第2章操作系统的结构和硬件支持

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1、第2章操作系统的结构和硬件支持操作系统的结构和硬件支持操作系统虚拟机操作系统的组织结构处理机的特权级中断技术1操作系统的结构和硬件支持——主要内容操作系统虚拟机操作系统的结构和硬件支持——操作系统虚拟机2在裸机上配置了操作系统程序后就构了操作系统虚拟机。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。操作系统的结构和硬件支持——操作系统虚拟机裸机作系统应程序用序程用户操扩充后机器的操作系统虚拟机1.什么是操作系统虚拟机3机器指令2.操作系统虚拟机的指令系统(1)裸机的指令系统(2)操作系统虚拟机的指令系统操作系统的结构

2、和硬件支持——操作系统虚拟机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)操作系统的结构操作系统的结构和硬件支持——操作系统的结构4操作系统的设计方法单体结构模块化结构可扩展内核结构层次结构操作系统的结构和硬件支持——操作系统的结构应用软件其他系统软件操作系统其他功能操作系统内核ⅰ单体结构ⅱ模块化结构应用软件其他系统软件操作系统其他功能操作系统内核1.操作系统的结构类型5ⅲ可扩展内核结构内核操作系统应用软件其他系统软件操作系统其他功能内核核心功能基础核心ⅳ层次结构操作系统应用软件其他系

3、统软件操作系统其他功能内核操作系统4种组织结构示意图操作系统的结构和硬件支持——操作系统的结构62.操作系统的层次结构操作系统层次结构示意图操作系统的结构和硬件支持——操作系统的结构73.实例操作系统的结构(1)UNIX操作系统的结构UNIX操作系统结构示意图操作系统的结构和硬件支持——操作系统的结构①UNIX核心层处理机管理存储管理设备管理文件系统②UNIX实用层实用程序——编辑程序、调试程序、系统状态监控、文件管理等实用程序存储管理软件工具——源代码控制程序SCCS、文档准备程序包等8系统调用界面程序库进程通信进程调度存储管

4、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用户级核心级硬件层进程管理与存储管理网络管理网络协议网络驱动Linux系统的核心结构示意图(2)Linux系统的核心结构操作系统的结构和硬件支持——操作系统的结构9系统虚拟机32位Windows应用程序32位Windows应用程序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-RO

5、M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共享的地址空间Windows系统结构示意图(3)Windows操作系统的结构操作系统的结构和硬件支持——操作系统的结构处理机的特权级操作系统的结构和硬件支持——处理机的特权级10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：保护操作系统操作系统的结构和硬件支持——处理机的特权级1.为什么要区分处理

6、机的状态系统中两类程序的职责和区别处理机的态，又称为处理机的特权级，是中央处理机的工作状态。当前处理机正在执行哪类程序，决定处理机的态。(1)什么是处理机的态2.处理机的状态及分类11①管态(Supervisormode)操作系统的管理程序执行时机器所处的状态，又称处理机的特权级。在此状态下处理机可使用全部指令(包括一组特权指令)；使用全部系统资源(包括整个存储区域)。②用户态(Usermode)用户程序执行时机器所处的状态称为用户态。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

7、域。(2)处理机状态的分类操作系统的结构和硬件支持——处理机的特权级①涉及外部设备的输入/输出指令②修改特殊寄存器的指令③改变机器状态的指令12(3)处理机状态的特权指令集操作系统的结构和硬件支持——处理机的特权级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13①DOS系统不分态②Windows系统3环用户态0环系统态还有1、2环预留③UNIX系统(Linux)系统00核态01管态11用户态(4)实例操作系统处理机的状态操作系统的结构和硬

8、件支持——处理机的特权级中断及其处理操作系统的结构和硬件支持——中断及其处理14操作系统的结构和硬件支持——中断及其处理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