操作系统原理_庞丽萍_第二章操作系统的逻辑结构

1(一)操作系统虚拟机(二)操作系统逻辑结构(三)处理机的状态(四)中断技术第二章操作系统的逻辑结构2(一)操作系统虚拟机操作系统的核心在裸机上运行，用户程序在扩充后的机器上运行。扩充后的机器操作系统裸机应用程序用户程序1.什么是操作系统虚拟机在裸机上配置了操作系统程序后就构了操作系统虚拟机。32.操作系统虚拟机的指令系统裸机的指令系统是什么?机器指令操作系统虚拟机的指令系统?42.操作系统虚拟机的指令系统操作系统虚拟机的指令系统，又称为操作命令语言。虚拟机的功能是通过它提供的命令体现的。(1)操作命令(又称命令接口)作业控制语言键盘命令图形化用户界面(2)系统功能调用(又称程序接口)5(二)操作系统逻辑结构一.操作系统的逻辑结构6二.UNIX操作系统的结构1.UNIX系统体系结构7(1)UNIX核心层处理机管理存储管理设备管理文件系统(2)UNIX实用层操作系统中能从核心层分离出来，以核外程序形式运行在用户环境下。操作系统实用程序——编辑程序、调试程序、系统状态监控、文件管理的实用程序语言处理程序——C、Fortran、APL等语言及其编译器软件工具——源代码控制程序SCCS、LEX82.UNIX核心结构系统调用界面程序库进程控制子系统进程通信进程调度存储管理文件子系统高速缓冲字符设备块设备设备驱动程序用户程序硬件控制硬件9三.Windows操作系统的结构系统虚拟机32位Windows应用程序32位Windows应用程序共享的地址空间16位Windows应用程序16位Windows应用程序Windows子系统WindowsKernelWindowsGDIWindowsUserMSDOS虚拟机MSDOS虚拟机MSDOS虚拟机可安装的文件系统管理程序32位FATCD-ROM文件系统网络重定向程序块I/O子系统主存管理调度程序Vxds服务及动态装入程序MSDOSVM管理程序设备驱动程序：键盘、显示器、鼠标、通信及其他第3环组件第0环组件文件管理子系统虚拟机管理子系统101.设置处理机状态的目的为操作系统建立一个保护环境，采用的办法是区分处理机的工作状态。系统中有两类程序：管理程序用户程序管理系统资源使用资源，提出申请控制程序运行被控制(三)处理机的状态112.什么是处理机的态中央处理机的工作状态，当前它正在执行哪类程序，决定处理机的态。3.处理机态的类别(1)管态(Supervisormode)操作系统的管理程序执行时机器所处的状态。使用全部指令(包括一组特权指令)；使用全部系统资源(包括整个存储区域)。12(2)用户态(Usermode)用户程序执行时机器所处的状态。在此状态下禁止使用特权指令，不能直接取用资源与改机器状态，并且只允许用户程序访问自己的存储区域。管态用户态操作系统的程序执行用户程序执行使用全部指令禁止使用特权指令(包括一组特权指令)使用全部系统资源只允许用户程序访(包括整个存储区域)问自己的存储区域。134.特权指令集改变机器状态的指令修改特殊寄存器的指令涉及外部设备的输入/输出指令14(3)实例操作系统如何区分处理机的状态DOS系统不分态Windows系统现分为两态——3环用户态0环系统态还有1、2环预留Unix系统（Linux）系统分为三态——00核态01管态11用户态如何实现？15(四)中断技术一.中断概念所谓中断是指某个事件(例如电源掉电、定点加法溢出或I/O传输结束等)发生时，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。正在执行的用户程序继续执行中断处理程序中断进入中断返回16二.中断类型1.按中断功能分类(1)输入输出中断：I/O传输结束或出错中断。(2)外中断：时钟中断、操作员控制台中断、通信中断等。(3)机器故障中断：电源故障、主存取指令错、长线传输时的奇偶校验错等。(4)程序性中断：定点溢出、用户态下用核态指令、越界、非法操作等。(5)访管中断：对操作系统提出某种需求时所发出的中断称为访管中断。172.按中断方式分类(1)强迫性中断这类中断事件不是正在运行的程序所期待的，而是由某种事故或外部请求信号所引起的。强迫性中断如：输入输出中断外中断机器故障中断程序性中断(2)自愿中断它是运行程序所期待的事件，这种事件是由于执行了条访管指令而引起的。自愿中断如：访管中断183.按中断来源分类(1)中断由处理机外部事件引起的中断称为外中断。包括输入输出中断、外中断。(2)俘获由处理机内部事件引起的中断称为内中断，又称为俘获。包括访管中断、程序性中断、机器故障中断。19(3)中断与俘获的例PDP11系列机中断与俘获的分类。trap指令俘点溢出地址越界非法指令exitforkreadclock时钟rk磁盘tty终端中断与俘获中断俘获20三.中断进入1.保护现场和恢复现场(1)现场是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——后继指令所在主存的单元号程序运行所处的状态指令执行情况以及程序执行的中间结果等21(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，这一工作称之为保护现场。(3)恢复现场程序重新运行之前，把保留的该程序现场信息从主存中送至相应的指令计数器、通用寄存器或一些特殊的寄存器中。完成这些工作称为恢复现场。222.程序状态字(psw)(1)什么是程序状态字程序状态字是反映程序执行时机器所处的现行状态的代码。主要内容包括——程序现在应该执行哪条指令当前指令执行情况机器处于何种程序状态程序在执行时应该屏蔽哪些中断寻址方法、编址、保护键响应中断的内容。23(2)程序状态字的例IBM370机程序状态字内容PSW寄存器IBMPC机程序状态字内容CSIP指令地址flag标志寄存器PDP11系列机程序状态字内容PC指令计数器PS处理器状态寄存器24三.中断进入正在执行的用户程序继续执行中断处理程序中断进入中断返回指令计数器系统堆栈中断向量表处理机状态寄存器253.中断响应(1)什么是中断响应中断响应是当中央处理机发现已有中断请求时，中止现行程序执行，并自动引出中断处理程序的过程。中断响应过程：保留程序断点及处理机有关信息自动转入相应的中断处理程序执行(2)中断响应的实质交换指令地址及处理机的状态信息26(3)中断响应过程图示中断处理程序的PC中断处理程序的PS内存PCPSPC进栈PS进栈堆栈堆栈栈顶指针(4)(1)(2)(3)27四.软件的中断处理过程当硬件完成了中断进入过程后，由相应的中断处理程序得到控制权，进入了软件的中断处理过程。保留被中断程序的现场进入相应的中断服务例程恢复被中断程序的现场中断返回中断进入k+0现行程序k+128五.向量中断1.什么是向量中断当中断发生时，由中断源自己引导处理机进入中断服务程序的中断过程称为向量中断。2.中断向量中断向量包含两个内容，一是某类型中断的中断服务例行程序的入口地址，另一个是处理器状态字。3.中断向量表主存中用于存放各类中断向量的一组存储单元组成的表。4.向量中断处理过程当发生某一中断事件时，根据该类中断的中断向量直接进入处理该事件的中断处理程序。29第二章小结1.操作系统虚拟机概念。2.处理机的态，管态、用户态，二者的区别。3.中断概念：定义、类型。4.中断响应的定义、实质。5.中断处理过程。6.向量中断概念。