计算机操作系统第2章
33页1、操作系统的结构和硬件支持,操作系统的结构和硬件支持,操作系统虚拟机 操作系统的组织结构 处理机的状态 中断技术 Linux系统的内核结构 Linux系统的特权级和中断处理,1,操作系统的结构和硬件支持主要内容,2,1. 什么是操作系统虚拟机 在裸机上配置了操作系统程序后就构了操作系统虚拟机。 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行。,操作系统的结构和硬件支持操作系统虚拟机,3,操作系统的结构和硬件支持操作系统虚拟机,操作系统虚拟机的指令系统 操作命令 (又称命令接口) 作业控制语言 键盘命令 图形化用户界面 系统功能调用(又称程序接口),2. 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,4,1. 操作系统的结构 操作系统的设计方法 单体结构 模块化结构 可扩展内核结构 层次结构,操作系统的结构和硬件支持操作系统的结构,单体结构,模块化结构,5,操作系统的结构和硬件支持操作系统的结构,可扩展内核结构,内核,层次结构,6,操作系统的结构和硬件支持操作系统的结构,2. 操作系统的层次结构,7,操作系统的结构和硬件支持操作系统的结构,3. 实例操作系统的结构
2、UNIX操作系统的结构 UNIX核心层 处理机管理 存储管理 设备管理 文件系统 UNIX实用层 实用程序 编辑程序、调试程序、系统状态监控、文件管理等的实用程序 软件工具 源代码控制程序SCCS、文档准备程序包等,8,Linux系统的核心结构,操作系统的结构和硬件支持操作系统的结构,9,Windows操作系统的结构,操作系统的结构和硬件支持操作系统的结构,10,1. 为什么要区分处理机的状态 系统中有两类程序 管理程序 用户程序 管理系统资源 使用资源,提出申请 控制程序运行 被控制 区分处理机状态的目的:保护操作系统 2. 什么是处理机的状态 中央处理机的工作状态,当前它正在执行哪类程序,决定 处理机的态。,操作系统的结构和硬件支持处理机的状态,11,3. 处理机状态的分类 管态 (Supervisor mode) 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)。 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,不能直接取用资源与改变机器状态,并且只允许 用户程序访问自己的
3、存储区域。,操作系统的结构和硬件支持处理机的状态,管态 用户态 操作系统的程序执行 用户程序执行 使用全部指令 禁止使用特权指令 使用全部系统资源 只允许用户程序 (包括整个存储区域) 访问自己的存储区域,4. 特权指令集 涉及外部设备的输入/输出指令 修改特殊寄存器的指令 改变机器状态的指令,12,操作系统的结构和硬件支持处理机的状态,13,5. 实例操作系统处理机的状态 DOS系统 不分态 Windows 系统 3环 用户态 0环 系统态 还有1、2环预留 UNIX系统 (Linux)系统 00 核态 01 管态 11 用户态,操作系统的结构和硬件支持处理机的状态,14,1. 中断概念,操作系统的结构和硬件支持中断技术,所谓中断是指某个事件 (例如 电源掉电、定点加法溢出或 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。,15,2. 中断类型 按中断功能分类 输入输出中断 I/O传输结束或出错中断 外中断 时钟中断、操作员控制台中断、通信中断等 机器故障中断 电源故障、主存取指令错等 程序性中断 定点溢出
4、、用户态下用核态指令、非法操作等 访管中断 对操作系统提出某种需求时所发出的中断 按中断方式分类 强迫性中断 不是正在运行的程序所期待的中断 如:输入输出中断、外中断、机器故障中断、程序性中断 自愿中断 是运行程序所期待的事件 如:访管中断,操作系统的结构和硬件支持中断技术,16,按中断来源分类 中断 由处理机外部事件引起的中断 俘获 由处理机内部事件引起的中断 中断与俘获的例,操作系统的结构和硬件支持中断技术,17,3. 中断响应 (中断进入),操作系统的结构和硬件支持中断技术,18,保护现场和恢复现场 现场 在中断的那一时刻能确保程序继续运行的有关信息。 后继指令所在主存的单元号 程序运行所处的状态 指令执行情况 程序执行的中间结果等,操作系统的结构和硬件支持中断技术,19,保护现场 当中断发生时,必须立即把现场信息保存在主存中, 这一工作称之为保护现场。 恢复现场 程序重新运行之前,把保留的该程序现场信息从主存 中送至相应的指令计数器、通用寄存器或一些特殊的 寄存器中。完成这些工作称为恢复现场。,操作系统的结构和硬件支持中断技术,20,程序状态字 (psw) 定义 反映程序执行时
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