cH9操作系统结构
CH9 操作系统结构
91操作系统设计目标 ●1、正确性 ●2、高效性 ●3、可扩充性 ●4、可移植性 ●5、可靠性 ●6、可伸缩性 ●7、分布计算 ●8、认证的安全性 ●9、 POSIX承诺
9.1 操作系统设计目标 ⚫ 1、正确性 ⚫ 2、高效性 ⚫ 3、可扩充性 ⚫ 4、可移植性 ⚫ 5、可靠性 ⚫ 6、可伸缩性 ⚫ 7、分布计算 ⚫ 8、认证的安全性 ⚫ 9、POSIX承诺
92操作系统的构件 ●92.1内核 操作系统的内核是对硬件处理器入有关资 源进行首次改造,以便给进程的执行提 供良好的环境的哪部分软件
9.2 操作系统的构件 ⚫ 9.2.1 内核 操作系统的内核是对硬件处理器及有关资 源进行首次改造，以便给进程的执行提 供良好的环境的哪部分软件
匚1 硬 成 随性市动事 仆 系 分 分伤你 随入分出中什闻
内核提供以下三方面功能 ●(1)中断处理当中断事件产生时,先由内核的 中断处理例行程序接受并进行項则处理。它分 析中断事件的类型和性质,进行要的状态修 改,然后交给进程或模块去处理。秘如,产生 外围设备结束中断事件时,内核首先分枥是否 正常结束,如果是正常结束,那么,航应释放 等待该外围传输的进程。又如当操作员请求从 控制台输入命令时,内核将把这一任务转交给 命令管理进程或模块去处理 ●(2)短程调度主要职能是分配处理器。当发生 了一个事件之后,可能一个进程要让出处理器 而另一个进程又要获得处理器。短程调度按 定策略管理处理器的转让,以及完成保护和 恢复现场的工作
内核提供以下三方面功能： ⚫ (1) 中断处理 当中断事件产生时，先由内核的 中断处理例行程序接受并进行原则处理。它分 析中断事件的类型和性质，进行必要的状态修 改，然后交给进程或模块去处理。例如，产生 外围设备结束中断事件时，内核首先分析是否 正常结束，如果是正常结束，那么，就应释放 等待该外围传输的进程。又如当操作员请求从 控制台输入命令时，内核将把这一任务转交给 命令管理进程或模块去处理。 ⚫ (2) 短程调度 主要职能是分配处理器。当发生 了一个事件之后，可能一个进程要让出处理器， 而另一个进程又要获得处理器。短程调度按照 一定策略管理处理器的转让，以及完成保护和 恢复现场的工作
(3)原语管理原语是内核个完整的 过程。为了协调进程并发工作和共享资 源,同步原语是必不可少的,此外述有 其它原语,如启动外围设备工作的启动 原语,若启动不成功则请求启动者应等 待,显然,这个启动过程应该是完整的, 否则在成为等待状态时,可能外围设备 口经空闲
⚫ (3) 原语管理 原语是内核中一个完整的 过程。为了协调进程并发工作和共享资 源，同步原语是必不可少的，此外还有 其它原语，如启动外围设备工作的启动 原语，若启动不成功则请求启动者应等 待，显然，这个启动过程应该是完整的， 否则在成为等待状态时，可能外围设备 已经空闲
内核的执行有以下属性: 1)内核是由中断驱动的。只有当发生中断事件后由硬 件交换PSW才引出操作系统的内校进程中断处理,且 在处理完中断事件后内核自行退出。如所示 (2)内核的执行是连续的,在内核运行期间不能插入内 核以外的程序执行,因而,能保证在一个连续的时间间 隔内完成任务。 ●(3)内核在屏蔽中断状态下执行,在处理某个中断时 为避免中断的嵌套可能引起的错误,必须屏蔽该级中断 有时为处理简单,把其它一些中断也暂时屏蔽了 ●(4)内核可以使用特权指令,现代计算机都提供常态和 特态等多种机器工作状态,有一类指令称特权指令, 允许在特态下使用,例如,输入输出、状态修改、存储 管理等。规定这类指令只允许内核使用,可防止系统出 现混乱
