2操作系统结构
操作系统结构设计
美观性
用户界面应该美观，提供良好 的视觉效果。
灵活性
用户界面应该灵活，允许用户 自定义和调整。
用户界面的实现技术
事件驱动编程
通过事件来响应用户的操作 ，如鼠标点击、键盘输入等 。
图形库
使用图形库来创建图形用户 界面，如Qt、GTK等。
语音识别技术
使用语音识别技术来识别用 户的语音输入。
THANKS
文件的存储与访问
总结词
文件存储与访问的方式和机制
详细描述
文件系统提供了多种方式来存储和访问文件。文件可以按顺序或随机方式存储在磁盘、固态硬盘等存 储介质上。文件访问可以通过文件路径、文件名、标识符等方式进行。
文件的共享与安全
总结词
文件共享和安全控制的方法与策略
详细描述
文件系统提供了多种机制来控制文件的共享和安全。通过访问 控制列表（ACL）、用户权限等方式，可以控制不同用户对文 件的访问权限。同时，文件加密、数字签名等技术也可以用于 保护文件的安全。
操作系统结构设计
目录
Contents
• 引言 • 操作系统结构概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 用户界面设计
01
引言
操作系统的定义与重要性
定义
操作系统是计算机系统的核心软件， 负责管理和控制计算机硬件和应用程 序的执行。
重要性
操作系统是计算机系统的基础，提供 了一个稳定、高效、安全的环境，使 得计算机硬件和应用程序能够协调工 作。
结合段式和分页式内存管理，将内存分为多 个段，每个段内部再分页。
内存的交换与回收
交换
将不用的内存数据暂时移出内存，释放空间 给其他进程使用。
回收
操作系统结构
层次结构
所谓的层次结构，就是把操作系统所有的功能模块按照功能调用次序分别排成若干层，各层之间的模块只有 单向调用关系(例如，只允许上层或外层模块调用下层或内层模块)。分层的优点是：
(1)把功能实现的无序性改成有序性，可显著提高设计的准确性。 (2)把模块间的复杂依赖关系改为单向依赖关系，即高层软件依赖于低层软件。 tra于1968年发表的THE多道程序设计系统第一次提出了操作系统的分层结构方法。整个THE系统分为6层。
整体式结构
整体式结构也叫简单结构或无结构，在早期设计开发操作系统时，设计者只是把注意力放在功能的实现和获 得高的效率上。整个操作系统的功能由一个一个的过程来实现，这些过程之间又可以相互调用，导致操作系统变 为一堆过程的集合，其内部结构复杂又混乱。因此这种操作系统没有结构可言。
这种早期的整体式结构的最大优点就是接口简单直接，系统效率高但是却有很多的缺点：没有可读性，也不 具备可维护性，一旦某一个过程出了问题，凡是与之存在调用关系的过程都要修改，所以给调试和维护人员带来 许多麻烦，有时为了修改系统中的错误还不如重新设计开发一个操作系统。因此，这种早期的整体式结构已经淘 汰不用了。
操作系统结构
操作系统的构成结构
目录
01 整体式结构
03 层次结构
02 模块化结构 04 微内核结构
操作系统结构是指操作系统的构成结构。在操作系统的发展过程中，产生了多种多样的系统结构，几乎每一 个操作系统在结构上都有自己的特点，从总体上看，根据出现的时间，操作系统结构依次可以分为整体式结构、 模块化结构、层次式结构和微内核结构。
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模块化结构
模块化结构是指将整个操作系统按功能划分为若干个模块，每个模块实现一个特定的功能。模块之间的通信 只能通过预先定义的接口进行。或者说模块之间的相互关系仅限于接口参数的传递。
操作系统操作系统结构
引言：操作系统是计算机中最重要的软件之一，它提供了对计算机硬件资源的管理和控制，使得用户能够方便地使用计算机。
操作系统的结构是指操作系统的组织形式和模块之间的关系。
本文将详细介绍操作系统的结构，包括操作系统的三层结构、微内核结构、分层结构、宏内核结构和虚拟机结构。
概述：操作系统的结构是为了将软件的各个组成部分有效地组织起来，以实现对硬件资源的管理和控制。
不同的操作系统结构有不同的优缺点，适用于不同的应用场景。
