操作系统:处理器状态与管态目态详解
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更新于2024-08-25
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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。
2022-08-08 上传
2022-01-05 上传
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2022-06-29 上传
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