内核的执行有以下属性： ⚫ (1) 内核是由中断驱动的。只有当发生中断事件后由硬 件交换PSW才引出操作系统的内核进程中断处理，且 在处理完中断事件后内核自行退出。如图所示。 ⚫ (2) 内核的执行是连续的，在内核运行期间不能插入内 核以外的程序执行，因而，能保证在一个连续的时间间 隔内完成任务。 ⚫ (3) 内核在屏蔽中断状态下执行，在处理某个中断时， 为避免中断的嵌套可能引起的错误，必须屏蔽该级中断。 有时为处理简单，把其它一些中断也暂时屏蔽了。 ⚫ (4) 内核可以使用特权指令，现代计算机都提供常态和 特态等多种机器工作状态，有一类指令称特权指令，只 允许在特态下使用，例如，输入输出、状态修改、存储 管理等。规定这类指令只允许内核使用，可防止系统出 现混乱
内核和裸机组成了一台虚拟机,具有以 下特性: ●(1)虚拟机没有中断,因而进程模块的设计 者不再需要有硬件中断的概念,进入些模块执 行中无需处理中断。 ●(2)虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器 每个进程就好象在各自的私有处理器上顺序地 进行,实现了多个进程的并发执行。 (3)虚拟机为进程或模块提供了功能较强的指 令系统,即它们能够使用机器非特权指令, 义指令和原语所组成的新的指令系统
内核和裸机组成了一台虚拟机,具有以 下特性： ⚫ (1) 虚拟机没有中断，因而进程或模块的设计 者不再需要有硬件中断的概念，进程或模块执 行中无需处理中断。 ⚫ (2) 虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器， 每个进程就好象在各自的私有处理器上顺序地 进行，实现了多个进程的并发执行。 ⚫ (3) 虚拟机为进程或模块提供了功能较强的指 令系统，即它们能够使用机器非特权指令，广 义指令和原语所组成的新的指令系统
922 进 ●进程是并发程序设计的一个工具,并发程序设 计支撑了多道程序设计,由于进程能确切、动 态地刻划计算机系统内部的并发性,更好地解 决系统资源的共享性 ●采用进程概念使得操作系统结构变得清晰,主 要表现在:一是一个进程到另一个进程的控制 转移由进程调度机构统一管理,不能杂乱无章 随意进行;二是进程之间的信号发送、消息传 递和同步互斥由通信及同步机制完成,从而进 程无法有意或无意破坏它进程的数据。因此 每个进程相对独立,相互隔离,提高了系统的 安全性和可靠性;三是进程结构较好刻画了系 统的并发性,动态地描述出系统的执行过程, 因而,具有进程结构的操作系统,结构清晰、 整吝卡 可维护性好
9.2.2进程 ⚫ 进程是并发程序设计的一个工具，并发程序设 计支撑了多道程序设计，由于进程能确切、动 态地刻划计算机系统内部的并发性，更好地解 决系统资源的共享性。 ⚫ 采用进程概念使得操作系统结构变得清晰，主 要表现在：一是一个进程到另一个进程的控制 转移由进程调度机构统一管理，不能杂乱无章， 随意进行；二是进程之间的信号发送、消息传 递和同步互斥由通信及同步机制完成，从而进 程无法有意或无意破坏它进程的数据。因此， 每个进程相对独立，相互隔离，提高了系统的 安全性和可靠性；三是进程结构较好刻画了系 统的并发性，动态地描述出系统的执行过程， 因而，具有进程结构的操作系统，结构清晰、 整齐划一，可维护性好
9.2.3线程 ●在一个多线程环境中,进程是系统进行保 护和资源分配的单位,而线程叫是进程中 条执行路径,每个进程中允许自多个并 行执行的路径,而线程才是系统进行调度 的单位 ●在一个进程中包含有多个可并发执行的控 制流,而不是把多个控制流一一分散在多 个进程中,这是并发多线程程序设计与并 发多进程程序设计的主要不同之处
9.2.3线程 ⚫ 在一个多线程环境中，进程是系统进行保 护和资源分配的单位，而线程则是进程中 一条执行路径，每个进程中允许有多个并 行执行的路径，而线程才是系统进行调度 的单位。 ⚫ 在一个进程中包含有多个可并发执行的控 制流，而不是把多个控制流一一分散在多 个进程中，这是并发多线程程序设计与并 发多进程程序设计的主要不同之处