下面将详细介绍五种常见的操作系统结构。
正文：1.操作系统的三层结构1.1内核层1.1.1内核层的功能1.1.2内核的类型1.2基本服务层1.2.1基本服务层的功能1.2.2基本服务的实现方式1.3用户界面层1.3.1用户界面层的功能1.3.2用户界面的类型2.微内核结构2.1微内核的核心思想2.2微内核的功能2.3微内核的优缺点2.4微内核的实现方式3.分层结构3.1分层结构的原理3.2分层结构的功能3.3分层结构的优缺点3.4分层结构的实现方式4.宏内核结构4.1宏内核的核心思想4.2宏内核的功能4.3宏内核的优缺点4.4宏内核的实现方式5.虚拟机结构5.1虚拟机的原理5.2虚拟机的功能5.3虚拟机的优缺点5.4虚拟机的实现方式总结：操作系统的结构是为了将软件的各个组成部分有效地组织起来，以实现对硬件资源的管理和控制。
不同的操作系统结构有不同的优缺点，适用于不同的应用场景。
本文详细介绍了操作系统的三层结构、微内核结构、分层结构、宏内核结构和虚拟机结构。
根据具体的需求和要求，选择合适的操作系统结构可以提高系统的性能和稳定性。
对于未来的操作系统发展，应该结合实际情况，不断创新和改进操作系统的结构，以满足不断变化的需求。
操作系统2PPT课件
控制器 运算器
存储器
系统总线
中央处理器
内存储器
适配器 I/O端口
操作系统涉及到计算机科学很多领域
计算机体系结构/硬件 软件设计 程序设计语言 数据结构 算法 网络
学习核心技术并能在其他地方应用
操作系统是目前最复杂的软件系统
课程的地位及特点
本课程地位 专业核心课程 考研核心课程 技术开发的理论基础
课程的特点 实践性强（从实践总结出原理） 涉及面广（并行程序，性能问题，结构问题，程 序方法论，软件工程等等） 错综复杂：纵横交错
但是，不论是什么计算环境，我们所指的并发都 是在一个操作系统的统一指挥下的并发。
2、共享性
是指操作系统程序与多个用户程序共享系 统中的各种资源。
并发和共享是操作系统两个最基本的特性，它 们互为依存。
1、资源的共享是由于程序的并发执行而引起 的，若系统不允许程序并发执行，自然就不存 在资源共享问题。
参考书
1. 操作系统基础
屠立德 屠祁
清华大学出版社
2. 现代操作系统陈向群等译机械工业出版社3. 操作系统
吴企渊 梁燕
清华大学出版社
4. 计算机操作系统
徐甲同等
西安电科大出版社
5. 操作系统教程
孟庆昌
西安电科大出版社
6. 计算机操作系统教程 张尧学 史美林 清华大学出版社
7. 计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社
有的硬件和软件资源，使之可以得到更加有效 合理的利用。 2、操作系统能合理地组织计算机系统的工作 流程，增强系统的处理能力。 3、操作系统提供了用户与裸机之间的接口， 使用户更方便地使用计算机。
两个简单有趣的定义
1、购买“操作系统”时，零售商所装 的所有东西。
第二章 操作系统的组织结构
trap 指令执行时有以下四个动作：
Trap指令的俘获地址是034和036号单元。
↓（SP）← PS
↓（SP）← PC PC ←（ 34 ）
PS ←（ 36 ）
19
2.4 中断机制
4 向量中断
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。 中断向量就是存储该类型的中断的中断服务例行程序的入 口地址和处理器状态字的存储单元。 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。 中断向量表 系统中（主存中）所有中断类型的中断向量放在一起，形 成了中断向量表。
系统功能调用(又称程序接口)
3
2.1 操作系统虚拟机
操作系统的虚拟技术 CPU调度（分时共享） 现代操作系统的虚拟存储技术（逻辑地址与物理地址的映射） 设备管理中的虚拟设备和虚拟分配技术 虚拟技术的原理： 系统硬件包括CPU、主存和各种外部设备，每台硬部件被操作 系统复制成多个虚拟部件，并分配给每个应用程序。这样，每 个应用程序感觉自己拥有CPU、主存和外部设备。
