【正文】 將會產生 保護性中斷 ，轉交給操作系統的 “ 用戶非法執(zhí)行特權指令 ” 的特殊處理程序處理 。 四、處理器狀態(tài) (2) 3. Intel x86處理器狀態(tài) Intel x86處理器狀態(tài) 有四種，支持 4個保護級別， 0級權限最高，3級權限最低 。用戶程序可以通過調用這里的過程執(zhí)行系統調用，但是只有一些特定的和受保護的過程可以被調用。受到的保護最少。 中斷是用戶態(tài)到核心態(tài)轉換的唯一途徑 。 ? 4位保護鍵（ 8~11位）：設置存儲器保護時， PSW中的這 4位保護鍵與欲訪問的存儲區(qū)的存儲鍵相匹配，否則指令不能執(zhí)行。 ? 條件碼（ 34， 35位） ? 4位程序屏蔽（ 36~39位）：表示允許或禁止程序性中斷。保存程序執(zhí)行時當前發(fā)生的中斷事件。 EFLAGS的低 16位稱 FLAGS， 標志可劃分為三組：狀態(tài)標志、控制標志、系統標志。虛擬 86方式標志 (為 1時，從保護模式進入虛擬 8086模式 )。指令指針寄存器低 16位（保護模式使用 32位）。 ? 中斷裝置 是發(fā)現中斷源并產生中斷的硬件。 (1)強迫性中斷事件 強迫性中斷事件不是 正在運行的程序 所期待的，而是由于 隨機 發(fā)生的某種 事故 或 外部請求 信息所引起的。 ? 輸入輸出中斷事件 如設備出錯 、 傳輸結束等 。 外中斷包括：電源故障中斷、時鐘中斷、控制臺中斷、它機中斷和 I/O中斷等。 內中斷 外中斷 二、中斷源分類 (5) (3)中斷和異常的區(qū)別 中斷是 由與 現行指令 無關的 中斷信號 觸發(fā)的 (異步的 )，且中斷的發(fā)生與 CPU處在 用戶模式 或 內核模式 無關，通常在兩條機器指令之間才可響應中斷，一般來說， 中斷處理程序 提供的服務不是為 當前進程 所需的，如時鐘中斷、硬盤讀寫服務請求中斷； 異常是 由處理器正在執(zhí)行 現行指令 而引起的（ 同步的） ，一條指令執(zhí)行 期間 允許 響應異常 ， 異常處理程序 提供的服務是為 當前進程 所用的。如缺頁異常是一種出錯，而陷入主要應用在調試中 。 軟中斷通常是 由內核或進程對某個進程發(fā)出的中斷信號 ， 可看作內核與進程或進程與進程之間用來模擬硬中斷的一種信號通信方式 （ 信號機制 ） 。 2) “ 異常 ” （硬中斷）因指令執(zhí)行不正常而中斷 CPU（ 中斷正在執(zhí)行這條指令的程序），轉向異常處理程序。 ? 發(fā)現中斷源 ， 響應中斷請求 。 三、中斷裝置及中斷和異常的響應 (2) 中斷寄存器 用來記錄中斷事件，中斷寄存器的內容稱中斷字，中斷字的每一位對應一個中斷事件。 三、中斷裝置及中斷和異常的響應 (3) 外中斷舊 PSW 訪管中斷舊 PSW 程序中斷舊 PSW 機器故障中斷舊 PSW I/O中斷舊 PSW 外中斷新 PSW 訪管中斷新 PSW 程序中斷新 PSW 機器故障中斷新 PSW I/O中斷新 PSW 18 20 28 30 38 58 60 68 70 78 現行 PSW ② 中斷時保存現行PSW ③ 中斷時裝入現行 PSW ④ 中斷后恢復 PSW 主存專用雙字單元 (16進制 ) ① 裝配中斷碼 IBM中大型機中斷響應過程 硬件所做的工作 中斷響應 三、中斷裝置及響應 (4) 被中斷的程序的程序狀態(tài)字稱為 舊程序狀態(tài)字 ，中斷處理程序的程序狀態(tài)字稱為 新程序狀態(tài)字 ，如何實現新舊程序狀態(tài)字的交換？通常，系統為每一種中斷都開辟了主存的固定單元存放新的和舊的程序狀態(tài)字 。如保存通用寄存器的內容到主存儲器?；謴椭袛嗲暗?程序 從斷點執(zhí)行或者重新啟動一個新的 程序 或者甚至重新啟動 操作系統 。 ? 停止外圍設備工作 。 當故障排除后，操作員可以從一個約定點啟動操作系統以恢復工作。 (2)用戶程序自定義處理辦法。 時鐘可以分成 絕對時鐘 和 間隔時鐘 兩種。 五、中斷事件的具體處理方法 (4) ? 間隔時鐘 是定時將一個間隔時鐘寄存器的內容減 1，當間隔時鐘寄存器的內容為 0時，產生一個間隔時鐘中斷，起到鬧鐘的作用，意味著預定的時間到了。 Linux系統時間的測量基準是 jiffies(瞬時 )(一個全局變量 )。 每個指針指向一個 timerstruct結構 ， timeractive是活動定時器掩碼 。例如，某個定時器要在 2s之后到期，則必須將 2s轉換成對應的 jiffies值，加上當前的系統時間（也是以jiffies為單位）后，得到的便是該定時器到期的系統時間expires。