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计算机操作系统 “栈”结构 “后进先出”思想 中断与异常的区别 1）定义：中断：来自外部，异常：来自内部。 2）屏蔽：中断：能被屏蔽，异常：不能屏蔽。 3）响应：中断：中断检测机构检测中断寄存器； 异常：执行指令时发生异常。 4）处理：中断：保存现场后直接转入到中断入口程序； 异常：转入trap处理程序，后跟据异常类型号转 入相应的异常处理程序。 5）返回：中断：返回用户程序或低优先级中断程序； 异常：大部分不返回，系统调用返回访管指令的 下一条指令，缺页异常返回发生异常的 指令。 存储管理模块：负责内存的管理，如内存管理模块,进程空间分配,进程内外存之间交换。 外设管理模块：负责外设驱动和中断处理，包含设备访问接口程序，数据缓冲区管理模块，各种驱动器公共程序，各设备驱动程序，设备中断处理程序等。 文件管理模块：处理文件类系统调用，如文件访问接口程序，文件系统目录结构管理程序，文件数据缓冲管理模块，外存管理程序。 2.3 操作系统运行模型 操作系统核心的主要功能模块如下(UNIX为例)： 系统初始化模块：初始化系统数据区，创建1号进程运行INIT程序，该进程为每个登录用户创建一个tty终端进程，运行命令解释程序,接收用户输入的命令。 进程管理模块：包含进程的系统调用处理（如进程创建/结束,进程通信/同步）和处理机的管理(如进程调度,进程切换)。 操作系统三种运行模型： 独立运行的内核:用户程序与核心程序在分离的运行环境中运行,核心程序作为一个独立的特殊执行体运行，有自己独立的运行栈。 内核 用户 进程 用户 进程 用户 进程 a.独立内核模式 ... 特点： 进程只运行用户程序，内核只是一个特殊的系统执行体； 系统调用时，要访问用户进程的系统表格； 启动外设时，要与用户进程进行连接。 内核程序并发运行实现困难。 嵌入用户进程执行模式：操作系统核心程序通过中断/例外机制启动运行，但运行于被打断进程的核心栈上,其并发性较好。操作系统空间地址不与用户进程空间地址重叠,各占一片连续地址空间的高部与低部。本书描述的都是这种模式。 特点:只发生模式转换,没发生进程切换. b.操作系统嵌入用户进程中运行 用户 进程 用户 进程 用户 进程 内核 内核 内核 进程切换 … 系统程序及数据区 用户数据区 用户程序区 核心栈 用户栈区 系统空间 用户空间 微内核模式：核心程序只包含中断处理,系统调用总控,进程调度等功能,其他功能由用户态运行的系统进程实现,如现代操作系统Mach3.0. 优点:模块化,层次化方面比较好 缺点:通信,合作时开销很大,损失系统性能。 用户 进程 用户 进程 用户 进程 系统 进程 系统 进程 进程切换（微内核） ... ... c.操作系统功能以系统进程运行 2.4 系统调用 1.自陷指令(trap) 自陷指令：一条能产生异常的机器指令，又称访管指令，或陷入指令。 PDP-11机器提供一条自陷指令：trap，指令码为104400-104777。完成的工作为： PS内容入栈； PC内容入栈； 从中断向量034单元中取内容装入PS； 从中断向量036单元中取内容装入PC。 UNIX中trap指令格式： trap 类型号； trap的指令码为104400-104477(八进制)，其中指令码的最后6位表示系统调用的类型号。 散转表数据结构：保存与类型号相对应的服务程序入口地址。 编号 参数个数 服务程序入口地址 0 1 do_fork 1 3 do_read … … … * * * * 第2章 操作系统结构 主要内容：中断/异常机制及中断/异常处理过程、系统调用、典型操作系统结构及用户使用操作系统的方法 重点与难点：中断概念、中断与异常的区别及中断/异常处理过程、系统调用实现 中断/异常：指系统发生某个异步/同步事件后,处理机暂停正在执行的程序,转去执行处理该事件程序的过程。 中断引入：为了开发CPU和通道(或设备)之间的并发操作。 2.1 中断和异常 CPU 通道 外设 异常引入：用于表示CPU执行指令时本身引发的