trap 指令
read
13
fork
2.4 中断机制
3 中断进入
中断响应所需要的硬件包括
正在执行的 用户程序 中断进入 中断处 理程序 中断 返回 继续执行
指令计数器PC 处理机状态寄存器PS 系统 中断
堆栈 SP
向量 表
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2.4 中断机制
3 中断进入
保护现场和恢复现场
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 保护现场
计算机系统结构及其组成部分
计算机系统结构及其组成部分计算机系统结构是指计算机硬件和软件之间的组织和协调方式，包括计算机的层次结构和组成部分。
计算机系统的层次结构通常被分为五个部分：硬件、操作系统、系统软件、应用软件和用户。
一、硬件部分计算机系统的硬件部分包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和存储设备。
CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
内存用于存储数据和程序，是CPU快速访问的存储介质。
输入输出设备主要用于与计算机进行交互，如键盘、鼠标、显示器等。
存储设备用于持久性地存储数据和程序，如硬盘、光盘等。
二、操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机的硬件资源。
它提供了一个抽象的界面，使得应用程序可以方便地使用硬件资源。
操作系统还负责进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动程序等功能，以确保计算机系统的高效和稳定运行。
三、系统软件系统软件是对操作系统的补充，提供了丰富的功能和服务，以便于开发和运行应用软件。
系统软件包括编译器、解释器、库文件等。
编译器将高级语言程序翻译成机器语言，解释器则逐行解释执行程序。
库文件提供了常用的函数和程序模块，方便程序员开发应用软件。
四、应用软件应用软件是计算机系统的最终目标，用于满足用户的需求。
应用软件包括办公软件、娱乐软件、设计软件等。
办公软件用于处理文档、表格、幻灯片等办公任务；娱乐软件包括游戏、音乐、视频等娱乐内容；设计软件用于图形设计、建模、仿真等专业领域。
五、用户用户是计算机系统的最终使用者，通过操作系统和应用软件与计算机进行交互。
用户可以使用命令行接口、图形用户界面或者自然语言交互方式与计算机系统进行沟通。
用户的需求和反馈不断推动计算机系统的发展和改进。
综上所述，计算机系统结构由硬件、操作系统、系统软件、应用软件和用户组成。
这些部分相互配合，形成一个完整的计算机系统，满足用户的需求。
计算机系统结构的不断发展和演化，推动了计算机技术的进步和应用的广泛普及。
操作系统的基本结构
操作系统的基本结构一、引言操作系统是计算机系统中最重要的软件之一，它负责管理计算机硬件和软件资源，为用户提供友好的接口和良好的体验。
操作系统的基本结构是操作系统设计者必须考虑的一个重要问题。
二、操作系统的基本结构概述1. 操作系统的任务操作系统主要任务包括：管理计算机硬件和软件资源、提供用户接口、控制程序执行、保护计算机资源等。
2. 操作系统的组成部分操作系统由内核和外壳两部分组成。
内核是操作系统最核心的部分，它直接控制硬件资源；外壳则是用户与内核交互的界面。
3. 操作系统的层次结构操作系统可以分为多个层次，每个层次都有不同的职责和功能。
常见的层次结构包括：硬件层、设备驱动程序层、内核层、服务程序层和应用程序层等。
三、具体内容详解1. 硬件层硬件层是计算机物理设备，包括CPU、内存、IO设备等。
在这一层中，操作系统需要完成对硬件资源进行初始化和管理。
例如：建立中断向量表，初始化存储器等。
2. 设备驱动程序层设备驱动程序层是连接硬件和操作系统的层次，它负责将硬件设备转换成操作系统可以理解的形式。
在这一层中，操作系统需要完成对设备驱动程序的管理和调度。
3. 内核层内核层是操作系统最核心的部分，它直接控制硬件资源。
