操作系统教程(第3版)1.ppt

操作系统教程(第3版)第二章 处理器管理 面向21世纪课程教材 高等教育出版社出版 2003年8月 2.1中央处理器 2.1.1单处理器系统和多处理器系统 2.1.2寄存器 2.1.3特权指令与非特权指令 2.1.4处理器状态 2.1.5程序状态字寄存器 2.1.1单处理器和多处理器系统 计算机系统的核心是中央处理器 单处理器系统：一个计算机系统只包括一个运算处理器。 多处理器系统：一个计算机系统有多个运算处理器。 2.1.2寄存器(1) 计算机系统的处理器包括一组寄存器，其个数根据机型的不同而不同，它们构成了一级存储，比主存容量小 ，但访问速度快。 这组寄存器所存储的信息与程序的执行有很大关系，构成了处理器现场。 寄存器(2) 通用寄存器： 数据寄存器： 基地址寄存器： I/O地址寄存器： I/O缓冲寄存器： 控制寄存器： 其他寄存器 特权指令与非特权指令(2) 从资源管理和控制程序执行的角度出发，必须把指令系统中的指令分作两部分：特权指令和非特权指令。 特权指令是指只能提供给操作系统的核心程序使用的指令，如启动I/O设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清内存、建立存储键，加载PSW等。 Intel Pentium程序状态字 Intel Pentium中，PSW由标志寄存器EFLAGS和指令指针寄存器EIP组成，均为32位。 EFLAGS的低16位称FLAGS，标志可划分为三组：状态标志、控制标志、系统标志。 2.2中断技术 2.2.1中断的概念 2.2.2中断源分类 2.2.3中断装置 2.2.4中断处理程序 2.2.5中断事件的具体处理方法 2.2.6中断的优先级和多重中断 2.2.7实例研究：Windows2000/XP中断处理 2.2.8实例研究：Solaris中断处理 2.2.9实例研究：Linux中断处理 2.2.1中断的概念 ?请求系统服务， ?实现并行工作， ?处理突发事件， ?满足实时要求， 都需要打断处理器正常的工作， 为此，提出了中断概念。 中断的定义 中断是指程序执行过程中，当发生某个事件时，中止CPU上现行程序的运行，引出处理该事件的程序执行的过程。 2.2.2中断源分类(1) 从中断事件的性质和激活的手段来说，可以分成两类： ?强迫性中断事件强迫性中断事件不是正在运行的程序所期待的，而是由于某种事故或外部请求信息所引起的，分为： 机器故障中断事件。 程序性中断事件。 外部中断事件。 输入输出中断事件。 ?自愿性中断事件自愿性中断事件是正在运行的程序所期待的事件。 中断源分类(2)两类中断事件 中断源分类(3) 按照中断信号的来源，可把中断分为如下两类： ?外中断(又称中断)指来自处理器和主存之外的中断。 ?内中断(又称异常)指来自处理器和主存内部的中断。 中断源分类(4) ? 外中断包括：电源故障中断、时钟中断、控制台中断、它机中断和I/O中断等。 不同的中断具有不同的中断优先级，处理高一级中断时，往往会屏蔽部分或全部低级中断。 ? 内中断包括：通路校验错、主存奇偶错、非法操作码、地址越界、页面失效、调试指令、访管中断、算术操作溢出等各种程序性中断。 ? 异常是不能被屏蔽的，一旦出现应立即响应并加以处理。 中断和异常的区别 ?中断是由与现行指令无关的中断信号触发的(异步的)，且中断的发生与CPU处在用户模式或内核模式无关，在两条机器指令之间才可响应中断，一般来说，中断处理程序提供的服务不是为当前进程所需的； ?异常是由处理器正在执行现行指令而引起的，一条指令执行期间允许响应异常，异常处理程序提供的服务是为当前进程所用的。异常包括很多方面，有出错(fault)，也有陷入(trap)。 出错和陷入的区别 ? 它们发生时保存的返回指令地址不同，出错保存指向触发异常的那条指令，而陷入保存指向触发异常的那条指令的下一条指令。 ? 从异常返回时，出错会重新执行那条指令，而陷入就不会重新执行那条指令。如缺页异常是一种出错，而陷入主要应用在调试中。 硬中断与软中断 中断和异常要通过硬件设施来产生中断请求，可看作硬中断。 不必由硬件发信号而能引发的中断称软中断，软中断是利用硬件中断的概念，用软件方式进行模拟，实现宏观上的异步执行效果。 IBM中大型机中断响应过程  IBM PC机中断的响应过程 2、程序性中断事件的处理 终止程序执行 警告用户 交给用户处理 4、I/O中断的处理(1) I/O中断种类较多，处理方法各异 1）I/O操作正常结束后的处理 2）I/O操作发生故障后的处理 3）I/O操作发生