操作系统-第1章_引论

1、操作系统（第3版） 第1章 引论第1章引论1.1 1.1 操作系统的概念操作系统的概念1.2 1.2 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展1.3 1.3 研究操作系统的几种观点研究操作系统的几种观点1.4 1.4 操作系统的功能与特征操作系统的功能与特征1.5 1.5 操作系统的硬件环境操作系统的硬件环境1.1 操作系统的概念q计算机系统计算机系统 - - 硬件硬件( (子子) )系统系统 计算机硬件计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。件等组成的各种计算机部件和计算机设备。 这些部件和设备依据计算机系统结构

2、的要求构成的有这些部件和设备依据计算机系统结构的要求构成的有机整体，称为机整体，称为计算机硬件系统计算机硬件系统。计算机硬件系统主要由运。计算机硬件系统主要由运算器、内存储器、控制器、输入输出控制系统、辅助存储算器、内存储器、控制器、输入输出控制系统、辅助存储设备等功能部件组成。设备等功能部件组成。 - - 软件软件( (子子) )系统系统 软件软件是计算机系统中的程序和有关的文件。程序是计是计算机系统中的程序和有关的文件。程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文件是为了便于了算任务的处理对象和处理规则的描述；文件是为了便于了解程序所需的资料说明解程序所需的资料说明。1.1 操作系统的概念

3、 按照应用的观点，软件可分为按照应用的观点，软件可分为 系统软件系统软件 位于计算机系统中最靠近硬件的一层，其他位于计算机系统中最靠近硬件的一层，其他软件一般都通过系统软件发挥作用。如编译程序软件一般都通过系统软件发挥作用。如编译程序和操作系统等。和操作系统等。支撑软件支撑软件 即支撑其他软件的编制和维护的软件。主要即支撑其他软件的编制和维护的软件。主要包括各种接口软件和工具组。包括各种接口软件和工具组。应用软件应用软件 特定应用领域专用的软件，例如字处理程序。特定应用领域专用的软件，例如字处理程序。1.1 操作系统的概念计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构 最下面是硬件系统；最上面是使用

4、计算机的人，即各种最下面是硬件系统；最上面是使用计算机的人，即各种各样的用户；人与硬件系统之间是软件系统。系统软件是最各样的用户；人与硬件系统之间是软件系统。系统软件是最靠近硬件的一层，其次是支撑软件和应用软件。靠近硬件的一层，其次是支撑软件和应用软件。1.1 操作系统的概念计算机组织计算机组织 研究和建立计算机各功能部件间的相互连接研究和建立计算机各功能部件间的相互连接和作用，完成各个功能部件内部的逻辑设计等是和作用，完成各个功能部件内部的逻辑设计等是逻辑实现的内容逻辑实现的内容 ，称为，称为计算机组织计算机组织；把逻辑设计；把逻辑设计深化到元件、器件级，则是物理实现的内容深化到元件、器件级

5、，则是物理实现的内容 ，称，称为为计算机实现计算机实现。现在统称为计算机组织。现在统称为计算机组织。1.1 操作系统的概念q什么是操作系统什么是操作系统 操作系统的地位操作系统的地位 操作系统实际上是一个计算机系统中硬、软件资源的操作系统实际上是一个计算机系统中硬、软件资源的总指挥部。总指挥部。 操作系统的定义操作系统的定义 操作系统定义操作系统定义 是计算机系统中的一个系统软件，是能有效地组织和是计算机系统中的一个系统软件，是能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，工

6、作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。计算机系统能高效地运行的一组程序模块的集合。1.1 操作系统的概念 操作系统主要有两方面的作用操作系统主要有两方面的作用 1 1、管理系统中的各种资源，包括硬件资源和软件、管理系统中的各种资源，包括硬件资源和软件资源资源 2 2、为用户提供良好的界面、为用户提供良好的界面 操作系统的目标操作系统的目标 方便性、方便性、 有效性、有效性、 可扩充性、可扩充性、 开放性开放性1.2 操作系统的形成与发展q

