6.S081 lec3笔记

操作系统的强隔离性

Q：为什么不把系统调用实现为一个库？使应用程序可以根据需求定制自身的库？

A：如果所有应用程序互相信任且没有错误，协同操作的分时方案是可行的。但是在大多数情况下，应用程序间都是互不信任的并且存在bug，所以需要操作系统实现强隔离性。

Q：强隔离性如何实现？

A：操作系统最好禁止应用程序直接访问硬件资源，把硬件资源抽象为服务，例如Unix系统的close 、open等系统调用使应用程序不必直接读写磁盘。

Unix在进程之间透明地切换处理器，根据需要保存和恢复寄存器状态，而应用程序不必意识到分时共享的存在。

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用户态与核心态

用户态=用户模式=目态（User Mode）

核心态=管理模式=管态（Kernel Mode）

强隔离性需要操作系统与应用程序间的硬边界，当应用程序出错时，我们不希望操作系统或者其他应用程序因此出错。操作系统应该保证应用程序不能修改操作系统的数据和指令，应用程序也不能访问其他进程的内存。

在管理模式下，CPU被允许执行特权指令。应用程序只能执行用户模式中的指令，并在用户空间中运行。处于管理模式的软件可以执行特权指令，并在内核空间中运行，在内核空间运行的软件称作内核。

想要调用内核函数的应用程序必须过渡到内核，之后由内核验证系统调用的参数，决定是否允许应用程序执行该操作。

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内核组织的两种形式

宏内核

定义：整个操作系统都在内核中，所有系统调用以管理模式运行。

特点：操作系统设计者不必考虑哪一部分不需要完全的硬件特权，操作系统的各部分更容易合作。但不同部分的接口通常很复杂，且一个错误可能就是致命的，如果内核停止运行，那么所有的应用程序都将停止，只得重启计算机才能再次使用。

微内核

定义：为了降低内核出错的风险，设计者最大限度地减少在管理模式下运行的系统代码量，在用户模式下执行大部分操作系统。

下图说明了宏内核与微内核的区别