操作系統邏輯結構
操作系統邏輯結構
操作系統的設計和實現思路
整體式、層次式、微內核（客戶/服務端）
整體式
特點
模塊設計、編碼和調試獨立；模塊調用自由；模塊通信多以全局變量形式完成
缺點
信息傳遞隨意，維護和更新困難
層次式
按調用次序排成若干層，相鄰層只有單向依賴和單向調用
優點：結構清晰；整體問題局部化，有利於OS的維護、擴充、移植
分層原則
硬件相關-最底層
外部相關-最外層
中間層-調用次序或消息傳遞順序
共性服務-較低層
活躍功能-較低層
優點
微內核
微內核+核外服務器
微內核：足夠小，提供OS最基本的核心功能和服務
核外服務器：完成OS的絕大部分服務功能，等待應用程序提出請求
Minix:缺少多線程，內核不需要過多可移植性
Linux:宏內核在整體設計上有害
CPU
CPU態：工作狀態，對資源和指令使用權限的描述
態的分類
核態
能夠訪問所有資源和執行所有指令，可以管理程序/OS內核
用戶態
僅能訪問部分資源，其它資源受限，可以使用用戶程序
管態
介於核態和用戶態之間
用戶態->核態
用戶請求os提供服務
發生中斷
用戶進程產生錯誤
用戶態企圖執行特權指令
用戶態<-核態
執行中斷返回
硬件按“態”區分CPU的狀態
OS按“進程”區分CPU的狀態
存儲器
RAM ROM ，主存、輔存
半導體存儲器，磁，光
CPU訪問順序：緩存、內存、輔存
速度大，容量大，成本低
實際存儲體系：寄存器，高速緩存，主存，輔存
整體式結構模塊設計、編碼和調試獨立；模塊調用自由；模塊通信多以全局變量形式完成。但是它信息傳遞隨意，維護和更新困難
微內核結構的操作系統由微內核和核外服務器組成。微內核：足夠小，提供OS最基本的核心功能和服務。
核外服務器：完成OS的絕大部分服務功能，等待應用程序提出請求
核態：能夠訪問所有資源和執行所有指令，可以管理程序/OS內核用戶態：僅能訪問部分資源，其它資源受限，可以使用用戶程序。分爲內核態和用戶態可以維護系統安全，簡化用戶操作。
中斷機制
中斷：CPU對突發的外部事件的反應過程或機制
CPU收到外部信號後，停止當前工作，轉去處理該外部事件，處理完畢後回到原來的工作的中斷處繼續原來的工作
目的：實現併發活動、實現實時處理、故障自動處理
中斷源：引起系統中斷的事件
強迫性中斷：程序沒有預期（I/O,外部中斷等）
自願中斷：執行訪管指令等
外中斷：CPU外部事件引起（I/O，外部事情
內中斷：CPU內部事件引起（訪管中斷，程序中斷
外中斷：不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷
可屏蔽中斷：中斷原因不很緊要，CPU可以不響應
斷點：程序中斷的地方，將要執行指令的下一指令的地址 CS:IP
現場：程序正常運行所依賴的信息集合
現場的保護和恢復
中斷響應過程
識別中斷源，保護斷點和現場，裝入中斷服務程序的入口地址，進入中斷服務程序，恢復現場和斷點，中斷返回：IRET
中斷響應實質
交換指令執行地址
交換CPU的態
工作：現場保護和恢復、參數傳遞