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操作系统结构 四川大学计算机学院 左劼 系统的组成 进程管理 内存管理 文件管理 输入/输出管理 二级存储管理 网络 系统保护 命令解释系统 进程管理 进程是正在执行的程序 进程完成其任务需要一定的资源 进程和程序之间的关系 一个程序是一个被动实体 任何时候最多只有一个指令被以进程的名义执行 一个程序可能和多个进程相关联 操作系统的职责 内存管理 内存是CPU的舞台 程序要执行，先要被装入内存 当有多个任务的时候 如何分配内存，保证够用 如何保证不相互影响 操作系统的职责 文件管理 计算机系统使用很多不同类型的存储系统，操作系统提供了统一的逻辑信息存储观点 文件是由其创建者定义的一组相关信息的集合 操作系统的职责 输入/输出系统管理 隐藏特定硬件设备的特殊性，对硬件设备抽象出统一的接口 对各种设备进行管理 网络 分布式系统通过网络或者高速总线连接 个系统之间通过协议进行交互 如何连接、路由、安全等 保护系统 避免多个进程之间发生干扰，这是低层次的保护 避免一个健全的子系统受到其他系统的破坏 避免合法用户的信息受到其他用户的侵害 命令解释系统 用户和操作系统之间的接口 命令行界面的 图形用户界面的 操作系统服务 程序执行 I/O操作 文件系统操作 通信 错误检测 资源分配 统计 保护 系统调用 系统调用提供了进程与操作系统之间的接口 为了保证OS不被用户程序破坏不允许用户程序访问OS的系统程序和数据那么，怎样得到系统服务的呢？ 使用中断 系统调用的处理过程-2 在系统中为控制系统调用服务的机构称为陷入或异常处理机构 把由于系统调用引起处理机中断的指令称为陷入或异常指令 每个系统调用都对应一个给定的功能号 系统调用的处理过程-3 为实现系统调用功能的子程序编造入口地址表每个入口地址与相应的系统程序名对应 陷入处理程序把陷入指令包含功能号与入口地址表有关项对应，系统调用功能号驱动有关子程序执行 在系统调用处理结束之后，用户程序需利用系统调用返回结果继续执行 系统调用的处理过程-3 保护现场 在进入系统调用处理之前，陷入处理机构还需保存处理机现场 在系统调用处理结束之后，要恢复处理机现场，现场被保护在特定的内存区或寄存器中 如何给系统调用传参数 通过有关通用寄存器来传递参数：这些寄存器应是系统程序和用户程序都能访问，由于寄存器长度较短，无法传递较多的参数 在内存中开辟专用堆栈区来传递参数 系统调用的分类 进程控制 文件管理 设备管理 信息维护 通信 进程管理 结束、中止 装入、执行 创建进程、终止进程 取得、设置进程属性 等待时间 等待事件、唤醒事件 分配和释放内存 文件管理 创建文件、删除文件 打开、关闭 读、写、定位 取得、设置文件属性 设备管理 请求设备、释放设备 读、写、定位 取得、设置设备属性 逻辑连接、断开设备 信息维护 读取、设置日期时间 读取、设置系统数据 读取进程、文件或设备属性 设置进程、文件或设备属性 通信 创建、删除通信连接 发送、接收消息 传递状态信息 连接、断开远程设备 系统程序 作用 实现方式 集成在命令解释程序中 单独的命令，命令解释程序来调用 系统结构 操作系统系统结构设计的历史 简单结构 分层方法 微内核 简单结构 没有明确定义结构 所有的内核函数在一个层次 之间可以相互调用 分层方法 将操作系统的结构分成若干层 每一层都只依赖下一层 逻辑清晰 效率低下 UNIX系统结构 微内核 内核仅仅指实现最基本的功能，其它的功能都在系统级或用户级程序中实现 便于扩充、移植操作系统 比较困难 虚拟机 虚拟机的产生 虚拟机如何进行管理：系统模式和用户模式 优点、缺点都很明显 虚拟机模型 Java Java语言 字节码 Java虚拟机 Java的安全模型 * * system call 入口地址表 (1)保护处理现场 (2)取系统调用功能号并寻找子程序入口 (3)返回 A0 A1 Ai An A0 A1 Ai An Sub0 Sub1 Subi Subn 用户程序 陷入处理机构 系统子程序 系统调用的处理过程 用户 Shell和系统库 内核和硬件交互的接口 信号 终端处理 文件系统 交换 磁盘 CPU调度 内存管理 终端控制器 终端 设备控制器 磁盘和磁带 内存控制器 物理内存 系统调用