可执行文件是为硬件编写的机器代码吗？

Question

这是来自维基百科。

“在计算中，可执行文件使计算机“根据编码指令执行指定的任务”，（机器代码??）

“现代操作系统保留对计算机资源的控制，要求各个程序进行系统调用以访问特权资源。由于每个操作系统系列都有自己的系统调用架构，因此可执行文件通常与特定操作系统相关联。”

这是我的观点。 可执行文件不能是机器代码，因为它们需要与操作系统进行硬件服务（系统调用），因此可执行文件还不是“机器代码”......也许代码的某些部分是实际的机器代码，而某些部分是只是为了调用操作系统中嵌入的机器代码？总的来说，它包含一些垃圾机器代码以及一些调用操作系统的垃圾代码。

在达蒙的回答后编辑： 归根结底，操作系统是一组机器代码。基本上，操作系统将完成复制粘贴用户的机器代码（由 C 编译器创建）的工作，然后如果指令是系统调用，则传输到操作系统内存区域进行处理。现在的问题是用 C 生成的机器代码可以完成这部分工作吗？就像要求将控制权转移到操作系统等 - 我想它的系统调用更高的抽象但在幕后 - 它是如何工作的。

我有一种感觉，它类似于鸡生蛋问题，C 创建操作系统，C 使用操作系统，无法准确地找到该过程是如何进行的。 谁能帮我解开这个谜题吗？

Answer 1

一件事并不排除另一件事。可执行文件是（除非它们是在虚拟机中运行的某种形式的字节码）机器代码。然而，有不同种类的指令，其中一些指令在某些权限级别下不可用。

这就是操作系统的用武之地，它是在最高权限级别运行的“机器代码”，充当“重要”部分和任务的仲裁者，例如决定谁获得 CPU 时间以及哪些值进入某些硬件寄存器。

（最初评论，按要求回答）

编辑：关于您的扩展问题，其工作原理大致如下。当计算机打开时，处理器以其最高权限级别运行。在这种“模式”下，BIOS、引导加载程序和操作系统可以做他们想做的事。这听起来不错，但您不希望任何类型的代码都能做它想做的事。

例如，代码可以告诉 MMU 允许读取或写入哪些内存页，哪些不允许。或者，它可以定义如果发生“特殊情况”（例如陷阱或中断）时调用哪个地址。或者，它可以直接写入一些映射某些设备（磁盘、网络等）端口的特殊内存地址。

最终，操作系统切换到“非特权”模式并调用一些非操作系统代码。当发生陷阱或中断时，执行会被中断并在其他地方继续（如操作系统先前指定的那样），并且特权级别会再次提升。一旦处理完中断，特权就会被取消，并再次调用用户代码。
如果用户程序需要操作系统执行“类似操作系统”的操作，它会根据约定的方案（例如在某些特定寄存器中）设置参数并执行陷阱指令。

例如，这就是多线程或虚拟内存等事物的实现方式。计时器会定期触发中断，该中断会停止“正常”代码的执行，并调用内核中的某些代码（在特权模式下）。然后，在某种优先级方案之后，该代码决定用户进程控制应该返回到哪个。这些是分发的“CPU 时间片”。
如果某个进程读取或写入不允许的页面，则 MMU 会生成陷阱。然后，操作系统查看发生的情况和位置，并决定是否将某些数据从磁盘加载到某些内存区域（并可能清除其他内容）并更改进程的映射，或者是否以“分段错误”错误终止进程。

当然，实际上，它要复杂一百万倍，但原则上这就是它的工作原理。

操作系统或程序最初是用 C 语言还是汇编程序编写的并不重要。对于处理器来说，它只是一系列机器指令。即使是 python 或 perl 脚本最终也“只是机器指令”，只是通过解释器绕道而行。