操作系统基础知识复习：用户态与内核态的交互

"这是王道操作系统课程的第一章复习资料，包含了操作系统的基本概念和运行机制。" 在计算机系统中，操作系统（Operating System，简称OS）扮演着核心管理者的角色，它为应用程序提供服务并管理硬件资源。本节内容主要回顾了操作系统的基本工作原理，包括用户态与内核态的切换以及中断和系统调用的概念。 首先，应用程序通常在用户态下运行，执行非特权指令，执行日常任务如数据处理和用户交互。当需要访问硬件资源或执行敏感操作时，比如磁盘读写或网络通信，应用程序必须通过系统调用来请求操作系统的服务。此时，程序会执行一个特定的“陷入指令”，使CPU从用户态切换到内核态，进入所谓的“舔狗状态”，即由操作系统控制。在内核态，程序可以执行特权指令，这些指令允许对系统进行更底层的操作。 系统调用是一种特殊的异常，由应用程序主动触发，向操作系统传递请求服务的类型和参数。操作系统通过检查系统调用寄存器来识别调用类型，并进行相应的处理。例如，如果一个应用程序请求分配内存，系统调用就会涉及内存管理模块，确认资源是否足够并执行分配。 另一方面，中断则是由硬件产生的，可能是外部设备（如键盘、鼠标）的中断信号，或者是CPU内部检测到的异常情况，如除零错误或页故障。当发生中断时，CPU也会立即停止当前用户态程序的执行，转为内核态来处理中断事件。中断处理完成后，CPU会恢复先前的状态，继续执行被中断的程序，或者根据需要调度其他进程运行。 操作系统通过“进程调度”决定哪个应用程序可以使用CPU。这个过程涉及到进程状态的转换，如就绪态、运行态和等待态。当CPU空闲时，操作系统会选择一个就绪进程，将其状态切换为运行态，从而开始执行。 总结来说，操作系统是协调和管理计算机硬件及软件资源的核心，它通过用户态与内核态的切换、系统调用和中断处理机制，确保了高效、安全的系统运行。理解这些基本概念对于深入学习操作系统原理至关重要。