7、操作系统形成操作系统形成 无操作系统时的计算机系统无操作系统时的计算机系统人工操作方式人工操作方式 由用户由用户( (即程序员即程序员) )采用人工采用人工操作方式直接使用计算机硬件系操作方式直接使用计算机硬件系统缺点：用户独占全机、统缺点：用户独占全机、CPUCPU等等待人工操作待人工操作脱机输入输出方式脱机输入输出方式 程序和数据的输入输出都是程序和数据的输入输出都是在外围机的控制下完成在外围机的控制下完成 优点：减少了优点：减少了CPUCPU的空闲时间、的空闲时间、提高提高I/OI/O速度速度1.2 操作系统的形成与发展 单道批处理系统单道批处理系统 系统对作业的处理系统对作业的处理都是

8、成批地进行的、且都是成批地进行的、且在内存中始终只保持一在内存中始终只保持一道作业，故称为单道批道作业，故称为单道批处理系统。处理系统。 特征特征： 自动性自动性 顺序性顺序性 单道性单道性1.2 操作系统的形成与发展 多道批处理系统多道批处理系统多道程序设计的基本概念多道程序设计的基本概念 把一个以上的作业把一个以上的作业( (程序程序) )存放在内存中，并且存放在内存中，并且同时处于运行状态，共享处理机时间和外部设备等同时处于运行状态，共享处理机时间和外部设备等其他资源的方法。其他资源的方法。 优点优点： 提高了提高了CPUCPU的利用率的利用率 提高了内存和提高了内存和I/OI/O设备的

9、利用率设备的利用率 增加系统吞吐量增加系统吞吐量 1.2 操作系统的形成与发展多道批处理系统的特征多道批处理系统的特征 多道性多道性 无序性无序性 调度性调度性: :作业调度和进程调度作业调度和进程调度多道批处理系统的优缺点多道批处理系统的优缺点 优点：资源利用率高、系统吞吐量大优点：资源利用率高、系统吞吐量大 缺点：平均周转时间长、无交互能力缺点：平均周转时间长、无交互能力多道批处理系统需要解决的问题多道批处理系统需要解决的问题 处理机管理问题处理机管理问题 内存管理问题内存管理问题 I/OI/O设备管理问题设备管理问题 文件管理问题文件管理问题 作业管理问题作业管理问题1.2 操作系统的形

10、成与发展 分时系统分时系统分时系统的产生分时系统的产生 人机交互、共享主机、便于用户上机人机交互、共享主机、便于用户上机分时系统实现中的关键问题分时系统实现中的关键问题 及时接收、及时处理及时接收、及时处理分时系统的实现方法分时系统的实现方法 作业直接进入内存作业直接进入内存 规定每个程序只运行一个时间片的时间规定每个程序只运行一个时间片的时间 具体方法有以下几种：单道分时系统、具有具体方法有以下几种：单道分时系统、具有“前台前台”和和“后台后台”的分时系统、多道分时系统的分时系统、多道分时系统1.2 操作系统的形成与发展分时系统的特征分时系统的特征 - - 多路性多路性 - - 独立性独立性

11、 - - 及时性及时性 - - 交互性交互性 实时系统实时系统实时系统的引入实时系统的引入 实时控制、实时信息处理实时控制、实时信息处理1.2 操作系统的形成与发展实时系统定义实时系统定义 实时实时：所谓：所谓“实时实时”，是表示，是表示“及时及时”、“即时即时” ” 实时系统实时系统：实时系统是指系统能及时（或即：实时系统是指系统能及时（或即时）时） 响应外部事件的请求，在规定的时间内完成响应外部事件的请求，在规定的时间内完成该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行行 1.2 操作系统的形成与发展实时任务的类型实时任务的类型 按任务执行时是否

