操作系统的逻辑结构.pptx
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1、(一)操作系统虚拟机(一)操作系统虚拟机n为提高计算机系统资源的使用效率和方便用户,在计算机系统中必须配备操作系统.n操作系统是一个大型的软件,规模庞大、结构复杂。操作系统必须是一个清晰、正确的逻辑结构。什么是操作系统虚拟机什么是操作系统虚拟机 在裸机上配置了操作系统程序后就构成了操作系统虚拟机。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裸裸裸裸 机机机机操作系统操作系统操作系统操作系统扩充后的机器扩充后的机器扩充后的机器扩充后的机器用户程序用户程序用户程序用户程序应用程序应用程序应用程序应用程序n 操作系统虚拟机的指令系统操作系统虚拟机的指令系统n裸机的指令系统是什么?机器指令
2、n操作系统虚拟机的指令系统?操作系统虚拟机的指令系统,又称为操作命令语言。虚拟机的功能是通过它提供的命令体现的。(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)(二)(二)操作系统逻辑结构操作系统逻辑结构 CC、Shell、用户程序核外程序sh who a.out date wc grep cd vi ld comp cpp nroff UNIX核心裸机UNIXUNIX系统体系结构系统体系结构n Unix系统组成:n 硬件(裸机)n 核心层n 实用层n 其他应用程序UNIXUNIX系统核心结构系统核心结构1.进程控制子系统n进程同步、进程间
3、通信、进程调度和存储管理2.文件子系统n文件存储空间管理、文件操作及存取控制、高速缓冲机制WindowsWindows操作系统的结构操作系统的结构(三)(三)处理机的状态处理机的状态1.1.设置处理机状态的目的设置处理机状态的目的设置处理机状态的目的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:管理程序管理程序 用户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2.2.什么是处理机的态什么是处理机的态什么是处理机的态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.处理机态的类别处理机态的类
4、别(1)核态()核态(Kernel mode)操作系统的管理程序执行时机器所处的状态。n使用全部指令(包括一组特权指令)n使用全部系统资源(包括整个存储区域)(2)管态()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。无核态时无核态时,管态执行核态的全部功能。管态执行核态的全部功能。(3)用户态()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。管态管态用户态用户态n 操作系统的程序执行 用户程序执行
5、n 使用全部指令 禁止使用特权指令(包括一组特权指令)n 使用全部系统资源 只允许用户程序访问(包括整个存储区域)自己的存储区域处理机的状态不断变化,它有时会处于用户态,有时会处于管态。用户态用户态核态核态中断中断自陷自陷中断自陷中断自陷 返回返回UNIX系统处理机状态转换中断嵌套4.特权指令集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n允许和禁止中断;n在进程之间切换处理机;n存取用于内存保护的寄存器;n执行输入和输出操作;n停止一个中央处理机的工作。实例操作系统如何区分处理机的状态实例操作系统如何区分
6、处理机的状态nDOS系统不分态nWindows系统n现分为两态用户态、系统态nUnix(Linux)系统n分为三态:核态、管态、用户态如何实现?如何实现?由用户态转向核态由用户态转向核态n用户程序请求操作系统的服务n发生中断发生中断n用户程序中产生了一个错误的状态n在用户程序中执行一条特权指令从核态转回用户态用一条指令实现,中断返回指令。从核态转回用户态用一条指令实现,中断返回指令。存储器存储器n主存储器(主存、内存):处理机能直接访问的存储器称为主存储器,用来存放正在或将要执行的系统和用户程序和数据以及程序执行时要求的临时存储空间。n只读存储器ROM(Read-only memory):RO
7、M称为BIOS,用来存放基本的I/O程序。n随机访问存储器 RAM(random access memory)n辅存储器(辅存、外存):处理机不能直接访问的存储器,如磁盘、磁带、光盘等,用来存放大量的数据信息。必要的硬件支持必要的硬件支持时钟时钟n n 时钟是操作系统运行时必不可少的硬设施,它以固定的时间间隔产生中断信号,这对于实施进程调度、计算系统资源的消耗、实时控制等功能是必不可少的。n在操作系统中需时钟支持的工作有:n处理机调度;n实时控制;n提供用户和系统所需的绝对时间(日历时钟、墙钟)。(四)(四)中断技术中断技术一一.中断概念中断概念所谓中断中断是指某个事件(例如键盘输入、定点加法
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