操作系统访问控制机制_数据级权限可以通过什么进行控制[通俗易懂]

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主要参考：

• 《操作系统概论》（机械工业出版社）

特权指令

从调用源头上，为保证计算机系统正确可靠地工作（避免引起冲突或意外错误），限制部分指令不允许用户程序调用，称为特权指令（只允许操作系统调用）。

目态/管态

为区分处理特权指令与普通指令，CPU同时设置了两种工作状态：

• 目态，不允许执行特权指令；
• 管态，允许执行特权指令

标识CPU工作状态的关键判断依据 —— 程序状态字（Program Status Word，PSW）。

程序状态字（Program Status Word，PSW）

每个程序都要有一个程序状态字，用来控制指令执行顺序，并且保留和指令与程序有关的系统状态，包含三部分内容：

• 程序基本状态：

  • 等待/计算：当前处理器状态；
  • 目态/管态：当前处理器状态；
  • 条件码：体现当前指令执行结果的各种状态信息（如算术运算产生的正、负、零或溢出等）；
  • 指令地址：下一条指令的存放地址

• 中断码：保存程序执行时当前发生的中断事件；

• 中断屏蔽位：指出程序执行中，是否要响应出现的中断事件。

在单处理器计算机系统中，有一个专门用来存放当前运行程序的 PSW 的寄存器，称为程序状态字寄存器。因此操作系统调度 CPU 执行/挂起相关程序时，也就需要将对应程序的 PSW 装入/移出程序状态字寄存器。

访管指令

用户程序执行过程中，需要调用操作系统提供的不同功能的子程序，也就是系统调用（如读/写文件、分配主存等），其中有些还必须执行硬件的特权指令（如 I/O指令）才能完成任务，因此，需要在目态（用户程序执行，CPU不处理特权指令）下提供一个渠道，来使操作系统执行相关特权指令，这个渠道就是“访管指令”。

• 编译程序翻译过程中，将需调用操作系统功能的逻辑要求转换成访管指令，并设置一些参数；

• 处理器执行到访管指令时，会产生一个中断事件（1）（将操作系统程序的PSW装入程序状态字寄存器），实现用户程序与系统调用程序之间的转换；

• 系统调用按规定参数执行结束后，再返回到用户程序（2）（将用户程序的PSW重新装入程序状态字寄存器）。