操作系统原理——操作系统的逻辑结构

约定不等于承诺〃 2023-06-09 07:57 9阅读 0赞

### 逻辑结构 ###

##### 逻辑结构的种类 #####

###### 整体式结构 ######

*  以模块为单位构建
 *  **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；

###### 层次结构 ######

*  所有功能模块按照调用次序排成若干层，相邻层间只有单向依赖和单向调用；
 *  分层**原则**：  
    硬件相关——最底层；  
    外部特性——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；
 *  层次结构的**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 ######

*  **操作系统 = 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；  
    ①.实现与硬件紧密相关的处理；  
    ②.实现一些较为基本的功能；  
    ③.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；  
    ①.由若干服务器或进程共同构成

### CPU的态 ###

###### CPU态 ######

*  CPU的工作状态；
 *  对资源和指令使用权限的描述；

**动态分类**

*  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  
    仅能访问部分资源，其他资源受限；  
    用户程序；
 *  管态  
    介于核态和用户态之间；
 *  用户态和核态之间的转换

1.  *用户态向核态转换*  
    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；
2.  *核态向用户态转换*  
    一般是执行中断返回：IRET

### 存储器 ###

###### 分类 ######

*  按存储器（半导体存储器）*读写工作方式* 分类  
    RAM  
    ROM
 *  按照 *存储元的材料*  
    半导体存储器（常作为主存）  
    磁存储器（磁带、磁盘）  
    光存储器（光盘）
 *  按照 *和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；

### 中断 ###

###### 中断定义 ######

*  指CPU对突发的外部事件的反应过程或机制；
 *  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；  
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###### 引入中断的目的： ######

*  实现并发活动；
 *  实现实时处理；
 *  故障自动处理；

###### 中断的一些概念 ######

1.  中断源：引起系统发生中断的事件；
2.  中断类型：

*  **强迫性中断和自愿中断**  
    强迫性中断：程序没有预期；  
    自愿中断：程序有预期的；
 *  **外中断和内中断**  
    外中断：由CPU外部事件引起；  
    （不可屏蔽中断：中断的原因很紧要，CPU必须响应；  
    可屏蔽中断：中断原因不是很紧要，CPU可以不响应；）  
    == 内中断==：由CPU内部时间引起；

1.  断点：程序中断的地方，将要执行的下一条指令的地址；CS:IP
2.  现场：程序正确运行所依赖的信息集合

*  现场保护：进入中断服务程序之前；栈
 *  现场恢复：退出中断服务程序之后；栈

1.  **中断响应过程**：  
    识别中断源——>保护断点和现场——>装入中断服务程序的入口地址（CS:IP）——>进入中断服务程序——>恢复现场和断点——>中断返回（IRET）

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