Как код ОС выполняется микропроцессором, когда микропроцессор имеет ограниченный набор инструкций/кодов операций
Я пытался понять и провел много онлайн-исследований, но все еще сомневаюсь:
Если процессор понимает только коды операций (которые ограничены), то как можно выполнять код операционной системы? Например многозадачность, планирование, для них есть какой-то модуль/код в операционной системе. Если эти «коды» не «создаются» кодами операций, понятными процессору, то кто понимает код (не код операции / «нестандартный» код), то есть тот, который не входит в «список кодов операций» процессора . У меня возникли сомнения, может кто-нибудь, пожалуйста, помогите мне понять это.
Ответы 1
Операционная система использует только те коды операций, которые понимает процессор. Весь код ОС состоит из разрешенных кодов операций ЦП.
Современные операционные системы требуют, чтобы некоторые определенные операции были встроены в процессор. Например, для запуска Linux процессор должен иметь как минимум два режима привилегий (и коды операций для их переключения) и поддерживать виртуальную память (и коды операций для ее настройки). Если у ЦП нет этих кодов операций, современная ОС не сможет работать на таком ЦП. Именно поэтому на Zilog Z80 нет Linux.
Современные процессоры имеют некоторые коды операций, которые может использовать только ОС. Обычно это коды операций, которые позволяют пользовательским программам «выйти» из-под контроля ОС. Когда процессор встречает один такой код операции — он проверяет, принадлежит ли текущий код ОС (как это делается — зависит от процессора). Если этого не произойдет – ЦП не выполнит действие, а вместо этого «стучит» ОС. Примечание: эти коды операций, предназначенные только для ОС, по-прежнему встроены в процессор! Просто у процессора есть дополнительные условия, которые он должен проверить, прежде чем запускать их.
Многозадачность и планирование в основном выполняются с помощью обычных кодов операций — с добавлением лишь нескольких кодов операций, предназначенных только для ОС. Например, многозадачность на одном ядре выглядит так:
- Текущая программа прерывается для запуска кода ОС. При этом используется механизм прерываний ЦП и таймер.
- Текущее состояние программы сохраняется в памяти. Это делается полностью с помощью обычных кодов операций — вы просто сохраняете все регистры, к которым у программы есть доступ.
- Выбирается следующая программа для запуска. Делается с помощью обычных кодов операций — вы просто читаете список процессов и решаете следующий в соответствии с каким-то правилом или системой баллов.
- Карта виртуальной памяти переключена. Использует коды операций только для ОС.
- Состояние следующей программы восстанавливается из памяти. Обычные опкоды.
- Вернитесь в программу. Операционный код только для ОС, сообщающий ЦП отключить привилегированный режим ОС.
Большое спасибо за ответ. Есть ли у вас какие-либо ссылки/указатели, откуда вы получили эту информацию, чтобы я мог искать дальше. В наши дни ОС очень сложны. Означает ли это, что они могут делать все это с ограниченным набором кодов операций?
@CuriousMind Да, все это делается с помощью ограниченного набора инструкций. На самом деле 99% всего сложного программного обеспечения — это просто арифметика, условные переходы и копирование данных. К сожалению, я не могу дать вам ссылки. Я не научился этому через формальное образование. Я думаю, что все это должно быть объяснено в каком-нибудь университетском учебнике по операционным системам, но я не знаю, какая книга лучше.
Они называются «системными вызовами», обычно это делается путем установки определенных регистров и последующего вызова определенного прерывания (которое ОС заранее устанавливает для вектора прерывания). Другие ответы (хотя и с другой стороны, программы пользовательского пространства для взаимодействия с ОС) отражают это намного лучше