kernel 是什么？

1. 當(dāng)計(jì)算機(jī)接上電源的那一刻，會(huì)啟動(dòng)一個(gè) kernel 程序，加載到內(nèi)存當(dāng)中，這是整套系統(tǒng)第一個(gè)加載到內(nèi)存當(dāng)中的程序，也就是說 kernel接管了硬件的調(diào)用，kernel 它將最底層封裝后，內(nèi)核會(huì)向外暴露一些調(diào)用，又叫系統(tǒng)調(diào)用(system call)。
   當(dāng)其他程序要調(diào)用資源的時(shí)候，是直接面向于kernel的。例如訪問硬盤。
2. kernel還起到一個(gè)非常關(guān)鍵的安全性保證，不讓其他程序亂動(dòng)硬件和訪問其他程序的內(nèi)存，因此kernel與cpu存在著兩種交互模式。
   kernel加載到內(nèi)存前與cpu的交互是實(shí)模式，加載完畢以后，轉(zhuǎn)換為保護(hù)模式。
   實(shí)模式下，kernel訪問cpu請(qǐng)求，獲取到的都是真實(shí)的物理地址。
   保護(hù)模式將kernel本身的內(nèi)存地址虛擬化隔離開，還可以將其他程序分配到一個(gè)虛擬地址。
3. kernel中有個(gè)調(diào)度程序，會(huì)將其他的活動(dòng)進(jìn)程扔到一個(gè)隊(duì)列里面。內(nèi)核里面還有一個(gè)中斷向量表，是一個(gè)hashmap，key為中斷號(hào)，值為回調(diào)函數(shù)。
   在程序沒啟動(dòng)前，程序只是一個(gè)文件，當(dāng)程序啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)核會(huì)讀取文件將其讀取到內(nèi)存當(dāng)中。

時(shí)分系統(tǒng)與中斷

單核cpu利用時(shí)間片來保證每個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行。也叫時(shí)分系統(tǒng)。

時(shí)間片如何產(chǎn)生的？

晶振(硬件)：直流電輸入，輸入過程是沒有間歇的，它的輸出是按照一定頻率分段的(交流電的輸入是有間隔的)。它的輸出會(huì)連接到cpu上，因?yàn)橛虚g隔的輸出，每當(dāng)cpu收到一個(gè)電流信號(hào)，則會(huì)發(fā)生一個(gè)中斷行為。
當(dāng)中斷行為產(chǎn)生，cpu會(huì)把當(dāng)前執(zhí)行的程序在cpu上的寄存器中緩存的數(shù)據(jù)寫回到內(nèi)存（先找到中斷向量表，再通過kernel），保留上下文現(xiàn)場(chǎng)。再把另外一個(gè)(Kernel的隊(duì)列按順序取出看優(yōu)先級(jí))需要加載的程序的內(nèi)存再放回到寄存器中。之后，再執(zhí)行用戶的程序代碼，開始進(jìn)入了用戶態(tài)。如此循環(huán)。

晶振

當(dāng)執(zhí)行到 system.out.println("hello world")

在這個(gè)過程中，我們首先會(huì)進(jìn)入到系統(tǒng)調(diào)用入口程序，然后會(huì)往cpu寄存器(eax)送寫了一個(gè)write函數(shù)，參數(shù)('hello world')也會(huì)放到一個(gè)寄存器(ebx)，緊接著當(dāng)cpu看到write后，就會(huì)開始找內(nèi)核kernel，因?yàn)樗恢纖rite函數(shù)是在內(nèi)核的哪個(gè)地址上，然后cpu會(huì)埋下一個(gè)cpu的指令 int 0x80，int是指令不是變量類型，為中斷的前三個(gè)字母的首字母interrupt，當(dāng)讀到int指令后，就會(huì)讀到0x80，0x80是16進(jìn)制的128，128存在中斷向量表當(dāng)中，找到對(duì)應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，即切換程序指令，這個(gè)回調(diào)函數(shù)的大致內(nèi)容是不要執(zhí)行當(dāng)前程序了，開始保護(hù)當(dāng)前程序的上下文現(xiàn)場(chǎng)，放入到寄存器，然后進(jìn)入阻塞狀態(tài)，到內(nèi)核，把剛才寄存器里放的write在kernel重新注冊(cè)的地址，找到這個(gè)函數(shù)運(yùn)行執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候就是由用戶態(tài)的程序跑到內(nèi)核態(tài)。
結(jié)論，cpu最終會(huì)從內(nèi)核中讀取指令。程序給cpu指令，產(chǎn)生中斷，cpu再通過內(nèi)核執(zhí)行函數(shù)。這個(gè)叫做系統(tǒng)調(diào)用態(tài)的切換過程。

函數(shù)調(diào)用：不需要產(chǎn)生中斷，同一個(gè)程序發(fā)生兩個(gè)指令，不需要切換時(shí)間片，就在同一個(gè)進(jìn)程所有的內(nèi)存中
系統(tǒng)調(diào)用成本比較高，需要產(chǎn)生中斷。io牽扯到硬件，必然會(huì)發(fā)生中斷，會(huì)有內(nèi)核態(tài)切換的過程。
內(nèi)核要保護(hù)進(jìn)程內(nèi)存，多個(gè)程序需要以中斷的方式使用內(nèi)核。

中斷，陷阱，異常的該方面知識(shí)的擴(kuò)展

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