12、呈现周期性来划分：周期性实时任按任务执行时是否呈现周期性来划分：周期性实时任务、非周期性实时任务务、非周期性实时任务 根据对截止时间的要求来划分根据对截止时间的要求来划分 ：强实时任务：强实时任务 、弱实、弱实时任务时任务 实时系统与分时系统的比较实时系统与分时系统的比较 多路性多路性 独立性独立性 及时性及时性 交互性交互性 可靠性可靠性1.2 操作系统的形成与发展q操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展 微机操作系统微机操作系统 配置在微机上的操作系统称为微机操作系统配置在微机上的操作系统称为微机操作系统单用户单任务操作系统单用户单任务操作系统 只允许一个用户上机、且只允许用户程序作为一

13、个任务只允许一个用户上机、且只允许用户程序作为一个任务运行运行 例如：例如：CP/MCP/M、MS-DOS MS-DOS 单用户多任务操作系统单用户多任务操作系统 只允许一个用户上机，但允许将一个用户程序分成若干只允许一个用户上机，但允许将一个用户程序分成若干个任务，使它们并发执行，从而有效地改善系统的性能个任务，使它们并发执行，从而有效地改善系统的性能 例如：例如：OS/2OS/2、MS WindowsMS Windows、Linux Linux 1.2 操作系统的形成与发展多用户多任务操作系统多用户多任务操作系统 允许多个用户通过各自的终端，使用同一台主机，共享允许多个用户通过各自的终端，

14、使用同一台主机，共享主机系统中的各类资源，而每个用户程序又可进一步分为几主机系统中的各类资源，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们并发执行个任务，使它们并发执行 例如：例如：UNIXUNIX 多处理机操作系统多处理机操作系统多处理机系统的引入多处理机系统的引入 增加系统的吞吐量增加系统的吞吐量 节省投资节省投资 提高系统的可靠性提高系统的可靠性1.2 操作系统的形成与发展多处理的类型多处理的类型 紧密耦合紧密耦合MPSMPS、松散耦合、松散耦合MPSMPS多处理机操作系统的类型多处理机操作系统的类型 非对称多处理机模式（主非对称多处理机模式（主- -从模式）、对称多处理机模式从模式）、

15、对称多处理机模式1.2 操作系统的形成与发展 网络操作系统网络操作系统 计算机网络可以定义为一些互连的自主计算机系统的集合计算机网络可以定义为一些互连的自主计算机系统的集合计算机网络的类型计算机网络的类型 按网络拓扑结构分：星型网络、树型网络、总线型网络按网络拓扑结构分：星型网络、树型网络、总线型网络 环型网络、网状型网络环型网络、网状型网络 按网络地理范围分：广域网按网络地理范围分：广域网WANWAN、局域网、局域网LANLAN网络操作系统模式网络操作系统模式 客户机客户机/ /服务器服务器(C/S)(C/S)模式模式 、对等模式、对等模式 网络操作系统的功能网络操作系统的功能 网络通信、资

16、源管理、网络服务、网络管理、互操作能力网络通信、资源管理、网络服务、网络管理、互操作能力1.2 操作系统的形成与发展 分布式操作系统分布式操作系统分布式系统分布式系统 集中式处理系统集中式处理系统：处理和控制功能都高度地集中在一：处理和控制功能都高度地集中在一台主机上，所有的任务都有主机处理台主机上，所有的任务都有主机处理 分布式处理系统分布式处理系统：由多个分散的处理单元经互连网络：由多个分散的处理单元经互连网络的连接而形成的系统，每个处理单元既具有高度的自治性，的连接而形成的系统，每个处理单元既具有高度的自治性，又相互协同又相互协同 ，并行地运行分布式程序，并行地运行分布式程序 分布式操作

