导图社区 第二章.操作系统逻辑结构
操作系统原理,第二章.操作系统逻辑结构2.1操作系统逻辑结构,2.2 CPU的态,2.3 中断机制,每学习一章我都会做一思维导图。
操作系统原理,第三章,有些内容太深层次了,省略了很多与代码有关的内容,需要自取。
操作系统原理第一章 操作系统概述,初步认识,系统功能和定义,发展历史,分时技术和分时操作系统,典型操作系统。后面总结好章节在发布。
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第二章.操作系统逻辑结构
2.1 逻辑结构
OS的设计和实现思路
逻辑结构的种类
整体式结构
以模块为基本单位构建

特点
模块设计、编码和调试独立
模块调用自由
模块通信多以全局变量形式完成
缺点
信息传递随意,维护和更新困难
层次式结构
分层结构的操作系统
分层原则
硬件相关——最底层
外部特征——最外层
中间层——调用次序或消息传递顺序
共性的服务——较低层
活跃功能——较低层
优点
结构清晰,避免循环调用
整体问题局部化,系统的正确性容易保证
有利于操作系统的维护、扩充、移植
微内核结构(客户/服务器结构,Client/Server)
=微内核+核外服务器
微内核
足够小,提供OS最基本的核心功能和服务
实现与硬件紧密相关的处理
实现一些较基本的功能
负责客户和服务器间的通信
核外服务器
完成OS的绝大部分服务功能,等待应用程序提出请求
由若干服务器或进程共同构成
例如:进程/线程服务器,虚存服务器,设备管理服务器
以进程形式运行在用户态
2.3 中断机制
中断定义
指CPU对突发的外部事件的反应过程和机制。 CPU收到外部信号(中断信号)后,停止当前工作,转去处理该外部事件,处理完毕后回到原来工作的中断处(断点)继续原来的工作。
中断的一些概念
中断源
引起系统中断的事件称为中断源
中断类型
强迫性中断
程序没有预期:例:I/O、外部中断
自愿中断
程序有预期的。例:执行访管指令
外中断(中断)
由cpu外部事件引起.例:I/0.,外部事情。
不可屏蔽中断:中断的原因很紧要,CPU必须响应
可屏蔽中断:中断原因不很紧要,cpu可以不响应
内中断(俘获)
由CPU内部事引起·例:访管中断、程序中断
断点
程序中断的地方,将要执行的下一指令的地址
CS:IP(地址放在这两个寄存器)
现场
程序正确运行所依赖的信息集合
相关寄存器
现场的两个处理过程
现场的保护:进入中断服务程序之前,栈
现场的恢复:退出中断服务程序之后,栈
引发中断的目的
实现并发活动
实现实时处理
故障自动处理
中断响应过程
(1)识别中断源
(2)保护断点和现场
(3)装入中断服务程序的入口地址(CS:IP)
(4)进入中断服务程序
(5)恢复现场和断点
(6)中断返回:IRET
中断响应的实质
交换指令执行地址
交换CPU的态
工作
现场保护和恢复
参数传递(通信)
2.2 CPU的态
CPU态(mode) CPU的工作状态。 对资源和指令使用权限的描述。
支持操作系统的最基本硬件结构
CPU
内存
中断
时钟
特权指令
态的分类
核态
能够访问所有资源和执行所有指令
管理程序/OS内核
用户态(目态)
仅能访问部分资源,其它资源受限
用户程序
管态(非主要研究对象)
介于核态和目态之间
用户态和核态之间的转换
用户态——>核态
用户请求OS提供服务
发生中断
用户进程产生错误(内部中断)
用户态企图执行特权指令
核态——>用户态
一般是执行中断返回:IRET
硬件和OS对CPU的观察
硬件按“态”来区分CPU的状态
OS按“”进程来区分CPU的状态
IntelCPU的态
Windows:ring0和ring3之间的通信
扩充:存储程序和数据的部件
分类
按存储器(半导体存储器)读写工作方式
RAM
ROM
按存储元的材料
半导体存储器(常做主存)
磁存储器(磁带、磁盘)
光存储器(光盘)
按与CPU的联系
主存:直接和CPU交换信息
辅存:不能直接和CPU交换信息
存储体系
理想存储体系:速度快,容量大,成本低
实际存储体系
寄存器
高速缓存(CACHE)
主存
辅存
CPU读取指令或数据时的访问顺序