《运行基础与结构》PPT课件

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1、操作系统的运行基础与结构操作系统的运行基础与结构处理机的状态中断技术操作系统虚拟机操作系统的组织结构操作系统的运行基础与结构——主要内容1.为什么要区分处理机的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区分处理机状态的目的：保护操作系统2.什么是处理机的状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。操作系统的运行基础与结构——处理机的状态3.处理机状态的分类管态(Supervisormode)（也叫系统态）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)。用户态(Us

2、ermode)（也叫目态）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变机器状态，并且只允许用户程序访问自己的存储区域。操作系统的运行基础与结构——处理机的状态管态用户态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使用全部系统资源只允许用户程序(包括整个存储区域)访问自己的存储区域为了区分处理机的工作状态，需要硬件支持：在计算机的状态寄存器中设置一个系统状态位（或称为模式位）---1位或2位。操作系统的运行基础与结构——处理机的状态系统程序用户程序用户态（目态，算态）管态（系统态，核心态）若用户程序执行时超出了它的权限（如要访问操

3、作系统核心数据或要执行一个特权指令），系统如何处理？将发生中断（属于程序性中断类型），系统从用户态转为管态，由操作系统得到CPU控制权来处理这一非法事件，以保护操作系统。用户程序如何请求操作系统服务？通过系统功能调用。用户程序执行时，若需要请求操作系统服务，则通过一种受控方式进入操作系统，用户态->系统态，由操作系统得到控制权，在系统态下执行相应的服务例程，完成后返回到用户态，让用户程序继续执行（由中断返回指令实现）。操作系统的运行基础与结构——处理机的状态4.特权指令集涉及外部设备的输入/输出指令修改特殊寄存器的指令改变机器状态的指令以下情况，由用户态自动转向管态：用户进程请求操作系统的

4、某种服务（系统功能调用）用户程序执行时，发生一次中断（如I/O完成中断）当用户进程产生一个错误状态时（程序性中断）在用户态下企图执行一条特权指令时（程序性中断）操作系统的运行基础与结构——处理机的状态5.特权指令的功能允许和禁止中断；例：lockallinterrupters在进程之间切换处理机；例：switchfromusertosupervisor存取用于内存保护的寄存器；例：clearmemory执行输入和输出操作；例：startI/O停止一个中央处理机的工作；例：halt操作系统的运行基础与结构——处理机的状态6.实例操作系统处理机的状态DOS系统不分态Windows系统3环用户态

5、0环系统态还有1、2环预留UNIX系统(Linux)系统00核态01管态11用户态操作系统的运行基础与结构——处理机的状态1.中断概念操作系统的运行基础与结构——中断技术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。继续执行中断进入中断返回中断信号正在执行的程序中断处理程序2.中断类型按中断功能分类输入输出中断——I/O传输结束或出错中断外中断——时钟中断、操作员控制台中断、通信中断等机器故障中断——电源故障、主存取指令错等程序性中断——定点溢出、用户态下用核态指令、非法操

6、作等访管中断——对操作系统提出某种需求时所发出的中断按中断方式分类强迫性中断——不是正在运行的程序所期待的中断如：输入输出中断、外中断、机器故障中断、程序性中断自愿中断——是运行程序所期待的事件如：访管中断操作系统的运行基础与结构——中断技术按中断来源分类中断——由处理机外部事件引起的中断俘获——由处理机内部事件引起的中断，也叫陷入中断与俘获的例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操作系统的运行基础与结构——中断技术3.中断响应(中断进入)继续执行中断进入中断返回中断信号正在执行的程序中断处理程序操作系统的运行

7、基础与结构——中断技术中断源、断点和恢复点中断源：引起中断的事件称中断源，如打印完成中断，其中断源是打印机。断点：发现中断时，刚执行完的那条指令所在的单元号（PC的内容减1，如某程序正在执行0200地址的指令被中断，那么，0200地址就是断点）恢复点：中断时PC所指示的地址（如上例中的恢复点就是在中断返回时执行0200的下一条指令）操作系统的运行基础与结构——中断技术保护现场和恢复现场现场在中断的那一时刻能确保程序继续运