1 GeekOS 介绍课件.ppt

Ch1 GeekOS教学操作系统概论 沈峰 shenfeng@163.com 1.1　教学操作系统介绍 两大类 1、针对RISC结构MIPS处理器 Nachos：采用MIPS R2/3000的指令集，能模拟主存、中断、网络以及磁盘系统等，美国加州大学伯克利分校采用该操作系统作为课程设计平台。 若学生使用Windows或Linux 开发环境的话，都需要使用交叉编译器才能把代码编译成MIPS相应的机器代码。 2、针对CISC结构的Intel x86通用处理器 MINIX：是Andrew S. Tanenbaum（AST）于1987年开发的、免费的、是一个比较完整的操作系统包括虚拟内存管理、文件系统、设备驱动程序、网络和用户态程序等，由两万多行代码组成。对于教学有点过于庞大和复杂，而且由于它已经实现了操作系统的全部基本功能，没有留下合适的练习让学生自己完成 GeekOS：基于X86的,由美国马理兰大学的教师开发， GeekOS主要用于操作系统课程设计，目的是使学生能够实际动手参与到一个操作系统的开发工作中。学生可以在Linux或Unix环境或/windows下使用Cygwin工具进行开发，且其针对进程、文件系统、存储管理等操作系统核心内容分别设计了7个难度逐渐增加的项目供教师选择 。 出于教学目的，这个系统内核设计简单，却又兼备实用性，它可以运行在真正的X86 PC硬件平台。 1.2　GeekOS概述 GeekOS由一个基本的操作系统内核作为基础，已经实现如下功能： 操作系统与硬件之间的所有必备接口 系统引导、实模式到保护模式的转换、中断调用及异常处理、 基于段式的内存管理、 内核进程以及FIFO进程调度算法 基本的输入输出：键盘作为输入设备，显示器作为输出设备 只读文件系统PFAT：用于存放用户程序 1.2.2 GeekOS的存储器管理 1、分页分配方式 系统中所有存储器都分成大小相等的块，称作页。 在X86系统中，页的大小是4KB。 页的分配与回收函数 Alloc_Page()、FreePage(),在include/geekos/mem.h中 2、堆分配方式 堆分配提供不同大小存储块的分配，使用函数Malloc()和Free()进行存储块的分配和回收 3、系统初始化内存布局 系统初始化时由Init_Mem函数将内存划分为若干部分。 1.2.3 GeekOS支持的设备 1、文本显示器 支持显示文本信息，函数在定义/include/geekos/screen.h文件中 Print()：它是标准C语言函数printf()的子集，功能是将文本信息输出到显示器。 其它函数如Put_Char()和Put_Buf()：输出单个字符和字符串 2、键盘 Wait_For_Key()函数：从键盘缓冲区中读取一个键码，如果此时键盘缓冲区中没有按键，就将进程放入键盘事件等待队列s_waitQueue 用户的按键操作触发了键盘中断 键盘中断处理函数Keyboard_Interrupt_Handler：读取用户按键，将低级键扫描码转换为含ASCII字符的高级代码，并刷新键盘缓冲区，最后唤醒等待按键的进程继续运行。若用户按下shift、control、alt等键时，也能同样处理。 定义在头文件/include/geekos/keyboard.h中 3、系统时钟 GeekOS中用户一般不直接使用任何时钟服务 系统时钟主要用于时钟中断：一般用于保证所有的线程都有机会占用CPU，即线程运行一段时间后会发生时钟中断，调度程序就选择另外的线程运行。 4、块设备 软盘： fd0表示第一个软驱 IDE硬盘： ide0表示第一个IDE硬盘分区，ide1表示第二个IDE硬盘分区。 Open_Block_Device(块设备名)：打开设备 Block_Read()和Block_Write()：读、写设备指定扇区 1.2.4 GeekOS的中断和线程 1、中断类型及处理方法 Exception（异常） 当前运行的线程执行了非法操作，则发生异常。因为这种异常无法恢复，所以通常都只能采取撤销父线程的方式处理。 例如：执行非法指令、被0整除等。 Faults（故障） 故障通常是可恢复的，内核通过执行一系列操作，去除引起故障的条件，然后使发生故障的线程继续执行即可。 例如：缺页中断。 Hardware interrupts（硬件中断） 外设用硬件中断将某些事件通知CPU 硬件中断是不可预知的，所以是异步中断。有时系统可能无法立即处理异步中断，在这种情况下，系统会暂时屏蔽中断直到系统能处理中断时再开中断。时钟中断就是一种硬件中断。 Software interrupt（软件中断） 用户态进程用于发出信号表示它需要使用系统内核功能。 系统调用： 线程用系统调用向