操作系统原理及应用.ppt

* * Mode bit。DOS系统病毒 中断和故障发生时，硬件会从用户模式切换到内核模式 双重模式操作，提供手段以保护OS和用户程序不受错误用户程序的影响。 特权指令：可能引起损害的机器指令，只能在管态执行 转换到到目态、IO控制、定时器管理、终端管理等。 * 例子：由软中断引起的模式转换 用户程序执行，此时系统处于用户模式。1 进行系统调用时，必须切换为内核模式。0 中断处理完成，切换为用户模式。1 问题，系统引导后，处于什么模式？内核模式 * 定时器：需要确保OS最终总能获得对CPU的控制，例如防止用户程序死循环 定时器包括时钟和计数器 设置固定或可变的计数 定时器每经过一个时钟周期，计数器递减 计数器值为0时，产生中断（内核模式） 定时器被用来 实现分时技术 计算时间 设置定时器是特权指令 * 问题：多个程序同时在同一台机器上运行，怎样才能互不侵犯？ 多用户，多任务操作系统：OS给每个运行进程分配一个内存区域。 如何确定每个进程所能访问的内存区域？ 硬件支持： * 内核模式下，操作系统即可访问内核内存，也可访问用户内存 设置基地址、界限寄存器是特权指令 基地址、界限寄存器 界地址（上限、下限）寄存器 存储键：每个存储块有一个存储键， CPU分配用户作业唯一的存储键号 CPU将分配给该作业的存储块，置为同样键号。 （像同步密钥） * 所有IO指令均为特权指令 中断向量表的内容维护只能由os来负责，用户程序（用户模式）只能以中断号的方式通知内核发生了什么事件或者申请什么服务。 * 个人计算机-供个人使用的计算机系统 IO设备 方便用户与响应 * 可采用大型操作系统研发的技术 个人独占计算机不需要高级CPU使用的保护技术 可以运行不同的操作系统 * 多处理器系统 有紧密联系的多个CPU 紧耦合系统处理器共享内存和时钟，一般通过共享内存进行通信 * 增大吞吐量 经济：计算资源共享导致 可靠性提升： * 对称多处理 每个处理器运行操作系统的单一副本 许多进程可以立即运行而不会降低性能 多数现代操作系统支持SMP 例子 Xv6 * 非对称多处理 每个处理器被分配一个特定任务 主处理器控制系统，从处理器执行特定任务，或从主处理器获取指令 主-从关系 主处理器负责作业调度与分配 常用在极大型系统 * 计算分布在若干物理处理器上 松耦合系统： 每个处理器有自己的本地内存 通过各种通信设施，如总线、电话线进行处理器间的通信 * 独立、异构的计算机网络 经济：30年前的Grosch定理：2倍价格可获得4倍性能；如今不再适用。大量的廉价CPU组成的分布式系统。 性能：分布式系统理论上可达的绝对性能。 分布 可靠 增量式发展 * 软件 网络 安全 * 集群与分布式系统的区别：每个设备功能是否完整 两个或多个系统共享存储器，并通过LAN连接 高可用性集群：（使集群的整体服务尽可能可用。如果高可用性集群中的主节点发生了故障，那么这段时间内将由次节点代替它。） * 非对称 有一个处于激活等待状态的机器 不做任何工作，但是监控其它机器，并随时顶替故障的服务器 对称 极其之间互相监控 * 通常作为控制设备在诸如控制科学实验、医学影像系统、工业控制系统以及一些显示系统中应用 * 顾名思义，有严格、确定的时间限制 处理必须在时间限制内完成 嵌入式系统通常都是实时操作系统 * 实时系统可以是硬实时或软实时 硬实时 确保关键任务准时完成 有限的二级存储、或没有二级存储，数据存在内存里或只读存储器里 与分时系统冲突，故而通用操作系统不支持硬实时 软实时 关键任务有更高的优先级 应用于工业控制、机器人、需要高级OS功能的应用软件等 * 方便，可携带 * * In fact, all it does is call Spin(), a function that repeatedly checks the time and returns once it has run for a second. Then, it prints out the string that the user passed in on the command line, and repeats, forever. * * Run with a system with a single processor Note how we ran four processes at the same time, by using the symbol. Doing so runs a job in the background in the tcsh shell, which means that the user is ab