在这一层中，操作系统需要完成对进程、线程、内存、文件等资源的管理和调度。
同时还需要完成对外壳、服务程序等其他组成部分的调用。
4. 服务程序层服务程序层是为用户提供各种服务的部分，例如：文件管理、网络连接等。
在这一层中，操作系统需要完成对服务程序的管理和调度。
5. 应用程序层应用程序层是用户直接使用的部分，例如：文本处理软件、游戏软件等。
在这一层中，操作系统需要完成对应用程序的管理和调度。
四、结论通过以上详细介绍可以看出，操作系统基本结构是由多个不同职责和功能的组成部分构成。
每个部分都有自己独特的功能和任务，在整个操作系统中起到不可或缺的作用。
了解操作系统基本结构有助于我们更好地理解计算机工作原理，并能更好地使用计算机资源。
操作系统结构
操作系统结构
1.3 客户/服务器模型与微核结构
优点： (1) 简化了操作系统核心。 (2) 改进了独立性和可靠性。 (3) 完全适宜于分布式计算模型。
缺点：降低了运行效率
操作系统
操作系统结构
1.1 单体结构
单体结构又 叫模块组合法，是 基于结构化程序设 计的一种软件结构 设计方法。早期操 作系统大多采用这 种结构设计方法。 在单体结构的操作 系统中，允许任一 子程序调用其他子 程序。
操作系统结构
1.1 单体结构
单一整体结构的特点：模块由众多服务过程(模块 接口)组成,可以随意调用其他模块中的服务过程
操作系统结构
1.2 层次结构模型
优点： 功能明确，调用关系清晰（高层对低层单向依 赖），有利于保证设计和实现的正确性 低层和高层可分别实现（便于扩充）；高层错 误不会影响到低层；避免递归调用
缺点：降低了运行效率
操作系统结构
1.3 客户/服务器模型与微核结构
把操作系统分成若干进程，其中每个进程实现一种服务， 例如内存服务、进程服务等。服务进程运行在用户态，它的 任务是检查是否有客户进程提出服务请求，若有，则将请求 的结果返回。而客户进程可以是另一个服务进程，也可以是 一个应用程序。客户进程与服务进程之间采用消息机制通信， 这是因为每个进程属于不同的虚拟地址空间，它们之间不能 直接通信，必须通过内核进行，而内核则是被映射到每个进 程的虚拟地址空间中，它可以操纵所有进程。客户进程发出 消息，内核将消息传给服务进程。服务进程执行相应的操作， 其结果又通过内核以发消息的方式返回给客户，这就是客户 机/服务器的运行模式。
操作系统
操作系统结构范文
操作系统结构范文操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它负责协调和管理计算机硬件资源以及运行其他软件。
操作系统的设计和实现涉及到很多复杂的问题，其中一个重要的方面是操作系统的结构。
1. 单体结构（Monolithic Structure）单体结构是最早也是最简单的操作系统结构。
在单体结构中，整个操作系统被构建为单个大型的可执行文件。
所有的功能模块（如进程管理、文件系统等）都被包含在这个可执行文件中。
这种结构的优点是实现简单，效率也相对较高。
但是，当系统功能增多时，单体结构会变得越来越复杂，维护和升级也变得困难。
2. 层次结构（Layered Structure）层次结构将操作系统分为若干层，每一层提供一组相关的功能。
每一层只能调用更低一层的功能，而不需要关心更低层的实现细节。
这种结构的优点是模块化和可扩展性强，不同的层之间可以独立开发和测试，提高了开发效率。
但是，层次结构可能导致性能损失，因为每一层的调用都需要经过多个层次的处理。
3. 客户端-服务器结构（Client-Server Structure）客户端-服务器结构将操作系统划分为不同的服务，每一个服务都是一个独立的进程，提供特定的功能。
客户端进程通过与服务器进程进行通信来获取所需的服务。
这种结构的优点是模块化、灵活性好，不同的服务可以在不同的计算机上运行，提高了系统的可扩展性和可靠性。
但是，客户端-服务器通信可能引入额外的开销，影响系统性能。
4. 微内核结构（Microkernel Structure）微内核结构是一种极简的操作系统结构，它只包含最基本的功能，如进程管理和内存管理，而将其他功能移动到用户空间中的独立服务器进程中。
