CPU状态分为目态和管态两种，从目态转换到管态的惟一途径是?

Posted 2023-05-15

参考技术A

从目态转换为管态的唯一途径是中断(访管指令或系统调用)。

机器处于目态时，程序只能执行非特权指令。用户程序只能在目态下运行，如果用户程序在目态下执行特权指令，硬件将发生中断，由操作系统获得控制，特权指令执行被禁止，这样可以防止用户程序有意或无意的破坏系统。

当CPU处理系统程序的时候，CPU会转为管态，CPU在管态下可以执行指令系统的全集。（包括特权指令与非特权指令）

从管态到目态可以通过修改程序状态字来实现，这将伴随着由操作系统程序到用户程序的转换。

扩展资料：

访管指令的操作原理：

当源程序中有需要操作系统服务的要求时，编译程序就会在由源程序转换成的目标程序中安排一条“访管指令”并设置一些参数。当目标程序执行时，中央处理器若取到了“访管指令”就产生一个中断事件，中断装置就会把中央处理器转换成管态，并让操作系统处理该中断事件。

操作系统分析访管指令中的参数，然后让相应的“系统调用”子程序为用户服务。系统调用功能完成后，操作系统把中央处理器的管态改为目态，并返回到用户程序。

从程序调用的角度来看，用户应用程序中要调用一些子程序。子程序可以分为用户自己编写的子程序和软件提供的子程序，对后者的访问即被称为访问系统程序（访管）指令，又称为陷阱（TRAP）指令。

访管指令并不是特权指令。所谓特权指令，是指用于操作系统或其他系统软件的指令，一般不提供给用户使用。

参考资料来源：百度百科-访管指令

参考资料来源：百度百科-目态

参考资料来源：百度百科-管态

操作系统：进程控制

核心态和用户态

为了防止操作系统及关键的数据受到用户程序有意无意的破坏，通常将处理器的运行分为核心态和用户态两种。

• 核心态：又称为管态。它具有较高的特权，能够执行一切命令，并访问所有寄存器和存储区。
• 用户态：又称为目态。这是具有较低特权的运行状态，它只能执行规定的指令，访问制定的寄存器和存储区。

处理器管理的一个重要任务就是进程管理。
进程管理：系统使用一些具有特定功能的程序来创建、撤销进程以及完成进程各个状态之间的转换，从而达到多进程、高效率的并发执行和协调，实现资源共享的目的。

原语

在核心状态下执行的某些具有特定功能的程序称之为原语，其特点是执行期间不允许中断，是一个不可分割的单位。
原语的执行是顺序的不是并发，系统对应进程的控制使用原语来实现。

用于进程控制的原语有：进程创建、进程撤销、进程阻塞与唤醒、进程挂起与激活。

进程创建

在系统生成时，要创建一些必须的、承担系统资源分配和管理工作的系统进程。
对于用户作业，每当调入系统时，由操作系统的作业调度程序为它创建相应的进程。
创建者成为父进程、被创建者成为子进程，创建父进程的进程被称为祖父进程，这样就形成了一个进程家族。

无论是系统或是用户创建进程都必须调用创建原语来实现
创建原语的主要功能是创建一个指定标识符的进程，主要任务是形成该进程的PCB

进程撤销

操作系统通常提供撤销（或终止）进程的方法。
其分为：

• 正常终止
• 由于错误而非正常终止
• 由于祖先进程的要求而被终止。

当进程被撤销时，必须从系统队列中移除，并且释放所有资源，同时审查是否有子进程，如果有的话，一并撤销。

进程阻塞与唤醒

有了常见原语和撤销原语，还不能完成各个进程状态之间的转换。
还需要阻塞原语和唤醒原语。

阻塞原语：
当一个进程出现等待事件的时候，该进程调用阻塞原语将自己阻塞。
阻塞原语的功能是：把CPU现场送至该进程的现场保护区，置进程的状态为等待，并插入到相应的等待队列中去，然后转到进程调度程序，另选一个进程投入运行。

唤醒原语：
进程处于等待状态时不能唤醒自己。
有一个“发现者”进程能够在进程所期待的事件出现的时候用唤醒原语叫醒他。
唤醒原语的功能：唤醒处于某一等待队列中的进程，入口信息为唤醒进程名

进程的挂起与激活

由于输入输出的速度比处理机的运算速度更慢，经常会出现处理机等待输入输出的情况。这时操作系统需要将主存中的进程兑换至外存（或称为辅存）。为了刻画这种状态，新增一种为“挂起”的状态。当所有进程阻塞的时候，所有的进程都是等待态，处理机空闲。操作系统可以将一个或者一些进程置为挂起状态，并将他们交换到外存的交换区。
而当计算机中出现了或者空出了进程所需要的资源，操作系统调用激活原语激活进程，将挂起状态的进程从外存调入主存中使用空出的组员，修改这个进程状态为就绪态。