操作系统的逻辑结构
操作系统 存储的逻辑结构
操作系统存储的逻辑结构
通常，操作系统会将内存划分为多个区域，每个区域都有自己的特定用途和管理方式。
以下是常见的几种逻辑结构：
1. 内核区：这是操作系统内核所占用的区域，用于管理系统资源和运行系统服务。
该区域通常是操作系统最重要的部分，也是最受保护的区域之一。
2. 用户区：这是给用户程序使用的区域，用于存储程序代码、数据和堆栈。
用户程序只能访问该区域，而不能访问内核区和其他用户区。
3. 缓存区：这是操作系统用来提高磁盘读写效率的一种内存区域。
当操作系统读取磁盘数据时，会把数据缓存到该区域中，以便下次访问时能够更快地获取数据。
4. 设备区：这是用于管理设备驱动程序的区域，用于控制和管理I/O设备的访问。
5. 共享区：这是用于多个进程之间共享数据的区域，允许不同进程之间交换信息和通信。
以上是操作系统存储的常见逻辑结构，不同操作系统会采用不同的结构来管理内存。
了解这些逻辑结构有助于深入理解操作系统的工作原理和内存管理方式。
- 1 -。
第二章 操作系统的逻辑结构
4. 程序性中断 在程序执行的过程中，发现了程序性质的错误或出
现了某些特定状态而产生的中断。如浮点溢出、用户态 下使用了特权指令、内存越界、跟踪等。
5. 访管中断 对操作系统提出某种请（需）求时所发生的中断。
例如，创建进程，I/O传输、打开文件、关闭文件、文件 的读、写等系统调用。
所发生的中断。例如：打印机打印完成、缺纸，读磁盘 时相应驱动器中没有磁盘等。
2. 外中断 对某个中央处理机而言，它的外部非通道式装置所
引起的中断称为外部中断。例如，时钟中断、操作员控 制台中断，多处理机系统中CPU到CPU之间的通信中断
等。
3. 硬件故障中断 当机器发生故障时的中断叫硬件故障中断。例如，
中断进入
中断 返回
中断处 理程序
继续执行
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。
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： 发生中断时正在运行的程序被暂时停止，程序的暂停点
处理机状态的权限次序是：核态、管态、用户态。
1. 核态：
CPU执行操作系统程序时所处的状态。
在此状态下允许CPU使用全部资源和全部指令， 其中包括一组特权指令（如涉及外设的I/O、改变处 理机状态、修改存储保护的指令），实现对系统资 源的分配与管理，为用户提供使用外部设备的服务。
2. 管态:
管态比核态的权限低，在此状态下允许使用一 些用户态下不能使用的资源，但不能使用修改CPU 状态的指令。无核态时，管态执行核态的全部功能。
操作系统原理总结
操作系统原理总结操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和协调计算机的各种活动，使得计算机能够高效、稳定地运行。
下面就让我们来深入了解一下操作系统的原理。
操作系统的主要功能包括处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。
处理机管理的任务是合理地分配和调度处理机资源，以提高处理机的利用率和系统的性能。
进程是处理机管理中的一个重要概念，它是程序的一次执行过程。
操作系统通过进程控制、进程同步、进程通信和进程调度等手段来管理进程。
进程调度算法决定了哪个进程将获得处理机资源，常见的调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
存储器管理的目标是为程序的运行提供良好的内存环境，提高内存的利用率。
内存分配方式有连续分配和离散分配两种。
连续分配包括单一连续分配和分区分配，离散分配则包括分页存储管理、分段存储管理和段页式存储管理。
虚拟存储器技术通过将部分程序和数据暂时存放在外存上，使得计算机能够运行比实际内存更大的程序。
设备管理的主要任务是管理和控制各类 I/O 设备，方便用户使用设备，并提高设备的利用率。
设备管理包括设备分配、设备驱动、设备缓冲和设备独立性等方面。
设备分配算法要考虑设备的使用情况和请求的优先级。
设备驱动程序是操作系统与设备硬件之间的接口，负责控制设备的操作。
设备缓冲可以减少 I/O 操作的次数，提高系统的性能。
文件管理负责对文件进行组织、存储、检索和保护。
文件系统为用户提供了一种按名存取的方式，方便用户对文件进行操作。
文件的逻辑结构有流式文件和记录式文件，物理结构有连续文件、链接文件和索引文件。
文件存储空间的管理方法有空闲表法、空闲链表法和位示图法等。
文件的保护机制可以防止文件被非法访问和修改。
用户接口是操作系统与用户之间的交互界面，分为命令接口和程序接口。
命令接口包括联机命令接口和脱机命令接口，程序接口则通过系统调用为用户程序提供服务。
操作系统的体系结构主要有单体结构、层次结构、微内核结构和客户/服务器结构等。
操作系统的逻辑结构
系统能作为抽象数据类型或对象方法来实现。
缺点： 存在潜在的性能退化 没有纯粹采用模块化结构的商业化操作系统
可扩展内核结构
