中断处理-多库文档.PPT

第二章 操作系统的逻辑结构 （一） 操作系统虚拟机 （二） 操作系统逻辑结构 （三） 处理机的状态 （四） 中断技术 2.1 操作系统虚拟机 为提高计算机系统资源的使用效率和方便用户，在计算机系统中必须配备操作系统 操作系统是一个大型的软件，规模庞大、结构复杂。操作系统必须是一个清晰、正确的逻辑结构 什么是操作系统虚拟机 裸机上配置操作系统后构成操作系统虚拟机 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 操作系统虚拟机的指令系统 裸机的指令系统是什么？ 机器指令 操作系统虚拟机的指令系统？ 2.2 操作系统逻辑结构 UNIX系统核心结构 1. 进程控制子系统 进程同步、进程间通信、进程调度和存储管理 2.文件子系统 文件存储空间管理、文件操作及存取控制、高速缓冲机制 Windows操作系统的结构 2.3 处理机的状态 计算机的基本功能是执行程序，最终被执行的程序是存储在内存中的机器指令程序 处理器根据程序计数器(PC)从内存中取指令到指令寄存器并执行，PC将自动增长或变为转移地址指明下条执行指令 机器指令的集合称指令系统，反映机器的功能和处理能力 从资源管理和控制程序执行的角度出发，需要把指令系统中的指令分作两部分 2.3 处理机的状态 2.3.1 处理机状态的类别 （1）核态：操作系统的管理程序执行时机器所处的状态。 使用全部指令（包括一组特权指令） 使用全部系统资源（包括整个存储区域） （2）管态： 管态比核态的权限低，在此状态下允许使用一些用户态下不能使用的资源，但不能使用修改CPU状态的指令。 无核态时,管态执行核态的全部功能。 （3）用户态：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机器状态，只允许用户程序访问自己的存储区域。 2.3.1 处理机状态的区别 2.3.2 特权指令集 核态下操作系统可以使用所有指令，包括一组特权指令： ? 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 允许和禁止中断； 在进程之间切换处理机； 存取用于内存保护的寄存器； 执行输入和输出操作； 停止一个中央处理机的工作。 2.3.3 处理机状态的区分 中央处理器如何区分及获取处理机的状态? 利用处理器状态标志将处理器设置成不同状态： 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 引入程序状态字PSW（Program Status Word）来区别不同的处理器工作状态 实例操作系统如何区分处理机的状态 DOS系统 不分态 Windows系统 现分为两态——用户态、系统态 Unix（Linux）系统 分为三态：核态、管态、用户态 如何实现？ 作业必须把它的程序和数据放在主存（内存）中才能运行 多道系统中，若干个程序和相关的数据要放入主存储器 操作系统要管理、保护程序和数据，使它们不至于受到破坏 操作系统本身也要存放在主存储器中并运行 2.3.4 必要的硬件支持—时钟 时钟是操作系统运行时必不可少的硬设施，它以固定的时间间隔产生中断信号，这对于实施进程调度、计算系统资源的消耗、实时控制等功能必不可少 在操作系统中需时钟支持的工作有： 处理机调度、定时唤醒； 实时控制； 提供用户和系统所需的绝对时间（日历时钟、墙钟）。 时钟分为硬件时钟和软时钟，硬件时钟又分为绝对时钟和间隔时钟 绝对时钟：记录当前时间（年、月、日、时分秒）。绝对时钟寄存器每隔一个时间单位（定时器发一个信号）自动加1。绝对时钟由电池供电 间隔时钟：每隔固定的时间单位产生一次时钟中断。间隔时钟寄存器，初值由操作系统根据所需的间隔时间来设置，以后每经过一个时间单位，自动减1，直到为0时发出间隔时钟中断 2.4 中断技术 一. 中断概念 所谓中断是指某个事件（例如键盘输入、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。 2.4.1 相关概念 中断源：引起中断的事件称中断源，如打印完成中断，其中断源是打印机。 断点：发生中断时正在运行的程序被暂时停止，程序的暂停点称为断点。 中断响应：是处理机发现有中断请求时，中止现运行程序的执行并自动引出中断处理程序的过程。 中断由软硬件协同处理 中断装置：指发现中断，响应中断的硬件 中断处理程序：对中断事件进行处理的程序，由软件来完成 2.4.2 中断类型 按中断功能分类 （1）输入输出中断：外部设备或通道操作正常结束或错误时 所发生的中断。如I/O传输结束或出错中断。 （