[工学]21-24 第2章 处理器.ppt

第2章 处理器管理 主要内容 中央处理器 中断技术 进程及其实现 线程及其实现 Linux进程与线程 Windows2003进程与线程 处理器调度 处理器调度算法 Linux调度算法 Windows 2003调度算法 2.1 中央处理器 2.1.1 处理器 2.1.2 程序状态字寄存器 CPU CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。 指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。 2.1.1 处理器 多处理器系统 一个计算机系统有多个运算处理器。 共享存储(紧密耦合)多处理器系统 共享所有处理器且平等的访问同一个物理主存 主从式MSP 对称式SMP 分布存储(松散耦合)多处理器系统 每个处理器均拥有自己的主存，处理器之间通过网络相连，在需要时通过网络交换数据。 集群系统Cluster SMP 对称多处理（Symmetrical Multi-Processing,SMP),是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU),各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。 在这种架构中，一台电脑不再由单个CPU组成，而同时由多个处理器运行操作系统的单一复本，并共享内存和一台计算机的其他资源。虽然同时使用多个CPU，但是从管理的角度来看，它们的表现就像一台单机一样。系统将任务队列对称地分布于多个CPU之上，从而极大地提高了整个系统的数据处理能力。所有的处理器都可以平等地访问内存、I/O和外部中断。在对称多处理系统中，系统资源被系统中所有CPU共享，工作负载能够均匀地分配到所有可用处理器之上。 MSP 主从式系统（main-slave multiprocessor,MSP）。在特别的处理器上运行操作系统内核，在其他处理器上运行应用程序和系统程序，内核负责调度和分配处理器，并向其他程序提供服务。 2.寄存器(1) 计算机系统的处理器包括一组寄存器(Register)，其个数根据机型的不同而不同。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。 构成了一级存储，比主存容量小，但访问速度快。 这组寄存器所存储的信息与程序的执行有很大关系，构成了处理器现场。 寄存器(2) 通用寄存器-- EAX，EBX，ECX和EDX 指针及变址寄存器--ESP，EBP，ESI及EDI 段选择符寄存器--CS、DS、SS、ES 、FS、GS 指令指针寄存器和标志寄存器--EIP、EFLAGS 控制寄存器--CR0，CR1，CR2和CR3 外部设备使用的寄存器—数据寄存器或缓冲区，状态寄存器，控制寄存器 特权指令与非特权指令(2) 从资源管理和控制程序执行的角度出发，必须把指令系统中的指令分作两部分：特权指令和非特权指令。 特权指令是指只能提供给操作系统的核心程序使用的指令，如启动I/O设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清主存、建立存储键，加载PSW等。 处理器状态的转换 用户态——核心态 程序请求操作系统服务，执行系统调用； 在程序运行时，产生中断或异常事件，运行程序被中断，转向中断处理程序或异常处理程序工作。 核心态——用户态 特权指令（加载程序状态字） Intel x86程序状态字 Intel x86中，PSW由标志寄存器EFLAGS和指令指针寄存器EIP组成，均为32位。 EFLAGS的低16位称FLAGS，标志可划分为三组： 状态标志 控制标志 系统标志 2.2 中断技术 2.2.1 中断概念 2.2.2 中断源分类 2.2.3 中断和异常的响应及服务 2.2.4 中断事件处理 2.2.5 中断优先级和多重中断 2.2.6 Linux中断处理 2.2.7 Windows 2003中断处理 2.2.1 中断的概念 请求系统服务 实现并行工作 处理突发事件 满足实时要求 都需要打断处理器正常的工作，为此，提出了中断概念。 中断的定义 中断是指程序执行过程中，遇到急需处理的事件时，暂时中止CPU上现行程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回原程序被中断处或调度其他程序执行的过程。 2.2.2 中断源分类 1.按中断事件的性质和激活的手段分类： 强迫性中断事件：强迫性中断事件不是正在运行的程序所期待的，而是由于某种事故或外部请求信息所引起的，分为： 机器故障中断事件 程序性中断事件 外部中断事件 输入输出中断事件 自愿性中断事件：自愿性中断事件是正在运行的程序所期待的事件。 按中断事件的性质和激活方式划分图示 2.按事件来源和实现手段分类 硬中断 外中断(中断或异步中断)--是指来自处理器之外的中断信号，包括时钟