可扩展内核结构通过使用一个公共的基本功能集合（称为 基础核心），以实现特定操作系统（如实时、分时）的模 块化组织结构。 这种方法为特定操作系统定义了两类模块： 策略独立模块：用来实现微内核（可扩展内核）。这一层 的模块功能（基础组件）与机制和硬件相关，基础组件是 支持上层特定策略的共性部分。 特定策略模式：包含能够满足某种需要的操作系统的模块 集合，它依靠策略独立模块的支持以反映特定操作系统的 需求。
配置在裸机上的第一层软件是操作系统。
什么是操作系统虚拟机
应用程序 扩充后的机器 裸机 操作系统 用户程序 裸机：没有装入任何软件的计算机。 操作系统虚拟机：在裸机上配置了 操作系统程序后就构成。
操作系统虚拟机为用户提供了很多硬件无法提供 的功能。
操作系统虚拟机的功能
虚拟机的“指令”集合 裸机各种基本硬件指令
① 结构：描述组成系统的不同功能如何分组和交互
② 接口：与系统内部结构密切相关，由操作系统提供 给用户、用户程序、或上层软件使用 ③ 运行时的组织结构：定义了执行过程中存在的实体 类型及调用方式
2.2.1
结构化组织
操作系统是一个大型的程序系统，或者说是软件模 块的集合。每个模块包含数据、完成一定功能的程 序以及该模块对外提供的接口。 软件设计者的任务： 1、使用模块来实现功能 2、定义接口实现模块间交互 在操作系统的设计中，采用四种方法：
层次结构
采用层次结构构造操作系统是将操作系统的 各种功能模块分成不同的层次，然后以一定的 原则形成一个整体。 整个操作系统在结构上类似于一个洋葱头， 它由若干层组成，每一层都提供一组功能，这 些功能只依赖于该层以内的各层。
计算机逻辑构成
计算机逻辑构成计算机逻辑构成是指计算机系统中用来处理和操作信息的基本逻辑组件。
这些组件是计算机硬件的重要部分，包括输入、输出、中央处理器（CPU）、内存和数据通路等。
1. 输入输入是将外部信息引入计算机系统的过程。
通常，输入设备如键盘、鼠标、扫描仪等将人类的指令、数据或其他信息转化为计算机可识别的形式，以便计算机能够进一步处理。
2. 输出输出是将计算机处理完毕的信息传递给用户或其他设备的过程。
输出设备如显示器、打印机、音频设备等将计算机生成的结果转化为人们能够理解的形式，以便满足用户的需求。
3. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心组件，负责执行计算机指令、控制程序运行以及处理数据。
它由运算器和控制器组成，运算器负责进行算术和逻辑运算，而控制器负责解析和执行指令。
4. 内存内存是计算机系统存储数据和指令的地方，用于临时存储和处理信息。
计算机中的内存分为主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器（如内存条）是计算机直接访问的存储区域，用于存储当前执行的程序和数据；辅助存储器（如硬盘、固态硬盘）用于长期存储数据和程序。
5. 数据通路数据通路是计算机系统中负责数据传输和处理的部分，它由一系列逻辑门、寄存器和数据传输线组成。
数据通路负责将输入的数据和指令传递给中央处理器进行处理，并将处理结果传递给输出设备或存储器。
在计算机逻辑构成中，逻辑门是十分重要的组件。
逻辑门是用于实现逻辑运算的电子元件，根据输入信号的不同组合产生相应的输出信号。
常见的逻辑门有与门、或门和非门等，它们能够实现与、或、非等基本逻辑运算。
除了逻辑门，还有其他重要的逻辑组件，如触发器、计数器和多路选择器等。
触发器是一种存储器件，用于存储和传输数据，常用于存储程序和临时数据。
计数器是一种用于计数和记录次数的电子元件，常用于时序控制和计时操作。
多路选择器是一种能够根据选择信号选择不同输入信号的电子元件，用于实现数据的多路复用和选择。
以上是计算机逻辑构成的基本内容，通过合理的组合和连接这些逻辑组件，计算机能够实现各种复杂的功能和任务。
操作系统的逻辑结构
中断响应：是处理机发现有中断请求时，中止
现运行程序的执行并自动引出中断处理程序的过 程。
中断由软硬件协同处理
中断装置：指发现中断，响应中断的硬件 中断处理程序：对中断事件进行处理的程序，由软
件来完成
二. 中断类型
按中断功能分类
（1）输入输出中断： 外部设备或通道操作正常结束或错误时所发生的中断。 如I/O传输结束或出错中断。 （2）外中断： 外部非通道式装置所引起的中断。 时钟中断、操作员控制台中断、通信中断等。 （3）机器故障中断： 机器发生故障时的中断。 电源故障、主存取指令错、长线传输的奇偶校验错等。 （4）程序性中断： 程序性质的错误或某些特定状态而产生的中断。 浮点溢出、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发出的中断称为访管中断。
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）
（二） 操作系统逻辑结构
UNIX系统体系结构
Unix系统组成：
硬件（裸机） 核心层 实用层 其他应用程序
CC、Shell、用户程序
核外程序 sh who a.out date wc grep
cd vi ld comp cpp UNIX核心 裸机
主存中用于存放中断向量服务地址的一组存储单元组成 的表。
六.中断返回
中断返回是指执 行一条中断返回 指令(RTI)。
硬件操作
↑(SP) → PC ↑(SP) → PS
第二章 小 结
