操作系统的运行机制

内核程序和应用程序

我们普通程序员写的程序就是“应用程序”。
微软、苹果有一帮人负责实现操作系统。他们写的是“内核程序”，由很多内核程序组成了“操作系统内核”，或简称“内核（Kernel）”。
内核是操作系统最重要的核心部位，也是最接近硬件的部分，甚至可以说，一个操作系统只要有内核就够了（eg：Docker ——> 仅需Linux内核），操作系统的功能未必都在内核中，如图形化用户界面GUI。

特权指令和非特权指令

在CPU设计和生产时就划分了特权指令和非特权指令，因此CPU执行一条指令就能判断出其类型。

非特权指令：应用程序只能使用“非特权指令”，如：加法指令、减法指令等。
特权指令：操作系统内核作为“管理者”，有时候会让CPU执行一些“特权指令”，如：内存清零指令。这些指令影响重大，只允许“管理者” —— 即操作系统内核来使用。

内核态和用户态

问题：CPU能判断出指令类型，但是它怎么区分此时正在运行的是内核程序or应用程序？

CPU有两种状态：“内核态”和“用户态”

处于内核态时，说明此时正在运行的是内核程序，此时可以执行特权指令
处于用户态时，说明此时正在运行的是应用程序，此时只能执行非特权指令

拓展：CPU中有一个寄存器叫程序状态字寄存器（PSW），其中有个二进制位，1表示“内核态”，0表示“用户态”。
别名：内核态＝核心态＝管态；用户态＝目态

内核态、用户态的切换

内核态 —> 用户态：执行一条特权指令，修改PSW的标志位为“用户态”，这个动作意味着操作系统将主动让出CPU使用权。
用户态 —> 内核态：由“中断”引发，硬件自动完成变态过程，触发中断信号意味着操作系统将强行夺回CPU的使用权。（除了非法使用特权指令之外，还有很多事件会触发中断信号。一个共性是，但凡需要操作系统介入的地方，都会触发中断信号）。