linux - 操作系统(内核)对程序指令的影响(二进制级别)

Question

如果我们没有在处理器上运行的操作系统 - 它会运行我们提供给它的二进制程序(以机器语言)。例如，如果它是一个指令序列(假设没有跳转):A B C D；然后这四个指令将简单地一条一条运行。

现在，当我们谈论操作系统时，通常的谈论方式是——操作系统/内核会注意一个进程的指令不会干扰另一个进程的指令；操作系统管理对设备的访问。这种语言听起来像是有一个守望者(一个独立的一直活着(在执行的意义上)的实体)从高处往下看，并指示/确保一切都在公平、顺利地运行，并做他需要做的事为正在运行的一切(其他凡人进程)做事。

在现实中，机器当然没有这种神一样的位置。只有一个处理器 (ALU)，它根据程序计数器中的下一个值执行指令 - 这个处理器不知道也不关心指令是什么。

那么，操作系统是如何“照顾”一切的呢？它是否将我们要运行的程序的指令与它自己的一堆指令交织在一起以执行监管？因此，如果程序的指令集是 A B C D(并假设其中一些是外部设备访问命令)——那么它可能会在内存中的某处变为 A X B Y C D Z(从哪里处理器获取这些指令)？在最后一条指令之后，它又是操作系统的指令集，它复制另一个程序或做一些内务处理……？基本上你的问题是:操作系统如何执行它的功能 - 在 ALU 上运行的机器指令流方面？

Answer 1

可以运行“适当”操作系统的架构通常为应用程序和内核提供不同的操作模式。有些指令只能在内核模式下执行，如果您的用户程序试图运行它们，则会引发某种通知(异常、陷阱、中断等)，从而停止执行用户代码并切换到操作系统然后处理这个问题。类似的机制与内存管理单元一起工作以提供虚拟内存:当指令引用由于某种原因无法访问的虚拟地址时，将发生页面错误并将控制权转移到操作系统，以便操作系统采取行动。当外部事件(硬件中断)需要服务时，例如当设备需要一些关注时，操作系统也会获得控制权。

除此之外，在多任务系统中，操作系统还定期进行控制，以便管理资源分配。这通常涉及定时器中断。