操作系统的运行机制（详解版）

将I/O结构的时候提到，现代操作系统是中断驱动（interrupt driven）的。如果没有进程需要执行，没有 I/O 设备需要服务，而且没有用户需要响应，那么操作系统会静静地等待某个事件的发生。

事件总是由中断或陷阱引起的。陷阱（trap，或异常（exception））是一种软件生成的中断，或源于出错（如除数为零或无效存储访问），或源于用户程序的特定请求（执行操作系统的某个服务）。这种操作系统的中断特性规定了系统的通用结构。对于每种中断，操作系统有不同代码段来处理。中断服务程序用于处理中断。

由于操作系统和用户共享计算机系统的硬件和软件，需要确保用户程序的出错仅仅影响自己。由于共享，一个程序错误（bug）可能会对多个进程造成不利的影响。例如，如果一个进程陷入死循环，那么这个死循环可能阻止许多其他进程的正确运行。多道程序系统可能出现更多微妙错误，一个错误程序可能修改另一程序另一程序数据甚至操作系统本身。

如果对这些错误不加以预防，那么计算机只能一次执行一个进程，否则所有输出都值得怀疑。操作系统的正确设计必须确保错误程序（或恶意程序）不会造成其他程序的错误执行。

双重模式与多重模式的执行

为了确保操作系统的正确运行，必须区分操作系统代码和用户代码的执行。大多数计算机系统采用硬件支持，以便区分各种执行模式。

至少需要两种单独运行模式：用户模式（user mode）和内核模式（kernel mode）（也称为监视模式（supervisor mode)、系统模式（system mode）或特权模式（privileged mode））。计算机硬件可以通过一个模式位（mode bit）来表示当前模式：内核模式（0）和用户模式（1）。

有了模式位，就可区分为操作系统执行的任务和为用户执行的任务。当计算机系统执行用户应用时，系统处于用户模式。然而，当用户应用通过系统调用，请求操作系统服务时，系统必须从用户模式切换到内核模式，以满足请求，如图 1 所示。正如将会看到的，这种架构改进也可用于系统操作的许多其他方面。