17、系统与网络操作系统的比较分布式操作系统与网络操作系统的比较 分布性、并行性、透明性、共享性、健壮性分布性、并行性、透明性、共享性、健壮性2022-2-25操作系统231.2 操作系统的形成与发展 嵌入式操作系统嵌入式操作系统概念：概念：嵌入式系统在用来控制设备的计算机中运行，这嵌入式系统在用来控制设备的计算机中运行，这种设备不是一般意义上的计算机，并且不允许用户安装种设备不是一般意义上的计算机，并且不允许用户安装软件。软件。特点特点 可装卸性，强实时性可装卸性，强实时性 统一的接口统一的接口 操作方便、简单、提供友好的图形操作方便、简单、提供友好的图形GUIGUI 提供强大的网络功能，强稳定性

18、，弱交互性提供强大的网络功能，强稳定性，弱交互性 固化代码固化代码 更好的硬件适应性，也就是良好的移植性更好的硬件适应性，也就是良好的移植性1.2 操作系统的形成与发展q推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力 - - 不断提高计算机资源利用率的需要不断提高计算机资源利用率的需要 - - 方便用户方便用户 - - 器件的不断更新换代器件的不断更新换代 - - 计算机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展 1.3 研究操作系统的几种观点q 软件的观点软件的观点 从软件的观点来看，操作系统有其作为软件的外在特从软件的观点来看，操作系统有其作为软件的外在特性和内在特性性和内在特性q

19、计算机系统资源管理的观点计算机系统资源管理的观点 操作系统的主要功能是针对处理机、存储器、操作系统的主要功能是针对处理机、存储器、I/OI/O设备、设备、文件这四类资源进行有效的管理文件这四类资源进行有效的管理q 进程的观点进程的观点 把操作系统看作由若干进程和一个对进程进行协调的把操作系统看作由若干进程和一个对进程进行协调的核心所组成。每个进程都完成某一特定任务，而操作系统核心所组成。每个进程都完成某一特定任务，而操作系统的核心则控制和协调这些进程的运行，解决进程之间的通的核心则控制和协调这些进程的运行，解决进程之间的通信信 1.3 研究操作系统的几种观点q 用户与计算机硬件系统之间接口的观

20、点用户与计算机硬件系统之间接口的观点 操作系统处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过操作系统处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过操作系统来使用计算机操作系统来使用计算机 用户可以通过以下两种方式来使用计算机用户可以通过以下两种方式来使用计算机 ：命令方式、：命令方式、系统调用方式系统调用方式q 虚机器观点虚机器观点 操作系统为用户使用计算机提供了许多服务功能和良操作系统为用户使用计算机提供了许多服务功能和良好的工作环境，把计算机扩充为功能更强、使用更加方便好的工作环境，把计算机扩充为功能更强、使用更加方便的计算机系统的计算机系统 1.3 研究操作系统的几种观点q 服务提供者观点服务提供者观点

21、 操作系统提供了程序执行的环境，也为程序和用户提供操作系统提供了程序执行的环境，也为程序和用户提供了一系列的操作系统服务。了一系列的操作系统服务。 操作系统提供公共服务类型包括操作系统提供公共服务类型包括 ： 程序执行程序执行 I/OI/O操作操作 文件系统操纵文件系统操纵 通信通信 差错检测差错检测1.4 操作系统的功能与特点q 通用操作系统通用操作系统 一个系统兼有批量处理、分时处理和实时处理三者或一个系统兼有批量处理、分时处理和实时处理三者或其中两者的功能，而形成通用操作系统其中两者的功能，而形成通用操作系统 q 操作系统的功能操作系统的功能 处理机管理功能处理机管理功能 进程控制、进程

22、同步、进程通信、调度进程控制、进程同步、进程通信、调度 存储器管理的功能存储器管理的功能 内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充 设备管理功能设备管理功能 缓冲管理、设备分配、设备处理、设备独立性和虚拟设备缓冲管理、设备分配、设备处理、设备独立性和虚拟设备1.4 操作系统的功能与特点 文件管理功能文件管理功能 文件存储空间的管理、目录管理、文件的读写管理和存文件存储空间的管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制取控制 用户接口用户接口 命令接口命令接口 包括联机用户接口和脱机用户接口包括联机用户接口和脱机用户接口 程序接口程序接口 图形接口图形接口1.4