这种结构的优点是灵活性好，易于扩展和维护，同时也提高了系统的可靠性和安全性。
但是，微内核结构可能带来性能损失，因为需要频繁地进行内核态和用户态之间的切换。
5. 虚拟机结构（Virtual Machine Structure）虚拟机结构将操作系统划分为若干虚拟机，每一个虚拟机相当于一个独立的计算机系统，可以运行不同的操作系统。
操作系统-第二章-操作系统结构
操作系统-第二章-操作系统结构操作系统第二章操作系统结构在计算机的世界里，操作系统就像是一位幕后的大管家，默默地协调着各种资源，确保计算机系统能够高效、稳定地运行。
而操作系统的结构，则是决定其管理方式和效率的关键因素。
操作系统的结构可以说是多种多样的，就像不同的建筑有着各自独特的架构一样。
常见的操作系统结构有单体结构、分层结构、微内核结构和客户/服务器结构等。
单体结构是操作系统发展早期较为常见的一种结构。
在这种结构中，操作系统的各个功能模块紧密地结合在一起，形成一个庞大的程序。
这就好比一个大杂烩，所有的东西都混在一块儿。
虽然这种结构实现起来相对简单，但是它的可维护性和可扩展性却比较差。
一旦某个功能出现问题，可能会影响到整个系统的稳定性；而且要添加新的功能也并非易事，因为需要对整个庞大的程序进行修改和调试。
分层结构则像是一座分层的大楼。
操作系统被分成若干个层次，每个层次都有明确的功能和职责。
底层为上层提供服务，上层则依赖于底层的支持。
这种结构使得系统的逻辑更加清晰，也便于对不同层次进行单独的开发和维护。
就好比大楼的每一层都有特定的用途，比如底层是基础设施，上层是各种功能房间。
当需要对某一层进行修改或优化时，不会对其他层产生太大的影响。
微内核结构则是一种相对较新的理念。
在这种结构中，内核只保留了最核心的功能，如进程管理、内存管理等，而将其他的功能模块作为服务进程运行在用户空间。
这就好比一个精简的核心团队，只负责最重要的决策和协调，而具体的业务则由外部的团队来完成。
微内核结构的优点是内核小巧灵活，稳定性高，而且便于扩充新的功能。
但它也有不足之处，比如由于功能模块之间的通信需要通过内核进行，可能会导致性能上的一些损失。
客户/服务器结构则是将操作系统的功能划分为服务器和客户两个部分。
服务器提供各种服务，客户则向服务器请求服务。
这种结构在分布式系统中应用较为广泛，能够有效地实现资源的共享和分配。
在实际应用中，不同的操作系统可能会根据自身的需求和特点选择不同的结构，或者是对多种结构进行融合和改进。
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计算机操作系统 8
中断屏蔽：指禁止处理机响应中断或禁止中断出 中断屏蔽 指禁止处理机响应中断或禁止中断出 现。 两种实现方法： 两种实现方法 • 硬件实现(由软件设置处理机优先级,硬件按系 硬件实现(由软件设置处理机优先级, 统设计时的约定,屏蔽那些低优先级中断； 统设计时的约定,屏蔽那些低优先级中断； • 软件实现(由软件按操作系统优先级约定,设置 软件实现(由软件按操作系统优先级约定, 屏蔽寄存器) 屏蔽寄存器)。 软件实现中断屏蔽图示
计算机操作系统 3
2.1.1中断/ 2.1.1中断/异常的区别 中断
中断(外中断) 中断(外中断)
I/O中断 I/O中断 时钟中断
广义中断
陷入指令 缺页异常 异常(内中断) 异常(内中断) 地址越界 例外或陷入(Trap) 例外或陷入(Trap) 其他程序性异常 如算术溢出等) (如算术溢出等) 中断(狭义)与异常的区别: 中断(狭义)与异常的区别: 中断: 与正执行指令无关； 中断: 与正执行指令无关； 异常: 与正执行指令有关。 异常: 与正执行指令有关。
15 14 13 12 8 7 0
TNZV C
当前 状态 先前 状态 优先级 特征位
PS
PDP-11机器的处理器状态寄存器示例 机器的处理器状态寄存器示例
计算机操作系统 15
3 中断向量 中断/异常向量：一个存放中断/ 中断/异常向量：一个存放中断/异常处理程 序入口地址和程序运行所需处理机状态字的 内存单元。 内存单元。
