操作系統(tǒng)課件-chapter-2-操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境(編輯修改稿)
2024-08-31 17:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ?并將分配給該作業(yè)各存儲塊存儲鍵也置成同樣鍵號 ?當(dāng) OS挑選該作業(yè)運行時 ， OS將它的存儲鍵號放入程序狀態(tài)字 PSW存儲鍵 （ “ 鑰匙 ” ）域中 ?每當(dāng) CPU訪問主存時 ， 都將該主存塊的存儲鍵與 PSW中的 “ 鑰匙 ” 進行比較 ?如果相匹配 ， 則允許訪問 ， 否則 ， 拒絕并報警 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 38 緩沖技術(shù) 緩沖區(qū)是硬件設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸時 ， 用來暫存數(shù)據(jù)的一個存儲區(qū)域 緩沖技術(shù)三種用途 : ?處理器與主存儲器之間 ?處理器和其他外部設(shè)備之間 ?設(shè)備與設(shè)備之間的通信 目的：解決部件之間速度不匹配的問題 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 39 多緩沖區(qū)（ Cache）技術(shù) 單緩沖區(qū)： ?設(shè)備向緩沖區(qū)輸入數(shù)據(jù)直到裝滿后 必須等待 CPU將其取完 ， 才能繼續(xù)向其中輸入數(shù)據(jù) ?為了提高設(shè)備利用率 ， 單緩沖區(qū)不夠 多緩沖區(qū) （ Cache） 技術(shù)： ?Cache：離 CPU最近 ， 使 CPU快速訪問常使用的數(shù)據(jù) ?CPU首先到一級 Cache中找 ?如果沒有 ， CPU到二級 Cache中找 ?如果沒有 ， CPU到系統(tǒng)內(nèi)存中找 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 40 一級 Cache， CPU先訪問，性能對系統(tǒng)性能作用很大 Cache與主存儲器 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 41 中斷技術(shù) 中斷對于操作系統(tǒng)的重要性 就像機器中的驅(qū)動齒輪一樣 所以有人把操作系統(tǒng)稱為是由 “中斷驅(qū)動”或者 “（中斷）事件驅(qū)動” ?它使得 OS可以捕獲用戶程序發(fā)出的系統(tǒng)功能調(diào)用 ?及時處理設(shè)備的中斷請求 ?防止用戶程序中破壞性的活動等等 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 42 中斷的概念 ?CPU對系統(tǒng)發(fā)生的某個事件作出的一種反應(yīng) ?CPU暫停正在執(zhí)行的程序，保留現(xiàn)場后 自動 轉(zhuǎn)去 執(zhí)行相應(yīng)事件的處理程序 ，處理完成后返回斷點，繼續(xù)執(zhí)行被打斷的程序 特點： 1) 中斷隨機的 2) 中斷是可恢復(fù)的 3) 中斷是自動處理的 引入中斷的目的 ?解決主機與外設(shè)的并行工作問題 ?實現(xiàn)實時控制 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 43 中斷 /異常： 指系統(tǒng)發(fā)生某個異步 /同步事件后 ,處理機暫停正在執(zhí)行的程序 ,轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理該事件程序的過程。 中斷的引入： 為了開發(fā) CPU和通道 (或設(shè)備 )之間的并行操作，當(dāng) CPU啟動通道 (或設(shè)備 )進行輸入 /輸出后，通道便 (或設(shè)備 )可以獨立工作了， CPU也可以轉(zhuǎn)去做與此次輸入 /輸出不相關(guān)的事情，那么通道 (或設(shè)備 ) 輸入 /輸出完成后，還必須告訴 CPU繼續(xù)輸入 /輸出以后的事情，通道 (或設(shè)備 )通過向 CPU發(fā)中斷告訴 CPU此次輸入 /輸出結(jié)束。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 44 異常引入： 用于表示 CPU執(zhí)行指令時本身出現(xiàn)算術(shù)溢出、零做除數(shù)、取數(shù)時的奇偶錯，訪存指令越界或就是執(zhí)行了一條所謂“異常指令”（用于實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用）等情況，這時中斷當(dāng)前的執(zhí)行流程，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的錯誤處理程序或異常處理程序。 注意： 最早中斷和異常并沒有區(qū)分，都把它們叫做中斷。隨著它們的發(fā)生原因和處理方式的差別愈發(fā)明顯，才有了以后的中斷和異常。