23、操作系统的功能与特点q 操作系统的特征操作系统的特征 并发并发 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生 共享共享 互斥共享方式、同时访问方式互斥共享方式、同时访问方式 虚拟虚拟 通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物物 异步性异步性1.5 操作系统结构设计q 传统的操作系统结构传统的操作系统结构 模块化结构操作系统模块化结构操作系统采用模块化程序设计技术采用模块化程序设计技术模块化结构设计方法较之无结构的操作

24、系统具有模块化结构设计方法较之无结构的操作系统具有以下明显的优点：以下明显的优点： 提高了操作系统设计的正确性、可理解性和可维护提高了操作系统设计的正确性、可理解性和可维护性。性。 增强了操作系统的可适应性。增强了操作系统的可适应性。 加速了操作系统的开发过程。加速了操作系统的开发过程。1.5 操作系统结构设计结构化设计方法的仍存在着下述问题：结构化设计方法的仍存在着下述问题： 对模块的划分及对接口的规定要精确描述很困难。对模块的划分及对接口的规定要精确描述很困难。 从功能观点来划分模块时，未能将共享资源和独占从功能观点来划分模块时，未能将共享资源和独占资源加以区别。资源加以区别。 操作系统进

25、程管理存储管理文件管理进程控制进程调度内存分配内存保护目录管理磁盘管理1.5 操作系统结构设计 层次结构操作系统层次结构操作系统方法方法 将操作系统分成若干层；每一层实现一组基本概念以将操作系统分成若干层；每一层实现一组基本概念以及与其相关的基本属性。层与层之间的相互关系要满及与其相关的基本属性。层与层之间的相互关系要满足：所有各层的实现不依赖其以上各层所提供的概念足：所有各层的实现不依赖其以上各层所提供的概念及其属性，只依赖其直接下层所提供的概念及属性；及其属性，只依赖其直接下层所提供的概念及属性；每一层均对其上各层隐藏其下各层的存在。每一层均对其上各层隐藏其下各层的存在。优点：优点： 易保

26、证系统的正确性。易保证系统的正确性。 易扩充性和易维护性。易扩充性和易维护性。层次结构的主要缺点就是系统效率低。层次结构的主要缺点就是系统效率低。1.5 操作系统结构设计q 现代操作系统结构现代操作系统结构 微内核微内核特点特点 足够小的内核。足够小的内核。 基于客户基于客户/ /服务器模式。服务器模式。 应用机制和策略分离的技术。应用机制和策略分离的技术。 采用面向对象的技术。采用面向对象的技术。微内核虽然带来了诸多的优点，但不可否认微内微内核虽然带来了诸多的优点，但不可否认微内核较早期的操作系统而言，运行效率有所降低。核较早期的操作系统而言，运行效率有所降低。1.5 操作系统结构设计文件服

27、务器文件服务器内存服务器内存服务器网络服务器网络服务器硬件硬件微内核微内核SPI核心态核心态用户态用户态1.5 操作系统结构设计 微内核微内核一个微内核思想的略微变体是将进程划分为两类：一个微内核思想的略微变体是将进程划分为两类：服务器，每个服务器提供某种服务；客户端，使服务器，每个服务器提供某种服务；客户端，使用这些服务。这个模式就是所谓的客户机用这些服务。这个模式就是所谓的客户机- -服务服务器模式。器模式。通常，在系统最底层是微内核，但并不是必须这通常，在系统最底层是微内核，但并不是必须这样的。样的。这个模式的本质是存在客户端进程和服务器进程。这个模式的本质是存在客户端进程和服务器进程。