计算机操作系统 4
更详细打断处理机当前指令正常执行顺序的原因： 更详细打断处理机当前指令正常执行顺序的原因： I/O中断：打印机输出结束中断， I/O中断：打印机输出结束中断，磁盘传输错 中断 外中断：计时器， 外中断：计时器，其他机器的信号 机器故障：电源故障， 机器故障：电源故障，内存读数错误 程序性异常：非法操作码，无效地址， 程序性异常：非法操作码，无效地址，算术溢出 陷入指令：访管指令（系统调用） 陷入指令：访管指令（系统调用）
第2章 操作系统结构
主要内容：中断/异常机制及中断/ 主要内容：中断/异常机制及中断/异常处 理过程、系统调用、 理过程、系统调用、典型操作系统结构及 用户使用操作系统的方法。 用户使用操作系统的方法。 重点与难点：中断概念、 重点与难点：中断概念、中断与异常的区 别及中断/异常处理过程、 别及中断/异常处理过程、系统调用实现
计算机操作系统 11
1 断点和恢复点
PC：程序计数器。指向马上要执行的那一条指令 PC 程序计数器。 程序计数器 的地址。 的地址。 断点：检测到中断信号时 检测到中断信号时, 断点 检测到中断信号时,处理机刚执行完的那条 指令地址即为断点，通常是PC PC的内容减去前一条 指令地址即为断点，通常是PC的内容减去前一条 指令占的单元长度。 指令占的单元长度。 恢复点：断点的逻辑后续指令地址 PC的值 断点的逻辑后续指令地址， 的值。 恢复点 断点的逻辑后续指令地址，PC的值。
计算机操作系统 19
一般的中断/异常处理过程包括三个阶段： 一般的中断/异常处理过程包括三个阶段： 1. 保存现场 2. 分析原因后转入相应的处理程序 3. 恢复现场 UNIX专门设置了一个call的总控程序， UNIX专门设置了一个call的总控程序，负责完 专门设置了一个call的总控程序 成这三阶段的工作。 成这三阶段的工作。
计算机操作系统
1
2.1 中断和异常
中断/异常：指系统发生某个异步/同步事件后, 中断/异常：指系统发生某个异步/同步事件后,处 理机暂停正在执行的程序, 理机暂停正在执行的程序,转去执行处理该事件程 序的过程。 序的过程。 中断引入：为了开发CPU和通道(或设备) 中断引入：为了开发CPU和通道(或设备)之间的并 CPU和通道 发操作。 发操作。
断点 恢复点
计算机操作系统 12
现场信息：指在中断那一刻， 现场信息：指在中断那一刻，确保被中断程序能 继续运行的有关信息， 继续运行的有关信息，如PC、通用寄存器、特殊 、通用寄存器、 寄存器等的内容。 寄存器等的内容。 注：对于异常，返回点不一定是恢复点 对于异常， 1）大部分用户程序出错，则结束进程； ）大部分用户程序出错，则结束进程； 2）系统调用，则返回恢复点继续执行； ）系统调用，则返回恢复点继续执行； 3）缺页异常，则处理完异常后，重新执行。 ）缺页异常，则处理完异常后，重新执行。
高级中断处理 中级中断处理 低级中断处理 低级中断处理 中级中断处理 高级中断处理
多级中断同时到达的CPU轨迹 轨迹 多级中断同时到达的
高级中断打断低级中断的CPU轨迹 轨迹 高级中断打断低级中断的
计算机操作系统 7
中断优先级设计原则： 中断优先级设计原则：高速设备的中断优先级
高，慢速设备的中断优先级低。 慢速设备的中断优先级低。
………
计算机操作系统
1 2
0 1有高、 中断优先级(中断优先权)：中断享有高、低不同的响应权 利。 1）高、低优先级中断同时到达时，先响应高级中断； 低优先级中断同时到达时，先响应高级中断； 2）高级中断可以打断低级中断处理程序的运行； 高级中断可以打断低级中断处理程序的运行； 3）同级中断同时到达时，则按位序响应。 同级中断同时到达时，则按位序响应。
计算机操作系统 13
2 核心态与用户态
