与非特权指令的区别至关重要，确保了系统的安全性和效率。 在硬件层面，边界地址寄存器（界限寄存器）和存储键等保护机制被用于防止程序越界，确保每个进程在其分配的内存空间内运行。通过地址转换，操作系统可以管理这些边界，并确保不同进程之间数据的隔离。 总结来说，处理器的状态转换和操作系统功能的深入理解，对于构建、优化和维护现代计算机系统至关重要。它不仅涉及硬件与软件的交互，也影响着用户体验和系统的性能。