對于新的系統定時器，檢查鏈表中的 timerlist數據結構，每個到期的定時器將被從鏈表中移出，對應的定時器例程被調用。 2 中斷 的屏蔽 ?主機可允許或禁止某類中斷的響應，如允許或禁止所有的 I/O中斷、外部中斷、及某些程序性中斷。 從理論角度看 ，進程是對正在運行的程序過程的 抽象 ； 從實現角度看 ，進程是一種 數據結構 ，目的在于清晰地刻劃動態(tài)系統的內在規(guī)律，有效管理和調度進入計算機系統主存儲器運行的程序 。在多道程序設計環(huán)境下，程序可以并發(fā)執(zhí)行，一個程序的任意兩條指令之間都可能發(fā)生隨機事件而引發(fā)程序切換。 （ 2） “ 可再用 ” 程序 被調用過程中 自身 會被 修改 ，在調用它的 程序 退出之前不允許其他 程序 來調用它。 ? 現在怎樣來描述編譯程序 P的狀態(tài)呢 ?稱它為在 B點等待磁盤傳輸狀態(tài) ， 還是稱它為正在從 A點開始執(zhí)行的狀態(tài) ? ? 把編譯程序 P， 與服務對象聯系起來 ， P為甲服務就說構成進程 P甲 ， P為乙服務則構成進程 P乙 一、進程的定義和屬性 (3) ? 兩個進程雖共享程序 P， 但它們可同時執(zhí)行且彼此按各自的速度獨立執(zhí)行 。 一、進程的定義和屬性 (4) (進程與程序比較 ) (1)結構性 ：進程包含了數據集合和運行于其上的程序 。 (3)動態(tài)性 ：進程由創(chuàng)建而產生 ， 由調度而執(zhí)行 ， 由撤銷而消亡 。 (6)并發(fā)性 ：在一個單處理器系統環(huán)境下 ， 各個進程輪流占用處理器 。 通常 ， 當一個進程 創(chuàng)建 后 ， 就處于 就緒狀態(tài) 。 ? 就緒態(tài) → 運行態(tài) ： CPU空閑時選擇一個就緒進程 。 終止態(tài) 進程的終止，首先，等待操作系統進行善后，然后，退出主存。 ? 新建態(tài) → 就緒態(tài) ：系統完成了進程創(chuàng)建操作 ， 且當前系統的性能和內存的容量均允許 。 ? 等待態(tài) → 終止態(tài) ：某些操作系統允許父進程終結子進程 。 ? 定期執(zhí)行的進程（如審計、監(jiān)控、記賬程序）對換出去，以減輕系統負荷?；虍斚到y出現故障或某些功能受到破壞時 ， 需要掛起某些進程以排除故障 。 ? 掛起就緒態(tài) → 就緒態(tài) ：內存中沒有就緒態(tài)進程 ， 或掛起就緒態(tài)進程具有比就緒態(tài)進程更高的優(yōu)先級 ， 將把掛起就緒態(tài)進程轉換成就緒態(tài) 。 ? 運行態(tài) → 掛起就緒態(tài) ：當一個高優(yōu)先級掛起等待進程的等待事件結束后 ， 它將搶占 CPU， 而此時主存不夠 ， 從而可能導致正在運行的進程轉化為掛起就緒態(tài) 。 二、進程的狀態(tài)和轉換 (12) (5)掛起進程具有如下特征 ? 該進程不能立即被執(zhí)行。 三、進程的描述和組成 (1) 操作系統的本質任務是自動控制程序的執(zhí)行 ， 并滿足進程執(zhí)行過程中提出的資源使用要求 ， 因此 ， 操作系統的 核心控制結構是 進程結構 。 三、進程的描述 (2) ? I/O控制表 ：管理計算機系統的 I/O設備和通道 ， 主要內容包括： I/O設備和通道是否可用 ， I/O設備和通道的分配信息 ，I/O操作的狀態(tài)和進展 ， I/O操作傳輸數據所在的主存區(qū) 。進程的運行被認為是在上下文中執(zhí)行。 (3)進程映像的組成 進程映像即進程實體，主要包括： ? 進程 程序塊 ：即被執(zhí)行的程序 ， 規(guī)定了進程一次運行應完成的功能 。進程創(chuàng)建時建立進程控制塊，進程撤銷時回收進程控制塊，進程控制塊與進程一一對應。 系統中進程都被賦予一個唯一的 、 內部使用的數值型的進程號 ， 操作系統的其他控制表可以通過進程號來交叉引用進程控制表 。 ? 控制信息 ：常用的控制信息包括： 1） 進程調度信息 ， 如進程狀態(tài) 、 等待事件和等待原因 、 進程優(yōu)先級 、 隊列指針等； 2） 進程組成信息 ， 如正文段指針 、 數據段指針； 3） 進程間通信 ， 如消息隊列指針 、 信號量等互斥和同步機制； 4） 進程在二級 （ 輔助 ） 存儲器內的地址信息； 三、進程的描述 (9) 5） CPU資源的占用和使用信息 ， 如時間片余量 、 進程己占用CPU的時間 、 進程己執(zhí)行時間總和 ， 記帳信息； 6） 進程特權信息 ， 如內存訪問權限和處理器特權； 7） 資源清單 ， 包括進程所需全部資源 、 已經分得的資源 ， 如主存資源 、 I/O設備 、 打開文件表等 。 