操作系统原理 第1章 引论精品.pptVIP

1.5 操作系统结构设计 文件服务器 内存服务器 网络服务器 …… 硬件 微内核 SPI 核心态 用户态 1.5 操作系统结构设计 微内核 一个微内核思想的略微变体是将进程划分为两类：服务器，每个服务器提供某种服务；客户端，使用这些服务。这个模式就是所谓的客户机-服务器模式。 通常，在系统最底层是微内核，但并不是必须这样的。 这个模式的本质是存在客户端进程和服务器进程。 1.6 操作系统的硬件环境 任何系统软件都是硬件功能的延伸，并且都是建立在硬件基础上的，离不开硬件设施的支持。而操作系统更是直接依赖于硬件条件，与硬件的关系尤为密切 1-6-1 中央处理机（CPU） CPU的构成与基本工作方式 一般的处理机由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成。 处理机中的寄存器 寄存器为处理机本身提供了一定的存储能力，它们的速度比主存储器快得多，但是因为造价很高，存储容量一般都很小。 处理器一般包括两类寄存器：用户可见寄存器、控制和状态寄存器（如PC、IR、PSW） 1.6操作系统的硬件环境 指令执行的基本过程 特权指令和非特权指令 －特权指令 在指令系统中那些只能由操作系统使用的指令 －非特权指令 允许一般的用户使用的指令 1.6操作系统的硬件环境 处理机的状态 －管态（特权态、特态、系统态） 指操作系统管理程序运行的状态。可以执行全部指令，使用所有资源，具有改变处理机状态的能力 －目态（普通态、普态、用户态） 指用户程序运行时的状态。只能执行非特权指令 有些系统分为核心状态、管理状态和用户程序状态 程序状态字PSW 用来指示处理器状态，通常包括以下状态代码： －CPU的工作状态代码 －条件码 －中断屏蔽码 1.6操作系统的硬件环境 1-6-2 存储系统 存储器的类型 －读写型存储器（随机访问存储器RAM） －只读型存储器（只读存储器ROM） 存储器的层次结构 计算机存储系统的设计主要考虑三个 问题：容量、速度和成本 提高存储系统效能的关键点就在于程 序的存储访问局部性原理 1.6操作系统的硬件环境 存储分块 为了简化对存储器的分配和管理，在不少计算机系统中把存储器分成块。在为用户分配主存空间时，以块为最小单位 存储保护 常用的存储保护机构：界地址寄存器（界限寄存器）、存储键 1-6-3 缓冲技术 引入原因 为了解决部件之间速度不匹配的问题 类型 单缓冲、双缓冲、多缓冲（Cache） 1.6操作系统的硬件环境 1-6-4 中断技术 中断的概念 什么是中断 －所谓中断是指CPU对系统中或系统外发生的异步事件的响应； - 引起中断的那些事件称为中断事件或中断源； - 中断源向处理器发出的请求信号称为中断请求； - 把处理中断事件的那段程序称为中断处理程序 - 中断的作用：能充分发挥处理器的使用效率 、提高系统的实时能力 - 典型的中断：程序中断、时钟中断、I/O中断、硬件失效中断 1.6操作系统的硬件环境 中断的分类 －依据中断的功能：可屏蔽中断（I/O中断）、不可屏蔽中断（机器内部故障、掉电中断）、程序错误中断（溢出、除法错等中断）、软件中断（Trap指令或中断指令INT） －依据被激发的手段：强迫性中断、自愿性中断 －依据中断事件发生和处理是否是异步 ：异步中断（中断）、同步中断（异常） －依据中断源的类型 ：硬件中断、软件中断 中断系统 中断系统组成部分 －中断系统的硬件中断装置 －软件中断处理程序 1.操作系统的硬件环境 中断装置一般要提供的基本功能 －提供识别中断源的方法 －提供查询中断状态的方法 －提供中断现场保护的能力 －提供中断处理程序寻址能力 －具有预定义的系统控制栈和中断处理程序入口地址映射表等数据结构和它们在主存中的位置 中断逻辑与中断寄存器 －中断寄存器：有的大型计算机中为了区分和不丢失每个中断信号，通常对应每个中断源都分别用一个固定的触发器来寄存中断信号，这些触发器的全体称为中断寄存器 －中断扫描机构 ：处理器的控制部件中能检测中断的机构 1.6操作系统的硬件环境 多级中断和中断屏蔽 －中断优先级：高优先级屏蔽低优先级 －同一中断级中有多个中断请求时，可采用固定的优先数和轮转法来处理 中断响应 －CPU何时响应中断：通常在指令周期最后时刻接受中断请求，或是在此时扫描中断寄存器