28、1.6 操作系统的硬件环境 任何系统软件都是硬件功能的延伸，并且都是任何系统软件都是硬件功能的延伸，并且都是建立在硬件基础上的，离不开硬件设施的支持。而建立在硬件基础上的，离不开硬件设施的支持。而操作系统更是直接依赖于硬件条件，与硬件的关系操作系统更是直接依赖于硬件条件，与硬件的关系尤为密切尤为密切q中央处理机（中央处理机（CPUCPU） CPUCPU的构成与基本工作方式的构成与基本工作方式 一般的处理机由运算器、控制器、一系列的寄一般的处理机由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成。存器以及高速缓存构成。1.6 操作系统的硬件环境处理机中的寄存器处理机中的寄存器 寄存器为处理机本身提

29、供了一定的存储能力，寄存器为处理机本身提供了一定的存储能力，它们的速度比内存储器快得多，但是因为造价很高，它们的速度比内存储器快得多，但是因为造价很高，存储容量一般都很小。存储容量一般都很小。 处理器一般包括两类寄存器：用户可见寄存器、处理器一般包括两类寄存器：用户可见寄存器、控制和状态寄存器（如控制和状态寄存器（如PCPC、IRIR、PSWPSW）1.6 操作系统的硬件环境指令执行的基本过程指令执行的基本过程 特权指令和非特权指令特权指令和非特权指令 特权指令特权指令 在指令系统中那些只能由操作系统使用的指令在指令系统中那些只能由操作系统使用的指令 非特权指令非特权指令 允许一般的用户使用的

30、指令允许一般的用户使用的指令1.6 操作系统的硬件环境 处理机的状态处理机的状态 管态管态（特权态、特态、系统态）（特权态、特态、系统态） 指操作系统管理程序运行的状态。可以执行全部指令，指操作系统管理程序运行的状态。可以执行全部指令，使用所有资源，具有改变处理机状态的能力使用所有资源，具有改变处理机状态的能力 目态目态（普通态、普态、用户态）（普通态、普态、用户态） 指用户程序运行时的状态。只能执行非特权指令有些指用户程序运行时的状态。只能执行非特权指令有些系统分为核心状态、管理状态和用户程序状态系统分为核心状态、管理状态和用户程序状态 程序状态字程序状态字PSWPSW 用来指示处理器状态，

31、通常包括以下状态代码：用来指示处理器状态，通常包括以下状态代码： CPUCPU的工作状态代码的工作状态代码 条件码条件码 中断屏蔽码中断屏蔽码1.6 操作系统的硬件环境q存储系统存储系统 存储器的类型存储器的类型 读写型存储器（随机访问存储器读写型存储器（随机访问存储器RAMRAM） 只读型存储器（只读存储器只读型存储器（只读存储器ROMROM） 存储器的层次结构存储器的层次结构 计算机存储系统的设计主要考虑三个计算机存储系统的设计主要考虑三个问题：问题：容量、速度和成本容量、速度和成本 提高存储系统效能的关键点就在于程提高存储系统效能的关键点就在于程序的存储访问局部性原理序的存储访问局部性原

32、理1.6 操作系统的硬件环境存储分块存储分块 为了简化对存储器的分配和管理，在不少计算机系统中为了简化对存储器的分配和管理，在不少计算机系统中把存储器分成块。在为用户分配内存空间时，以块为最小单把存储器分成块。在为用户分配内存空间时，以块为最小单位位存储保护存储保护 常用的存储保护机构：界地址寄存器（界限寄存器）、常用的存储保护机构：界地址寄存器（界限寄存器）、存储键存储键q 缓冲技术缓冲技术 引入原因引入原因 为了解决部件之间速度不匹配的问题为了解决部件之间速度不匹配的问题 类型类型 单缓冲、双缓冲、多缓冲（单缓冲、双缓冲、多缓冲（CacheCache）1.6 操作系统的硬件环境q中断技术中

