操作系统运行环境

处理器运行模式

• 特权指令（内核态）
• 非特权指令（用户态）

时钟管理

• 计时
• 时钟中断，可以实现进程的切换

中断机制

中断机制中，只有一小部分功能属于内核，它们负责保护和回复中断现场的信息，转移控制权到相关的处理程序

原语

定义原语的直接方法是关中断，让其所有动作不可分割地完成后再打开中断

中断和异常的概念

发生中断或异常时，运行用户态的CPU会立即进入核心态，这是通过硬件实现的。

中断和异常的定义

• 中断（外中断）：CPU执行指令外部的事件（输入输出）
  • 可屏蔽/不可屏蔽中断
• 异常（内中断）：CPU执行指令内部的事件（地址越界，运算溢出），异常不能不屏蔽，一旦出现，就应当立即处理。
  • 故障（指令执行引起的），自陷（事先安排的），终止 （出现CPU无法解决的硬件故障）
    故障和自陷属于软件中断，终止和外部中断属于硬件中断。

系统调用

系统调用是指用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能，系统调用可以视为特殊的公共子程序。凡是与资源有关的操作，都必须通过系统调用方式向操作系统提出服务请求，并由操作系统代为完成。

• 需要运行在核心态
• 用户程序不能直接执行对系统影响非常大的操作，必须通过系统调用的方式请求操作系统代为执行
• 程序由用户态转到核心态，需要用到仿管指令（用户态使用的，不是特权指令）

内核架构

宏内核：将系统的主要功能模块都作为一个紧密联系的整体运行在内核态
微内核：将内核中最基本的功能保留在内核，将那些不需要在核心态执行的功能移到用户态执行，降低内核的设计复杂度。

• 基本功能
  • 进程（线程）管理： 进程（线程）管理是微内核最基本的功能
  • 第几存储器管理
  • 中断和陷入处理
• 特点
  • 扩展性和灵活性
  • 可靠性：大部分模块都运行在用户态，一个模块的崩溃并不会导致OS的崩溃
  • 可移植性
  • 分布式计算

OS引导

OS是一种程序。
常见OS引导过程

• 激活CPU：激活的CPU读取ROM中的boot程序，将指令依存器置为 BIOS（基本输入/输出系统）的第一条指令，即开始执行 BIOS 指令
• 硬件自检：启动 BIOS 后，检查硬件是否有故障。若有，启动终止。若没有，屏幕会显示CPU，内存等信息
• 加载带有OS的硬盘：BIOS 开始读取 Boot Sequence，把控制权交给启动顺序排在第一位的存储设备，然后CPU将该存储设备引导扇区的内容加载到内存中
• 加载主引导记录 MBR：MBR的作用是告诉CPU去硬盘的哪个主分区找OS
• 扫描硬盘分区表，加载硬盘活动分区：MBR扫描硬盘分区表，进而识别含有OS的硬盘分区（活动分区）。找到活动分区后，加载硬盘活动分区，将控制权交给活动分区
• 加载分区引导记录PBR：读取活动分区的第一个扇区（分区引导记录PBR），用来寻找并激活分区根目录下用于引导OS的程序
• 加载启动管理区
• 加载OS

虚拟机

是逻辑计算机，利用特殊的虚拟化技术，通过隐藏特定计算平台的实际物理特性，为用户提供抽象的，统一的，摸你的计算环境

• 第一类虚拟机管理程序：类似一个OS，是唯一一个运行在最高特权级的程序。在裸机上运行，并具备多道程序功能，向上层提供若干台虚拟机 ，虚拟机作为用户态的一个进程运行。
• 第二类虚拟机管理程序：是一个依赖于 Linux 等 OS 分配和调度资源的程序，像一个普通的进程。