第二章操作系统的组织结构汇编.pptx

第二章 操作系统的组织结构 操作系统的设计具有以下特征 复杂程度高，表现在功能繁多，程序规模宏达，接口复杂，并行程度高。如Linux的内核代码约200万行；Windows 2000的代码约3200万行，投入人力2500多人。 生存周期长。 正确性难以保证。如不断推出的补丁程序。 2.2.1结构化组织 一、一体化结构 将操作系统的功能模块和数据结构放在一个模块中，按 功能特性把系统分解为若干模块，并且还可再细分为子模块，每 个模块具有一定的功能，若干关联模块协作完成某项功能。 特征： 模块间可不加控制的自由调用； 数据大都作为全程量使用； 模块间需要传递参数或返回结果时，其个数和方式可根据需要随意约定。 特点： 一旦很好地实现，该操作系统将非常有效；但缺点是难以理解， 难以维护，验证其正确性困难。 如：Unix或Linux采用一体化结构设计P43如图2.13、P45图2.14 二、层次结构 把操作系统划分为若干模块，这些模块按调用次序排列成若干层次，个层次之间必须是单向调用，即高层可以调用底层的功能，反之则不能。 P31 图2.4 第一层：进程控制、进程通信；处理机调度；初级中断处理 第二层：存储管理 第三层：I/O管理 第四层：文件存取 第五层：资源分配和调度 特点： 将整体问题局部化，结构清晰和规范，系统的正确性大大提高，有利于维护和扩充。由于层次结构是单向依赖，必须建立模块间的通信机制，花费在通信上的开销较大，因而系统的效率会降低。 2.3处理机的状态 根据对资源和机器指令的使用权限，把处理机的状态分为： 核心态（Kernel mode）:OS的管理程序执行时CPU的状态。在此状态下允许CPU使用全部的机器资源和全部指令。 用户态（User mode）: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，不能直接取用资源和改变机器状态，只允许访问自己的存储区域。 管态（Supervisor mode）:比核心态的权限低，只允许使用一些在用户态下所不能使用的资源，但不能使用修改机器状态的指令。 为了区分CPU的状态，CPU中的状态寄存器中包含1个状态位可以设置核心态模式或用户态模式。（8088/8086CPU中没有这个标志位） 当用户程序执行时，如果请求OS服务，CPU由用户态转为核心态；当服务完毕后，返回到用户态，让用户程序继续执行。 P106 图4.29 2.3.2 特权指令集 1.改变机器状态的指令。 2.修改特殊寄存器的指令。如中断屏蔽寄存器、 界限寄存器等。 3.涉及外设的输入/输出指令。 2.3.3时钟 时钟时OS 进行调度的重要工具，是OS运行时必不可 少的硬件设施，它以固定的时间产生时钟中断信号，如 Intel 8088中的8253定时器，每秒中断18.2次。这对于设施 调度策略（如分时中的时间片），计算各用户耗用的资源 （如进程占用的累计CPU时间），实时控制和延迟等功能 是必不可少的。 例如：用时钟可记录当前时间（年月日时分秒），系统有一个时钟寄存器，操作员将当前时间输入时钟寄存器作为初值，以后定时器每发出一个时钟信号（如20ms）其自动加1，如果时钟寄存器为64位，则系统的最大计时为（264-1）×20ms（约178510.25年）。 2.4中断机制 中断是实现OS功能的基础，是构成多道程序运行 环境的根本措施，中断是OS各种功能的驱动源。 例如： ①操作员从键盘发出终止执行的命令（如CTRL+C或CTRL+BREAK）可以终止当前进程的运行；发出（CTRL+ALT+DEL）可以启动任务管理器。 ②时钟中断（如时间片到）可导致CPU调度进程的执行。 ③I/O完成中断可激活I/O管理进程投入运行。 总之，现代OS中，几乎所有的操作都是由中断引发的。 一、中断的概念 当CPU正在执行程序时，出现某种非预期事件，CPU暂停当前程序的执行转而为该事件服务，当处理完该事件后，再继续原来程序的执行，这一过程称为中断。 二、中断的类型 1.输入输出中断 如：①程序中断接口②DMA接口③通道 2.外中断：CPU的外部装置所引起的中断 如：时钟中断，控制台中断 3.机器故障中断 如：电源故障，奇偶校验出错等 4.程序性中断 如：溢出、地址越界、地址出错、非法操作等 5.访管中断：对OS提出需求时所发生的中断 例如：请求I/O服务；各种系统调用（如建立进程）等 三．中断的处理过程 中断源的识别 保护断点和现场 执行中断服务程序 恢复断点和现场 向量中断和向量中断是不