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 45 中斷 (外中斷 ) 異常 (內(nèi)中斷 ) 例外 I/O中斷 時鐘中斷 系統(tǒng)調(diào)用 缺頁異常 斷點指令 其他程序性異常 (如算術(shù)溢出等 ) 中斷 (狹義 )與異常的區(qū)別 : 中斷 : 與正執(zhí)行指令無關(guān)，可以屏蔽 異常 : 與正執(zhí)行指令有關(guān)，不可屏蔽 廣義中斷 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 46 中斷系統(tǒng) ?中斷系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的核心機制之一 。 ?硬件和軟件相互配合、相互滲透而使得計算機系統(tǒng)得以充分發(fā)揮能力的計算模式； ?中斷系統(tǒng)的兩大組成部分：硬件中斷裝置和軟件中斷處理程序。 ?中斷系統(tǒng)的硬件中斷裝置 中斷系統(tǒng)的機制部分 負責(zé)捕獲中斷源發(fā)出的中斷請求，以一定方式響應(yīng)中斷源，然后將處理器控制權(quán)交給特定的中斷處理程序 ?軟件中斷處理程序 中斷系統(tǒng)的策略部分 負責(zé)辨別中斷類型并做出相應(yīng)的操作 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 47 中斷系統(tǒng)中的相關(guān)概念 ?中斷源：引起中斷發(fā)生的事件 ?中斷寄存器：記錄中斷 ?中斷字：中斷寄存器的內(nèi)容 系統(tǒng)堆棧 : 在內(nèi)存開辟的一塊區(qū)域，用于臨時保存現(xiàn)場 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 48 中斷優(yōu)先級和中斷屏蔽 中斷優(yōu)先級設(shè)計原則： 一般來說，高速設(shè)備的中斷優(yōu)先級高，慢速設(shè)備的中斷優(yōu)先級低。因為高速設(shè)備的中斷被處理機優(yōu)先響應(yīng)時，可以讓處理機盡快地向它發(fā)出下一個 I/O請求，提高高速設(shè)備的利用率。 如： PDP11機上的 UNIX系統(tǒng)把中斷級別分為： 時鐘中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 6級 磁盤中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 5級 終端等其他外設(shè)中斷 —— 中斷優(yōu)先級＝ 4級 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 49 處理機優(yōu)先級： 指出處理機正運行程序的中斷響應(yīng)級別。即當(dāng)處理機處于某一優(yōu)先級時，只允許處理機去響應(yīng)比該優(yōu)先級高的中斷 ,而屏蔽低于或等于該優(yōu)先級的中斷?？梢酝ㄟ^置處理機優(yōu)先級來通知硬件：屏蔽優(yōu)先級小于等于處理機優(yōu)先級的中斷。 中斷屏蔽： 指禁止處理機響應(yīng)中斷或禁止中斷出現(xiàn)。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 50 中斷屏蔽有兩種方法 ： ? 硬件實現(xiàn) —— 由軟件置處理機優(yōu)先級，硬件按系統(tǒng)設(shè)計時的約定，屏蔽那些低優(yōu)先級中斷。 ? 軟件實現(xiàn) —— 由軟件按操作系統(tǒng)優(yōu)先級約定 ,設(shè)置屏蔽寄存器。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 51 中斷類型 ?強迫性中斷 正在運行的程序所不期望的，由于某種硬件故障或外部請求引起的。 ?自愿性中斷 用戶在程序中有意識安排的中斷，是由于用戶在編制程序時因為要求操作系統(tǒng)提供服務(wù)，有意使用“訪管”指令或系統(tǒng)調(diào)用，使中斷發(fā)生。 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 52 強迫性中斷 ?輸入 /輸出 (I/O)中斷：主要來自外部設(shè)備通道 ?程序性中斷：運行程序中本身的中斷 (如溢出 ,缺頁中斷 ,缺段中斷 ,地址越界 ) ?時鐘中斷 ?控制臺中斷 ?硬件故障 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 53 自愿性中斷 ?執(zhí)行 I/O，創(chuàng)建進程，分配內(nèi)存 ?信號量操作，發(fā)送 /接收消息 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 54 微機中的中斷 （ IO中斷 ） （ 機器內(nèi)部故障 、 掉電中斷 ） （ 溢出 、 除法錯等中斷 ） （ Trap指令或中斷指令 INT） 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境 55 IBM370中的中斷 ?1. 機器故障中斷：如電源故障 ， 機器電路檢驗錯等 ?2. 輸入輸出中斷：輸入輸出設(shè)備和通道數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài) ） ?3. 外部中斷：時鐘中斷 ， 操作員控制臺中斷 ， 多機系統(tǒng)中其他機器的通信要求中斷 ， 各種外設(shè)或傳感器發(fā)來的實時中斷等 ?4. 程序
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