OS的运行机制和体系结构（2）

• 操作系统的体系结构

操作系统和企业管理类似   内核就是企业的管理层，负责一些重要的工作，只有管理层能执行特权指令。用户态、核心态之间的切换相当普通员工和管理层之间的工作交接。大内核：初创企业体量不大，管理层负责大部分事情，效率高但是结构混乱，难以维护。微内核：随着企业体量也来越大，管理层只负责最核心部分工作，组织结构清晰，方便维护，但是效率低。

1.  大内核
   1. 将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态
   2.  优点：高性能
   3. 缺点：内核代码庞大、结构混乱、难以维护
2. 小内核
   1. 只把最基本的功能保留在内核
   2. 优点：内核功能少，结构清晰，方便维护
   3. 缺点：需要频繁地在核心态和用户态中间切换，性能低

•     中断和异常（内中断和外中断、中断处理过程）

1. 中断是为了实现多道程序并发执行而引入的一种技术，人们通过操作系统作为计算机的管理者，并引入中断机制，从而实现多道程序并发执行。
2. 本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。

中断过程：当CPU收到计时部件发出的中断信号时，操作系统切换为核心态，并对中断进行处理（通过内核进行处理），此时意味着进程 1 的时间片已用完，换进程 2 运行，并切换为用户态。进程 2 运行时可能发出系统调用（内中断信号），请求输出，此时，CPU切换为核心态，并对中断进行处理（进程 2 暂停运行、等待 I/O 完成，换进程 3 运行，并切换为用户态）。I/O 完成后，设备向CPU发出中断信号，操作系统切换为核心态，并对中断进行处理（恢复进程 2 的运行，并切换为用户态，以完成后续工作）。

        中断的概念和作用   （发生了中断，就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（比如进程切换、分配I/O设备等）需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转为核心态。中断可以使CPU从用户态转为核心态，使操作系统获得计算机的控制权，有了中断，才能实现多道程序并发执行。）

1. 当发生中断CPU会立即进入核心态
2. 当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理
3. 对不同的中断信号，会进行不同的处理       

        中断   （广义的中断）  通过“中断信号来自cpu内部还是外部”判断是内/外中断

1. 内中断（也称异常（信号来源：CPU内部与当前执行的指令有关）、例外、陷入）
   1. 自愿中断--指令中断     如：系统调用时使用的访问指令（又叫陷入指令）
   2. 强迫中断
      1. 硬件故障   如：缺页
      2. 软件中断   如：整数除0
2. 外中断（狭义中断）  信号来源：CPU外部当前执行的指令无关
   1. 外设请求   如：I/O操作完成发生的中断信号
   2. 人工干预    如：用户强制终止一个进程
3.  补充：内中断的另一种分类方式
   1.  陷阱、陷入（trap）
   2. 故障（fault）
   3. 终止（abort）     

        外中断的处理过程
            step1：每条指令执行结束后，CPU检查是否有外部中断信号
            step2：若有外部中断信号，则需要保护被中断的CPU环境
            step3：根据中断信号类型转入相应的中断处理程序
            step4：恢复原进程的CPU环境并退出中断，返回原进程继续往下执行