第二章操作系统的组织结构详解.ppt

2.1 操作系统虚拟机 1. 什么是操作系统虚拟机 在裸机上配置了操作系统程序后就构了操作系统虚拟机。 操作系统的核心在裸机上运行，用户程序在扩充后的机器上运行。 2. 操作系统虚拟机的指令系统 操作系统虚拟机的指令系统，又称为操作命令语言，它是用户和系统进行通信的手段和界面。虚拟机的功能是通过它提供的命令体现的。 操作命令(又称命令接口) 作业控制语言（批处理中的作业说明书等） 键盘命令（分时系统、个人PC） 图形化用户界面（交互方式） 系统功能调用(又称程序接口) 2.1 操作系统虚拟机 操作系统的虚拟技术 CPU调度（分时共享） 现代操作系统的虚拟存储技术（逻辑地址与物理地址的映射） 设备管理中的虚拟设备和虚拟分配技术 虚拟技术的原理： 系统硬件包括CPU、主存和各种外部设备，每台硬部件被操作系统复制成多个虚拟部件，并分配给每个应用程序。这样，每个应用程序感觉自己拥有CPU、主存和外部设备。 2.2 操作系统逻辑结构 整个操作系统在结构上类似一个洋葱头，它由若干层组成，每一层都提供一组功能，这些功能只依赖于该层以内的各层。 系统核具有初级中断处理、外部设备驱动、在进程间切换处理机及实施进程控制和通信功能，提供一种进程可存在和活动的环境。 系统核以外各层具有各种资源管理功能并为用户提供各种服务。 分层的组织结构在一些操作系统中只是作为一种指导性原则。 2.3 处理机的状态 1. 设置处理机状态的目的 为操作系统建立一个保护环境，采用的办法是区分处理机的工作状态。 系统中有两类程序： 管理程序 用户程序 管理系统资源 使用资源，提出申请 控制程序运行 被控制 2. 什么是处理机的态 中央处理机的工作状态，当前它正在执行哪类程序。 3. 处理机态的类别 管态 (Supervisor mode) ——系统态 操作系统管理程序执行时机器所处状态。cpu使用全部指令和全部系统资源，包括一组特权指令及整个存储区域。 用户态(User mode)——目态 用户程序执行时机器所处的状态。在此状态下禁止使用特权指令，不能直接取用资源与改变机器状态，并且只允许用户程序访问自己的存储区域。 2.3 处理机状态 管态 用户态 ?操作系统的程序执行 ?用户程序执行 ?使用全部指令 ?禁止使用特权指令 (包括一组特权指令) ? 使用全部系统资源 ?只允许用户程序访 (包括整个存储区域) 问自己的存储区域。 有的系统还将管理程序执行时的机器状态又进一步分为核态和管态，管态比核态权要低。 区分处理机的工作状态是通过在计算机状态寄存器中的状态位（或模式位）来体现的。 2.3 处理机状态 4. 特权指令 在核态下，操作系统可以使用所有指令，包括一组特权指令。这些特权指令执行如下各种功能： 改变机器状态的指令 修改特殊寄存器的指令 涉及外部设备的输入/输出指令 在下列情况下，由用户态自动转向管态： ① 用户进程操作系统，要求操作系统的某种服务，这种访问称为系统功能调用。 ② 在程序执行时，发生一次中断。 ③ 在一个用户进程产生一个错误状态，将被处理为内部中断。 ④ 用户态下执行特权指令，作为特殊类型的错误，按③处理。 从管态返回用户态是用一条指令实现的，这条指令本身也是特权指令。 2.4 中断机制 1 中断概念 所谓中断是指某个事件 (例如电源掉电、定点加法溢出或I/O传输结束等) 发生时，系统中止现行程序的运行、引出处理事件程序对该事件进行处理，处理完毕后返回断点，继续执行。 2.4 中断机制 2 中断类型 按中断功能分类 输入输出中断：I/O传输结束或出错中断。 外中断：时钟中断、操作员控制台中断、通信中断等 机器故障中断：电源故障、主存取指令错、长线传输时的奇偶校验错等。 程序性中断：定点溢出、用户态下用核态指令、越界、非法操作等。 访管中断：对操作系统提出某种需求时所发出的中断称为访管中断。 2.4 中断机制 按中断方式分类 强迫性中断 这类中断事件不是正在运行的程序所期待的，而是由某种事故或外部请求信号所引起的。 强迫性中断：输入输出中断、外中断、机器故障中断、程序性中断 自愿中断 它是运行程序所期待的事件，这种事件是由于运行程序请求操作系统服务而引起的。 自愿中断如：访管中断 按中断来源分类 中断 由处理机外部事件引起的中断称为外