1. 操作系统虚拟机概念。 2. 处理机的态，（核态）、管态、用户 态，相互的区别。 3. 中断概念：定义、类型。 4. 中断响应的定义、实质。 5. 中断处理的过程。 6. 向量中断的概念。
了解操作系统的组成与功能
了解操作系统的组成与功能操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和协调计算机硬件、软件和用户之间的交互。
它具有着复杂而庞大的功能和组成部分。
本文将介绍操作系统的基本组成和功能，帮助读者更好地了解操作系统的运作原理。
一、操作系统的基本组成操作系统由多个组成部分组成，主要包括内核（kernel）、文件系统、设备驱动程序和系统工具。
这些组成部分相互配合，共同组成了一个完整的操作系统。
1. 内核内核是操作系统的核心部分，负责管理系统的硬件资源并提供访问硬件的接口。
它是操作系统与硬件之间的桥梁，控制和分配计算机的处理器、内存、硬盘以及其他外部设备的资源。
同时，内核还具备调度任务、处理中断和异常处理等功能。
2. 文件系统文件系统是操作系统中负责管理和组织文件的部分。
它是一种将文件存储在磁盘上的机制，提供了对文件的读取、写入和删除等基本操作。
文件系统还维护了文件的目录结构、权限设置和磁盘空间管理等功能，使用户可以方便地存取和管理文件。
3. 设备驱动程序设备驱动程序是操作系统中的重要组成部分，它负责与硬件设备进行通信。
设备驱动程序通过控制和管理硬件设备的工作，向上层应用程序提供了访问和控制硬件设备的接口。
常见的设备驱动程序包括显卡驱动、打印机驱动和网络适配器驱动等。
4. 系统工具系统工具是操作系统提供给用户的一些辅助工具，用于管理和设置计算机系统的各项功能。
比如任务管理器、磁盘清理工具、网络设置工具等。
这些系统工具可使用户更方便地管理和操作计算机系统，提高了工作效率。
二、操作系统的基本功能操作系统具有多种功能，下面将介绍一些操作系统的基本功能。
1. 进程管理进程管理是操作系统的核心功能之一。
操作系统能够同时管理多个进程，为每个进程分配所需的资源，并实现进程间的切换与通信。
通过进程管理，操作系统能够有效地利用计算机资源，提高系统的运行效率和稳定性。
2. 内存管理内存管理是操作系统对计算机内存的分配和管理。
它通过内存分页、虚拟内存等技术，实现了对内存空间的合理利用和分配。
操作系统文件的逻辑结构
操作系统文件的逻辑结构操作系统文件的逻辑结构文件是操作系统中最基本的资源之一，它是指一组相关数据的集合，可以被命名并存储在计算机的存储设备中。
在计算机科学中，文件有着重要的作用，因为它们是数据持久化存储和共享的主要方式。
在本文中，我们将深入探讨操作系统文件的逻辑结构。
一、概述操作系统文件的逻辑结构指的是文件在应用程序和用户角度上看到的结构。
与物理结构不同，逻辑结构通常由应用程序员和用户来定义和使用。
一个好的逻辑结构能够提高数据处理效率、提高数据管理能力以及减少出错率。
二、顺序存储结构顺序存储结构是最简单也是最常见的一种逻辑文件结构。
这种存储方式将数据按照其出现顺序依次排列，并且每个记录都有一个唯一标识符来区分不同记录。
这种方式对于大量批量处理数据非常有效。
三、索引顺序存储结构索引顺序存储结构是在顺序存储基础上增加了一个索引表来提高检索速度。
索引表包含了所有记录位置和关键字信息，并且按照关键字排序。
这种方式可以减少数据扫描的时间，提高检索效率。
四、链式存储结构链式存储结构是一种非常灵活的数据结构，它使用指针将记录链接在一起。
每个记录包含了指向下一个记录的指针，这样就可以通过遍历指针来访问整个文件。
链式存储结构适合于随机访问，但是由于需要维护指针关系，所以在插入和删除操作时效率较低。
五、散列存储结构散列存储结构也称为哈希表，它是一种基于关键字的快速检索方法。
这种方法将所有记录散布到不同的桶中，并且每个桶都有一个唯一标识符。
当需要查找某个记录时，只需要计算其哈希值并且在相应的桶中查找即可。
这种方法可以大大提高查找效率。
六、树形存储结构树形存储结构是一种基于二叉树或多叉树的数据结构，它使用节点来表示文件中的每个记录，并且通过节点之间的父子关系来描述记录之间的逻辑关系。
树形存储结构适合于有序数据和随机访问，并且在插入和删除操作时效率较高。
七、总结操作系统文件的逻辑结构有多种形式，每种形式都有其优缺点。
在实际应用中，应该根据具体需求选择合适的存储方式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（三） 异常和中断（续）
异常（Exception）在i386中与trap是一个意思，但 中文翻译的时候往往翻译成异常或陷阱，其实也 是一个意思 异常是由于程序的行为（如除0错、缺页等）导致 的同步事件，必须由计算机立刻处理。处理完成 后，回到程序发生异常处继续执行。 中断是指某个事件（例如键盘输入、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 现行程序的下一条指令，继续执行。
2. 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）核态（Kernel mode） 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）