33、断技术 中断的概念中断的概念什么是中断什么是中断 所谓中断是指所谓中断是指CPUCPU对系统中或系统外发生的异步事件对系统中或系统外发生的异步事件的响应；的响应； - - 引起中断的那些事件称为中断事件或中断源；引起中断的那些事件称为中断事件或中断源； - - 中断源向处理器发出的请求信号称为中断请求；中断源向处理器发出的请求信号称为中断请求； - - 把处理中断事件的那段程序称为中断处理程序把处理中断事件的那段程序称为中断处理程序 - - 中断的作用：能充分发挥处理器的使用效率中断的作用：能充分发挥处理器的使用效率 、提高、提高系统的实时能力系统的实时能力 - - 典型的中断：程序中断、时钟

34、中断、典型的中断：程序中断、时钟中断、I/OI/O中断、硬件中断、硬件失效中断失效中断1.6 操作系统的硬件环境中断的分类中断的分类 依据依据中断的功能中断的功能：可屏蔽中断（：可屏蔽中断（I/OI/O中断）、不可屏中断）、不可屏蔽中断（机器内部故障、掉电中断）、程序错误中断（溢出、蔽中断（机器内部故障、掉电中断）、程序错误中断（溢出、除法错等中断）、软件中断（除法错等中断）、软件中断（TrapTrap指令或中断指令指令或中断指令INTINT） 依据依据被激发的手段被激发的手段：强迫性中断、自愿性中断：强迫性中断、自愿性中断 依据依据中断事件发生和处理是否是异步中断事件发生和处理是否是异步 ：

35、异步中断：异步中断（中断）、同步中断（异常）（中断）、同步中断（异常） 依据依据中断源的类型中断源的类型：硬件中断、软件中断：硬件中断、软件中断1.6 操作系统的硬件环境 中断系统中断系统中断系统组成部分中断系统组成部分 中断系统的硬件中断装置中断系统的硬件中断装置 软件中断处理程序软件中断处理程序中断装置一般要提供的基本功能中断装置一般要提供的基本功能 提供识别中断源的方法提供识别中断源的方法 提供查询中断状态的方法提供查询中断状态的方法 提供中断现场保护的能力提供中断现场保护的能力 提供中断处理程序寻址能力提供中断处理程序寻址能力 具有预定义的系统控制栈和中断处理程序入口地址映具有预定义的

36、系统控制栈和中断处理程序入口地址映射表等数据结构和它们在内存中的位置射表等数据结构和它们在内存中的位置1.6 操作系统的硬件环境 中断逻辑与中断寄存器中断逻辑与中断寄存器 中断寄存器中断寄存器：有的大型计算机中为了区分和不丢失每个：有的大型计算机中为了区分和不丢失每个中断信号，通常对应每个中断源都分别用一个固定的触发器中断信号，通常对应每个中断源都分别用一个固定的触发器来寄存中断信号，这些触发器的全体称为中断寄存器来寄存中断信号，这些触发器的全体称为中断寄存器 中断扫描机构中断扫描机构：处理器的控制部件中能检测中断的机构：处理器的控制部件中能检测中断的机构 多级中断和中断屏蔽多级中断和中断屏蔽

37、 中断优先级中断优先级：高优先级屏蔽低优先级：高优先级屏蔽低优先级 同一中断级中有多个中断请求时，可采用固定的优先数同一中断级中有多个中断请求时，可采用固定的优先数和轮转法来处理和轮转法来处理1.6 操作系统的硬件环境 中断响应中断响应 CPUCPU何时响应中断何时响应中断：通常在指令周期最后时刻接受中断：通常在指令周期最后时刻接受中断请求，或是在此时扫描中断寄存器请求，或是在此时扫描中断寄存器 如何知道提出中断请求的设备或中断源如何知道提出中断请求的设备或中断源：一是用软件指：一是用软件指令去查询各设备接口；二是使用令去查询各设备接口；二是使用“向量中断向量中断”硬件设施硬件设施 中断处理中断处理中断处理的一般过程中断处理的一般过程 设备给处理器发了一个中断信号设备给处理器发了一个中断信号 处理器处理完当前指今后响应中断处理器处理完当前指今后响应中断 1.6 操作系统的硬件环境 处理器处理完当前指令后检测到中断，判断出中断来处理器处