02第二章操作系统的逻辑结构.ppt

第二章 操作系统的组织结构 2.1 概述 构成操作系统的三种结构： 1、无结构：由一组互相耦合的过程组成。 2、层次式结构：模块化，层次化组织功能过程。 3、C/S模型：由微内核和一系列服务器进程组成。 大多数操作系统都采用层次式结构。 2.1 概述 2.1.1 操作系统虚拟机（Virtual Machine）： 在本课程中，虚拟机是指在裸机上配置了操作系统程序后的环境。（p27 图2.1） 另一种关于虚拟机的概念，是指通过软件来模拟出一种裸机环境，典型的软件有：vmware、vbox等。 2.1 概述 2.1.1 操作系统虚拟机（Virtual Machine）： 操作系统虚拟机为用户提供了一种虚拟环境，用户通过操作系统所提供的界面对计算机进行操纵。用户界面分两类： 操作命令：键盘命令，作业控制语言，图形化用户界面 系统功能调用：用户程序使用标准函数调用系统功能（如文件操作，网络操作等。） 2.1 概述 2.1.2 操作系统的虚拟技术： 操作系统的虚拟技术大量应用在多个方面 (1)CPU调度 (2)主存管理 (3)设备管理 2.3 处理机的状态 2.3.1 处理机的状态和特权指令 什么是处理机的状态 是用来表明处理机，当前正在执行哪一类程序的一种标志。 处理机状态的分类 思考：为什么要设置处理机的状态？ 原因：系统中有两类程序 管理程序 用户程序 管理系统资源　　 提出申请使用资源 控制程序运行 被控制　 目的：为操作系统建立一个保护环境，对用户程序的执行加以限制 实现：区分处理机的当前工作状态。 2.3 处理机的状态 (1) 管态 (Supervisor mode，或系统态，内核态) 操作系统的管理程序执行时，处理机所处的状态。 在此状态下运行的程序： 　　可执行全部指令(包括一组特权指令)； 　　可使用系统的全部资源(包括整个存储区) 注意：此处不区分核态和管态的差别而统称为管态（p34） 在核态下，操作系统可以使用一系列的特权指令（p34）. 2.3 处理机的状态 (2) 用户态(User mode，或目态) 用户程序执行时，机器所处的状态。 在此态下禁止使用特权指令、修改机器状态； 不能直接使用资源； 只允许访问程序自己的存储区。 2.3 处理机的状态 两者区别： 2.3 处理机的状态 思考：下图中CPU何时处于管态而何时处于用户态？ 2.3 处理机的状态 下一个问题：CPU是如何实现状态的切换？ 2.4 中断机制 2.4.1 中断 几个要点： 中断是操作系统中最为重要的概念之一。 是实现多道程序并发的必要和首要条件。 中断的实现往往依赖于一定的硬件条件。 操作系统通过利用中断实现对计算机中最重要的处理机资源的控制。 2.4 中断机制 一、中断的概念（p35） 所谓中断是指：某个事件发生时(如I/O结束、电源掉电、定点加法溢出等) ，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。 中断的实现往往依赖于一定的硬件条件。下图为微机的8259可编程中断控制器的组成原理图。（具体可查阅计算机组成原理方面的书籍） 补充材料：CPU的组成结构及取指令过程。 2.4 中断机制 回到中断的基本原理图，当CPU获知中断产生后如何从正在执行的程序转移到中断处理程序上？ 当完成了中断处理程序后，又如何从中断返回到原程序？ 这涉及到几个重要的概念。 2.4中断机制 1、中断向量 （P39-40 表2.1，中断向量地址表） 　 存放在内存中的，某类中断处理程序的入口地址、及处理器状态字的内容。通常在内存的低地址端。 2.4中断机制 ２. 保护现场和恢复现场 (1) 现场(context) 指在中断的那一时刻，能确保程序继续运行的有关信息。主要包括： ? 后继指令的主存地址 ? 程序运行时所处的状态 ? 指令的执行情况 ? 各种通用寄存器中的内容 2.4中断机制 (2) 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，称之为保护现场。 (3) 恢复现场 程序重新运行之前，把被中断该程序的现场信息，从主存送至原有的现场环境中，称之为恢复现场。 2.4中断机制 ３. 程序状态字 (程序状态寄存器），Program Status Word ， PSW)（图2.10） (1) 什么是程序状态字 　　程序状态字是