（2）管态（Supervisor mode） 管态比核态的权限低，在此状态下允许使用一 些用户态下不能使用的资源，但不能使用修改 CPU状态的指令。 无核态时,管态执行核态的全部功能。
（三） 异常和中断（续）
i386的异常/中断表
Vector 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Description Divide Error Debug Exception NMI Interrupt Breakpoint Overflow Bound Check Illegal Opcode Device Not available Double Fault Reserved Invalid TSS Segment Not Present Stack Exception General Protection Fault Page Fault Reserved Floating Point Error Alignment Check Machine Check Simd Floating Point Error
处理机的状态是变化的，它有时会处于用户态，有时会 处于管态。
4. 特权指令集
在核态下操作系统可以使用所有指令，包括一 组特权指令。 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
允许和禁止中断； 在进程之间切换处理机； 存取用于内存保护的寄存器； 执行输入和输出操作； 停止一个中央处理机的工作。
（三） 异常和中断（续）
中断响应：是处理机发现有中断请求时，
中止现运行程序的执行并自动引出中断处 理程序的过程。
中断由软硬件协同处理 中断装置：指发现中断，响应中断的硬件 中断处理程序：由软件来完成 中断系统 = 中断装置 + 中断处理程序
Fault Fault Abort F（三） 异常和中断（续）
一. 中断处理
（三） 异常和中断（续）
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：发生中断时正在运行的程序被暂时
停止，程序的暂停点称为断点。例如，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， 在中断返回时就 执行0200的下一条指令。
第二章 操作系统的逻辑结构
（一） （二） （三） （四） 操作系统逻辑结构 处理机的状态 异常和中断 必要的硬件支撑
（一） 操作系统逻辑结构
（二） 处理机的状态
1. 设置处理机状态的目的
为操作系统建立一个保护环境，采用的方法是区分处 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
Type Fault Fault/Trap Interrupt Trap Trap Fault Fault Fault Abort
ErrorCode No No No No No No No No Yes
Fault Fault Fault Fault Fault
Yes Yes Yes Yes Yes
（三） 异常和中断
异常——Exception 中断——Interrupt ReQuest (IRQ) i386的异常和中断
Exceptions and interrupts are both "protected control transfers," which cause the processor to switch from user to kernel mode (CPL=0) without giving the user-mode code any opportunity to interfere with the functioning of the kernel or other environments. In Intel's terminology, an interrupt is a protected control transfer that is caused by an asynchronous event usually external to the processor, such as notification of external device I/O activity. An exception, in contrast, is a protected control transfer caused synchronously by the currently running code, for example due to a divide by zero or an invalid memory access.
（3）用户态（User mode） 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
用户程序执行 禁止使用特权指令 只允许用户程序访问 自己的存储区域
操作系统的程序执行 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）