三、進程的描述 (10) 進程的 PCB鏈接在一起構成進程隊列 (Process Queues)。 隊列分：單向鏈接和雙向鏈接。 處理器 指派 提交 完成 超時 事件 1等待隊列 事件 2等待隊列 事件 n等待隊列 就緒隊列 …… 等待事件 1 等待事件 2 等待事件 n 事件 1出現 事件 2出現 事件 n出現 隊列管理和狀態(tài)轉換示意圖 四、進程切換與模式切換 (1) 進程切換必定在核心態(tài)而不是用戶態(tài)下發(fā)生。因此， 上下文的切換總會引起上下文的壓入和彈出堆棧 。 ? 把被中斷進程的進程控制塊加入有關隊列 。 ? 根據被選中進程的信息恢復處理器現場 。此時， 該進程仍在自己的上下文中執(zhí)行，僅僅模式變了。 ? 把用戶狀態(tài)切換到內核狀態(tài) ， 以便執(zhí)行中斷處理程序 。原語和機器指令類似，其特點是執(zhí)行過程中不允許被中斷，是一個不可分割的基本單位 ，原語的執(zhí)行是順序的而不可能是并發(fā)的。 五、進程的控制 (3) 部分進程控制原語： (1)進程創(chuàng)建的事件來源 ? 提交一個 批處理作業(yè) 。 創(chuàng)建者稱 父進程 (Parent Process)， 被創(chuàng)建進程稱 子進程 (Child Process) 。 ? 分配資源 ， 除內存空間外 ， 還有其他各種資源 。 ? 通知操作系統的某些模塊 ， 如記賬程序 、 性能監(jiān)控程序 。 ? ，最多進程數是運行時可調參數，缺省設置為：sizeofmemoryinthesystem/kernelstacksize/2。 ? 修改 PCB的有關內容 ， 如進程狀態(tài)由運行改為阻塞等 。 ? 修改 PCB有關信息 ， 如進程狀態(tài)改為就緒等 。 五、進程的控制 (8) (1)進程撤銷的主要原因 ? 進程正常運行結束 。 ? 進程等待時間超越了設定的最大等待時間 。 ? 算術錯誤 ， 如除零和操作數溢出 。 ? 父進程撤銷 。 被掛起進程 PCB的非常駐部分要交換到磁盤對換區(qū) 。 考察一個 文件服務器 的例子。 ? 進程之間的 并發(fā)性粒度 較粗 ， 并發(fā)度不高 ， 過多的進程切換和通信延遲使得細粒度的并發(fā)得不償失 。 操作系統中 引入進程的目的 是為了使多個程序并發(fā)執(zhí)行 ，以改善 資源使用率 和提高 系統效率 ， 操作系統中再 引入線程 ，則是為了減少程序并發(fā)執(zhí)行時所付出的 時空開銷 ， 使得并發(fā)粒度更細 、 并發(fā)性 更好 。 在程序設計語言及應用系統中也引入了線程技術 二、多線程環(huán)境中的進程與線程 (1) 一個進程的結構可以劃分成兩個部分：對資源的管理和實際的指令執(zhí)行序列 。它具有： ? 虛擬地址空間 ， 用來容納進程的映像； ? 存取保護機制 ， 對處理器 、 其他 (通信的 )進程 、 文件和 I/O資源等的存取保護 。 同一進程中的所有線程共享進程獲得的主存空間和資源，但不擁有資源。 ? 動態(tài)性 ：線程由創(chuàng)建而產生 ， 由撤消而消亡 ， 有其生命周期 。進程要支撐線程運行，為線程提供地址空間和各種資源， 它封裝了管理信息 ，包括對指令代碼、全局數據和 I/O狀態(tài)數據等共享部分的管理。 “ 進程 ” 負責采購資源 （ 原料 ） 和 工程管理 ， 有原料時這些工程隊可以按進度齊頭并進同時工作 （ 多線程并行執(zhí)行 ） ， 以加快裝潢進度 。 類似地 ， 進程的終止會導致所有線程的終止 。 ? 線程包 (庫 )可分成 兩種 ：用戶空間中運行的線程包 (庫 )和內核中運行的線程包 (庫 )。 此后 ， 該進程中的一個線程可以孵化同一進程中的其它線程 。 ? 結束 （ Finish） ： 又稱撤銷線程 。 二、多線程環(huán)境中的進程與線程 (13) ? 內核中運行的線程包 是通過內核來管理線程包（庫）的。 二、多線程環(huán)境中的進程與線程 (14) 線程的實現分三類 ： 用戶級線程 ULT（ User Level Thread） 內核級線程 KLT（ Kernel Lev