《操作系统概念》中文版chapter2

一个称为模式位(mode bit)的位增加到计算 机硬件,以表示当前模式:monitor(0), user(1) 当中断或错误发生时,硬件自动切换成监督程 序模式(monitor mode)
Interrupt/Fault monitor set user mode user
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I/O保护
所有的I/O指令都是特权指令 必须确保用户程序永远无法以monitor模式获得 计算机的控制权
磁盘表面逻辑划分为磁道,而磁道又分为更小 的扇区 磁盘控制器决定了磁盘设备与计算机之间的逻 辑交互
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移动磁头的磁盘装置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ13
2.4 存储层次
存储系统按层次组织在一起
速度(Speed) 价格(Cost) 易失性(Volatility)
缓冲(Caching) - 将信息复制到更快速的存 储系统;主存可以看成是辅存的最后一级缓冲
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存储设备层次
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缓存技术(Caching)
利用高速存储器保存最近访问过的数据 需要一种缓存管理机制 缓存技术引入了另一方面的存储层次
迫使同时保存在不同层次上的数据必须保持一 致(consistent)
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整数A从磁盘到寄存器的迁移
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2.5 硬件保护
双重模式操作 I/O保护 内存保护 CPU保护
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双重模式操作
为了确保操作正常,必须保护操作系统和所有 其他程序及数据使之不受任何故障程序的影响. 所有共享资源都需要保护. OS OS必须提供硬件支持用来区分至少以下两种 操作模式
用户模式(user mode) - 代表用户在执行 监督程序模式(monitor mode)- 代表OS在 执行
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中断的功能
中断通过中断向量表将控制传输给中断服务例 程,中断向量表包括了所有设备服务例程的入 口地址. 中断体系结构必须保存中断指令的地址 当一个中断正被处理的时候,其他中断是被禁 止的. 陷阱是因错误或用户程序的特定请求所引起的 软件生成中断. 操作系统是中断驱动的
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中断处理
中断发生时,OS必须通过保存寄存器和程序 计数器来保留CPU的状态 判断发生了哪种类型的中断
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使用系统调用执行I/O
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内存保护
至少必须为中断向量和中断服务例程提供内存 保护 通过使用以下两个寄存器来确定程序所能访问 的合法地址空间
基址寄存器(base register) 界限寄存器(limit register)
超出这个范围之外的内存将受到保护
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基址寄存器与界限寄存器的使用
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硬件地址保护
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硬件保护
监督程序模式下,OS可以无限制地访问 monitor和user的内存 用于基址寄存器和界限寄存器的装载指令 (load)是特权指令 load
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CPU保护
定时器(timer) - 以特定的周期定时中断计算 机,以确保操作系统能维持控制.
定时器每过一个时钟周期递减一次 当定时器的值为0时,产生中断 0
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两种I/O方式
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设备状态表
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DMA 结构
用于高速I/O设备,使之以接近内存的速度进行 信息传输 设备传输器以块为单位直接将数据从存储器传 输到主存,而无须CPU的干预 CPU 每个数据块传输的时候只产生一个中断,而不 是一个字节的传输就会产生一个中断
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2.3 存储结构
主存 - 唯一能被CPU直接访问的大型存储谋 体 辅助存储器 - 是主存的扩充,能够永久地存 储大量数据 磁盘
轮询 向量中断系统
将内核例程与用户例程分离,以决定每种类型 的中断应该采取的动作.
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单个进程执行输出的中断时间线路
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2.2 I/O结构
同步I/O - I/O启动后,只有当I/O完成后控制权才返回 给用户进程.
wait指令,使CPU空闲直到下一个中断开始 循环等待 在任何时候最多只能处理一个I/O请求
异步I/O - I/O启动后,控制权无须等待I/O操作完成就 可返回给用户进程.
系统调用 - 请求OS允许用户等待I/O操作的完成 设备状态表包含了每个I/O设备的一个条目,用来指示该 设备的类型,地址和状态(不工作,空闲或繁忙) OS通过查询I/O设备表来判断设备的状态,并修改该条 目,以反映出现了中断.
定时器通常用来实现分时 定时器也用来计算当前时间 Load-timer是一种特权指令
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General-System Architecture
I/O指令是特殊指令,用户程序该如何执行I/O 操作? 系统调用 - 进程用来向OS请求服务的方式
通常采用陷阱的方式来进入中断向量 控制通过中断向量传递到OS内的服务例程,这 时模式位(mode bit)设为监督模式 监督程序检验参数的合法性,执行请求,并将 控制返回给系统调用后面的指令
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2.6 网络结构
局域网(LAN) 广域网(WAN)
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局域网
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广域网
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操作系统概念
第二章:计算机系统结构
本章主要内容
计算机系统操作 I/O结构 存储结构 存储层次 硬件保护 网络结构 (*)
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现代计算机系统
磁盘 打印机 磁带驱动器
CPU 系统总线
磁盘控制器
打印机 控制器
磁带驱动器 控制器
内存控制器
内存
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2.1 计算机系统操作
I/O设备和CPU可以并发执行 一个设备控制器负责一类设备 每个设备控制器都有自己本地的缓冲区 CPU负责在这些设备控制器的缓冲区与内存之 间进行数据的交换 I/O指的就是在设备与控制器缓冲区之间的数据 交换 设备控制器通过中断来通知CPU设备操作的完 成情况