编写实模式多任务操作系统模型之一.doc

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1、操作系统是计算机软件系统的重要组成部分，它起着管理计算机软硬件资源、控制计算机的正常运行及为各类用户提供使用接口等诸多功能，是其它各类应用软件赖以存在的基础。由于操作系统软件多数以公司模式集体开发，并以成品软件的形式进行发售，使得用户只能局限于操作系统所提供的使用界面及系统功能调用上，对于系统底层的运行机制的理解只能局限于一些表面现象上，不能深入把握操作系统内部的运作机理，即使以源码形式提供的，也由于其规模庞大、特征繁多，使得用户不可能在短时间内完全掌握运行机制。为了能充分了解操作系统的功能实现，自己亲自动手编写一个小型的，或是实现部分功能的操作系统模型，而后逐步完善不失为一种

2、好方法。本文所述的这一操作系统模型即是在这方面的一次尝试。功能及特点1.实现在x86实模式下分时的多任务功能。2.PC机自检完成后可以完成机器的引导。3.引导成功后可以使3个进程并行运行，分别运行于自身的程序空间内，完成自身计数器的计值工作，并采用直接写屏方式输出到屏幕上。4.有一个内核级键盘中断处理程序。5.软件规模小巧，易于研读、理解和实践，以及进行功能的增强和拓展。6.程序分模块编写，功能明确，界限清晰。7.对于机器的配置要求极低,以Intel80x86处理器为CPU的PC机、VGA彩色显示器、3英寸软驱即可。运行机制众所周知，Intel80386以上的CPU具有实模式和

3、保护模式两种工作方式，处于保护模式的CPU在硬件上支持存储器管理、虚拟地址、分页、保护等功能，具有多任务切换机制，是现今的多用户多任务操作系统如Windows、Linux、FreeBSD等所采用的工作方式。而工作于实模式80386及以上的CPU相当于高性能的8086CPU，本身在硬件上不具备多任务的切换机制,那末，在x86的实模式下是否可以实现现多任务功能呢？答案是肯定的，利用软件进行模拟。本程序在系统时钟中断的驱动下，利用软件方式在x86CPU实模式下实现了一个多任务操作系统模型，可以启动机器，并在屏幕上显示由3个并行进程输出的各自程序计数器。在宏观上，3个进程在并行运行。在

4、微观实现上，通过时钟中断的控制，3个进程依次轮流占用CPU完成各自的工作，即每当发生时钟中断，Kernel内的调度程序被激活，顺序将下一个先前被剥夺运行权的进程赋予运行权，使其可以占用CPU运行，当再次发生时钟中断时，当前运行的进程被强行中断运行，调度程序将其断点信息保存到该进程的堆栈区，待下次运行时再将其恢复,而后调度程序选择下一进程，使其转入运行状态。整个系统循环往复，直到关机。相关背景知识本程序全部利用汇编语言在x86实模式下编程，为能深入理解程序的工作原理，必须了解PC机相关软硬件知识。下面对相关内容进行简单叙述。1.PC机自举过程简述PC机在通电后至操作系统接管控制前

5、，要进行一系列的自检及初始化过程，包括对内存、外设等硬件的检测。在检测过程中若存在严重错误则停机。若无则试图根据CMOS内的配置信息读取启动盘上的引导记录bootsector。通常先从软盘启动（本文默认从软盘启动），将软盘上0面0道1扇区的512字节读入到内存0000:7c00h地址处，而后跳到该地址处执行，这时机器便由软件接管控制。通常操作系统都由一个引导程序进行引导，引导程序的主要作用在于将操作系统的内核读入内存，而后转到内核去执行，由内核接管机器的所有控制，包括内存管理、进程管理、设备管理、处理机管理等。上述启动盘上的引导记录就是一个引导程序，在该操作系统模型的实现中，b

6、oot.asm程序即起到这样功能的程序，后面将结合具体代码进行详细介绍。2.PC机的中断向量表结构中断是改变程序运行环境的一种机制，它可以使CPU暂停当前程序的执行，转去执行引发中断的中断源的中断服务程序。在中断服务程序执行完毕后，再接着原来的程序执行。中断可以通过中断指令intxx或由外部的硬件设备产生。中断向量表即提供当中断发生时，如何转向中断服务程序的方法。在中断向量表中存放了相应中断服务程序的入口地址，这一入口地址称为中断向量，它由段地址和偏移组成，即CS：IP。PC机中的中断向量表位于低端内存区的1KB存储器中，绝对地址为：00000H～003FFH，其中的每个中断向

7、量占4个字节，CS占2个字节（占高地址区），IP占2个字节（占低地址区）。给定一个中断类型号，即可通过如下的方式取得中断向量的段地址及偏移：CS=[中断类型号*4]IP=[中断类型号*4+2]3.PC机屏蔽中断的内部处理过程PC机中断发生时，若中断标志I=1（中断允许），则有如下的内部动作：◆a.将中断类型号*4，得到中断向量表的指针;◆b.将CPU的标志寄存器Flag入栈;◆c.将中断标志I和陷阱标志T清0;◆d.将主程序断点处的CS及IP分别压入堆栈保存;◆e.从中断向量表中取得中断服务