OS-02处理器管理.ppt

15:21:59 第二章 处理器管理 主要内容 2.1 中央处理器 2.2 中断技术 2.3 进程及其实现 2.4 线程及其实现 2.5 Linux进程和线程 2.6 Windows 2003进程和线程 2.7 处理器调度 2.8 作业的管理与调度 2.9 处理器调度算法 2.10 Linux调度算法 2.11 Windows 2003调度算法 2.1中央处理器 2.1.1处理器 2.1.2程序状态字寄存器 单处理器和多处理器系统 单处理器 多处理器系统 共享存储(紧密耦合)多处理机系统 分布存储(松散耦合)多处理机系统 寄存器 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 通用寄存器-- EAX，EBX，ECX和EDX 指针及变址寄存器--ESP，EBP，ESI及EDI 段选择符寄存器--CS、DS、SS、ES 、FS、GS 指令指针寄存器和标志寄存器--EIP、EFLAGS 控制寄存器--CR0，CR1，CR2和CR3 外部设备使用的寄存器 特权指令与非特权指令 机器指令的集合称指令系统 数据处理类指令 转移类指令 数据传送类指令 移位与字符串指令 I/O类指令 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、清主存、建立存储键，加载PSW等 处理器状态 处理器怎么知道当前是操作系统还是一般用户程序在运行呢? 处理器状态标志 管理状态（特权状态、系统模式、特态或管态） 用户状态（目标状态、用户模式、常态或目态) 处理器状态的转换。 处理器处于管理状态时，程序可以执行全部指令，使用所有资源，具有改变处理器状态的能力；处理器处于用户状态时，程序只能执行非特权指令 Intel x86的处理器状态有四种，支持4个保护级别 0级为内核级，权限最高 1级为系统调用级 2级共享库级 3级为应用程序级，权限最低 处理器模式转换 导致处理器从用户态向核心态转换，一是程序请求操作系统服务，执行系统调用；二是程序运行时，产生中断或异常事件，运行程序被中断，转向中断处理或异常处理程序工作 两类情况都通过中断机制发生，中断和异常是用户态到内核态转换仅有的途径，当系统中产生中断或异常，处理器作出响应且交换程序状态字，会导致处理器从用户态转向核心态，处理事件的中断或异常处理程序的程序状态字中，处理器模式位一定为“核心态” 计算机提供一条特权指令称作加载程序状态字(IBM370为load PSW指令，Intel x86为iret指令)，用来实现从系统(核心态)返回到用户态，控制权交给应用进程 2.1.2 程序状态字寄存器 计算机如何知道当前处于何种工作状态？这时能否执行特权指令？通常操作系统都引入程序状态字PSW（Program Status Word）来区别不同的处理器工作状态 PSW用来控制指令执行顺序并保留和指示与程序有关的系统状态，主要作用是实现程序状态的保护和恢复 每个程序都有一个与其执行相关的PSW，每个处理器都设置一个PSW寄存器。程序占有处理器执行，它的PSW将占有PSW寄存器 PSW寄存器包括以下内容 程序基本状态 程序计数器 条件码 处理器状态位 中断码-保存程序执行时当前发生的中断事件 中断屏蔽位-指明程序执行中发生中断事件时，是否响应出现的中断事件 IBM360/370系列计算机程序状态字的基本格式 Intel x86程序状态字 Intel x86中，PSW由以下两个寄存器组成，均为32位 标志寄存器EFLAGS 指令指针寄存器EIP 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 中断概念 2.2.2 中断源分类 2.2.3 中断和异常的响应及服务 2.2.4 中断事件处理 2.2.5 中断优先级和多重中断 2.2.6 Linux中断处理 2.2.7 Windows 2003中断处理 2.2.1中断的概念 系统中的许多工作，都需要打断处理器正常的工作，为此，提出了中断概念。这些工作包括 请求系统服务 实现并行工作 处理突发事件 满足实时要求 中断的定义 中断是指程序执行过程中，遇到急需处理的事件时，暂时中止CPU上现行程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回原程序被中断处或调度其他程序执行的过程 2.2.2 中断源分类 按中断事件的性质和激活方式分 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