CPU执行两类性质的程序： CPU执行两类性质的程序： 执行两类性质的程序 •用户程序或系统外层的应用程序（普通子程序） 用户程序或系统外层的应用程序（普通子程序） 用户程序或系统外层的应用程序 •操作系统程序（内核程序）。 操作系统程序（内核程序）。 操作系统程序 核心态(系统状态,监督方式,管态)：允许特权指 核心态(系统状态,监督方式,管态) 令执行的状态，在此状态下地址空间也较大。 令执行的状态，在此状态下地址空间也较大。 用户态(用户方式,目态) 一般用户所运行的状态。 用户态(用户方式,目态)：一般用户所运行的状态。 区分方法：由处理机状态字(PS或PSW)寄存器内设 区分方法：由处理机状态字(PS或PSW)寄存器内设 (PS 置一个标志触发器来进行区分。 置一个标志触发器来进行区分。
屏蔽寄存器 中断寄存器 屏蔽寄存器
1 1
1 0
计算机操作系统
响应中断
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两种屏蔽类型： 两种屏蔽类型：
硬屏蔽：禁止中断出现的屏蔽方式； 硬屏蔽：禁止中断出现的屏蔽方式； 例如， 机使用特权指令向PS(处理 例如，IBM370机使用特权指令向 机使用特权指令向 处理 状态寄存器)发送程序屏蔽码 发送程序屏蔽码。 机状态寄存器 发送程序屏蔽码。 软屏蔽：设备中断， 软屏蔽：设备中断，时钟中断等部分硬件中 断可以被暂时禁止响应， 断可以被暂时禁止响应，到屏蔽被解除时再 处理。 处理。 例如，可编程中断控制器， 例如，可编程中断控制器，处理机可以执行 指令设置可编程中断控制器的屏蔽码。 指令设置可编程中断控制器的屏蔽码。 注意：但异常不能被屏蔽，必须被响应。 注意：但异常不能被屏蔽，必须被响应。
计算机操作系统
14
PS(PSW)：处理机状态字。 PS(PSW)：处理机状态字。寄存处理机运行状 •
• • • • 态的寄存器。内容包括： 态的寄存器。内容包括： 当前处理机状态； 当前处理机状态； 先前处理机状态； 先前处理机状态； 处理机优先级； 处理机优先级； 各种控制位(如,外中断位)； 各种控制位( 外中断位) 条件码(反映指令执行状态) 条件码(反映指令执行状态)。
CPU 通道 外设
计算机操作系统
2
异常引入：用于表示CPU执行指令时本身引发的事件 异常引入：用于表示CPU执行指令时本身引发的事件 CPU 1）算术溢出； 算术溢出； 2）零做除数； 零做除数； 3）取数时的奇偶错； 取数时的奇偶错； 4）访存指令越界； 访存指令越界； 5）执行了一条所谓“陷入指令”（用于实现系统调 执行了一条所谓“陷入指令” 用） 注意：最早中断和异常并没有区分，都叫中断。 注意：最早中断和异常并没有区分，都叫中断。后来 由于它们的发生原因和处理方式的差别愈发明显， 由于它们的发生原因和处理方式的差别愈发明显，才 有了中断和异常的区别。 有了中断和异常的区别。
计算机操作系统
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2.1.2 中断的分级
中断寄存器：寄存中断事件的全部触发器。 中断寄存器：寄存中断事件的全部触发器。 中断位：每个触发器称为一个中断位， 中断位：每个触发器称为一个中断位，当发生某 个中断事件时相应位被置上。 个中断事件时相应位被置上。 中断序号：给中断的一个顺序编号. 中断序号：给中断的一个顺序编号. 中断响应： 中断响应：由硬件在执行每一条指令的最后时刻 判断是否有中断, 判断是否有中断,有则无条件转入操作系统的中断 处理程序. 处理程序. 中断寄存器图示： 中断寄存器图示：
计算机操作系统 10
2.2 中断/异常响应和处理 中断/
2.2.1中断/异常响应 中断/ •中断响应： 中断响应： 中断响应
在机器指令执 行周期的最后 时刻
否 是否 存在 中断 ？ 是
继续执行指令
中断检测机构
中断寄存器
执行中断
•异常 ： 是在执行指令的时候 ， 由指令本身原因 异常： 是在执行指令的时候， 异常 引发的问题。 引发的问题。指令的实现逻辑发现发生异常则转 入操作系统内的异常处理程序。 入操作系统内的异常处理程序。
原因：高速设备的中断被处理机优先响应时， 原因：高速设备的中断被处理机优先响应时，可
以让处理机尽快地向它发出下一个I/O请求， 以让处理机尽快地向它发出下一个I/O请求，提高 I/O请求 高速设备的利用率。 高速设备的利用率。