文档介绍：第三章——操作系统
一、操作系统
操作系统具有并发性、共享性、随机性三个特征。前两个为基本特性。
操作系统管理的资源有:程序、CPU、内存。不包括中断。
系统中的资源按照使用性质分为两类:永久性资源、临时性资源
永久性资源:系统中可供进程重复使用、长期存在的资源。如硬件资源、软件资源、数据文件;
临时性资源:有某个进程产生、只为另一个进程使用一次或经过短暂时间后就不再使用的资源。如I/O和时钟中断、同步信号、消息等。
操作系统向用户提供两类接口:
程序级接口:由一组系统调用命令组成。用户程序借助于系统调用命令来向操作系统提出各种资源要求和服务请求。
作业级接口(操作级接口):由一组操作命令组成,是用户以交互方式请求操作系统服务的手段。
分时操作系统追求的目标是高速响应。采用时间片轮转方式处理用户服务请求。
在批处理系统兼分时系统的系统中,往往由分时系统控制的作业称为前台作业,而由批处理系统控制的作业成为后台作业。
实时操作系统(RTOS)是指计算机能够及时响应外部事件的请求,在规定的时间内严格完成对该事件的处理,并控制所有实时设备和实时任务协调一致的工作的操作系统。其主要特点是资源的分配和调度首先考虑实时性然后才是效率。实时操作系统有较强的容错能力。
OS的硬件环境——CPU、中断、存储、I/O、时钟
CPU的指令
指令系统——数据传输类指令、算术逻辑类指令、判定控制类指令;
精简指令系统计算机RISC(Reduced Instruction puter);
特权指令是指只允许操作系统使用,而不允许一般用户使用的指令。用户只能使用非特权指令。若用户要使用特权指令时需将CPU状态切换到管态,一般情况下用户都处于目态(较低特权级别)。要从目态到管态转换的唯一途径就是通过中断。
常见的特权指令:启动I/O设备指令(测试I/O工作状态、控制I/O动作指令、修改程序状态字、中断屏蔽、设置时钟。
Intel公司的x86系列处理器提供四个特权级别(R0,R1,R2,R3)。较大的数字表示较低的特权。R0运行那些最关键的代码,比如操作系统的内核代码。
访管指令属于非特权指令,是一条可以在目态下执行的指令,用户程序中凡是要调用操作系统功能时就安排一条访管指令。当处理器执行到访管指令是就产生一个中断事件(自愿中断),暂停用户程序的执行,而让操作系统来为用户服务。
中断
强迫性中断:输入输出中断、硬件故障中断、时钟中断、控制台中断、程序性中断(缺页、缺段、溢出等)。
发生中断时被打断程序的暂停点称为断点,引起中断的事件成为中断源。
自愿性中断:访管中断、编程中设备的中断。
缺页中断就是要访问的页不在主存,需要操作系统将其调入主存后再进行访问。
影响缺页中断的原因有:(1)分配给作业的主存块数,每个作业只要能得到一块贮存空间就可以开始执行,可增加同时执行的作业数,设作业有n页,当能分到n/2块主存空间时才把它装入主存,则可使系统获得最高效率;(2)页面的大小,页面大则缺页中断率低,反之缺页率高;(3)程序编制方法(4)页面调度方法。
中断响应:CPU每执行完一条指令,便去扫描中断寄存器,查询有无中断请求,若有,则通过交换中断向量,进入中断处理程序。
(三)I/O控制方式体系
DMA指Direct Memory Acc