03-操作系统概述-3

1、 第一章 操作系统概述本次课主要内容：1、 OS的基本功能2、 OS的硬件环境3、 OS的性能指标4、 OS的服务方式5、 Linux系统的特点和组成将对操作系统的上述各种需求总结如下：将对操作系统的上述各种需求总结如下：1、进程管理进程管理，包括CPU调度、作业调度等。2、进程之间的同步和通信。3、设备驱动程序和设备管理设备管理程序。4、中断处理。5、内存管理内存管理，尤其是虚拟内存管理。6、文件系统文件系统和磁盘管理。7、网络协议。8、系统安全。9、命令解释语言，包括GUI。10、系统程序，如编译器、文件管理器等。进程和线程管理进程和线程管理(CPU(CPU管理管理) )存储管理存储管理文

2、件管理文件管理设备管理设备管理工作管理工作管理( (用户接口用户接口) )操作系统主要功能处理机管理处理机管理目标：目标：完成处理机资源的分配调度等功能完成处理机资源的分配调度等功能 （处理机调度的单位可为进程或线程）（处理机调度的单位可为进程或线程）n进程控制：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等进程控制：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等主动改变进程的状态主动改变进程的状态n进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共享；交换信息能力弱共享；交换信息能力弱n进程通信：进程之间传送数据，以协调进程间的协作；进程通信：进程之间传送数据，以协调

3、进程间的协作；交换信息能力强，也可以用来协调进程之间的推进交换信息能力强，也可以用来协调进程之间的推进n进程调度：作业和进程的运行切换，以充分利用处理机进程调度：作业和进程的运行切换，以充分利用处理机资源和提高系统性能；未必是进程控制操作所引起资源和提高系统性能；未必是进程控制操作所引起（可能是时间片轮转、（可能是时间片轮转、I/O操作）操作）n同一类型内的公平性、高效率（吞吐量大）、作业周转同一类型内的公平性、高效率（吞吐量大）、作业周转时间等时间等存储管理存储管理n存储分配与回收存储分配与回收n存储保护：保证进程间互不干扰、相互保密；如：存储保护：保证进程间互不干扰、相互保密；如：访问合法

4、性检查、甚至要防止从访问合法性检查、甚至要防止从垃圾垃圾中窃取其他中窃取其他进程的信息进程的信息n地址映射（变换）：进程逻辑地址到内存物理地址地址映射（变换）：进程逻辑地址到内存物理地址的映射的映射n内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内存利内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内存利用率、扩大进程的内存空间用率、扩大进程的内存空间管理目标：管理目标：提高利用率、方便用户使用、提供足够的提高利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间、方便进程并发运行存储空间、方便进程并发运行设备管理设备管理n设备操作：利用设备驱动程序（通常在内核中）完成对设备设备操作：利用设备驱动程序（通常在内核中）完成对设

5、备的操作。的操作。n设备独立性：提供统一的设备独立性：提供统一的I/O设备接口，使应用程序独立于设备接口，使应用程序独立于物理设备，提高可适应性；在同样的接口和操作下完成不同物理设备，提高可适应性；在同样的接口和操作下完成不同的内容（如的内容（如FAX Modem作为作为Windows上的打印机设备）上的打印机设备）n设备分配与回收：在多用户间共享设备分配与回收：在多用户间共享I/O设备资源设备资源n虚拟设备：设备由多个进程共享，每个进程如同独占虚拟设备：设备由多个进程共享，每个进程如同独占n缓冲区管理：匹配缓冲区管理：匹配CPU和外设的速度，提高两者的利用率和外设的速度，提高两者的利用率（单

6、缓冲区、双缓冲区和公用缓冲区）（单缓冲区、双缓冲区和公用缓冲区）设备管理的目标：设备管理的目标： 方便的设备使用、提高方便的设备使用、提高CPU与与I/O设备利用率设备利用率文件管理文件管理n文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高空文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高空间利用率和读写性能间利用率和读写性能n目录管理：解决信息检索问题。文件的属性（如文目录管理：解决信息检索问题。文件的属性（如文件名）、单一副本赋予多文件名件名）、单一副本赋予多文件名n文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问题。文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问题。系统设口令、用户分类、文件权限系统设口令、用户分

7、类、文件权限n软件管理：软件的版本、相互依赖关系、安装和拆软件管理：软件的版本、相互依赖关系、安装和拆除等除等目标：目标：解决软件资源的存储、共享、保密和保护解决软件资源的存储、共享、保密和保护工作管理工作管理操作系统向上提供两种接口操作系统向上提供两种接口n系统命令：供用户用于组织和控制自己的作业系统命令：供用户用于组织和控制自己的作业运行。命令行、菜单式或运行。命令行、菜单式或GUI（联机）；命令（联机）；命令脚本（脱机）脚本（脱机）n编程接口：供用户程序和系统程序调用操作系编程接口：供用户程序和系统程序调用操作系统功能。系统调用和高级语言库函数统功能。系统调用和高级语言库函数目标：目标：

8、提供一个友好的用户访问操作系统的接口提供一个友好的用户访问操作系统的接口操作系统分类n批处理系统n多道程序系统n分时系统n个人机操作系统n多处理器操作系统n网络操作系统n分布式操作系统n集群系统n实时操作系统n嵌入式操作系统n智能卡操作系统上述各通用操作系统的相同点：相同点：都是在完成操作系统的基本功能，实现主要功能是相同的。不同点不同点：处于的历史阶段不同，追求的主要需求不同 设计操作系统的原则：设计操作系统的原则：在不同时期，不同的应用领域，人们对操作系统的需求是不同的，有些甚至是矛盾的。因此在设计操作系统时，需要根据具体的应用领域，对这些需求作出适当的取舍适当的取舍。操作系统的基本类型操

9、作系统的基本类型 根据OS在用户面前的使用环境和功能特征的不同，一般分为三种基本类型：n 多道成批系统多道成批系统n 分时系统分时系统n 实时系统实时系统。 注意：多道成批处理系统、分时系统和实时系统是三种的操作系统类型。对于一个实际的操作系统，可能兼有各种操作系统的功能。 操作系统的硬件环境操作系统的硬件环境讨论操作系统对运行硬件环境的要求 讨论操作系统设计者考虑的硬件问题操作系统运行的硬件环境组成:n中央处理器（CPU）n存储系统n中断机制nI/O系统n时钟以及时钟队列n其他任何系统软件都是硬件功能的延伸操作系统直接依赖于硬件条件OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理以较分散的形式同各种管

10、理相结合相结合 实现操作系统时必须理解的n 计算机基本结构n 操作系统管理的重要资源简单的个人计算机中的部件简单的个人计算机中的部件MonitorBus 处理器由运算器、控制器、一系列的寄处理器由运算器、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n运算器运算器实现指令中的算术和逻辑运算，实现指令中的算术和逻辑运算，是计算机计算的核心是计算机计算的核心n控制器控制器负责控制程序运行的流程，包括负责控制程序运行的流程，包括取指令、维护取指令、维护CPUCPU状态、状态、CPUCPU与内存的交与内存的交互等等互等等一、中央处理器中央处理器（CPU）n寄存器寄存器是指令在是指令在CPU

11、CPU内部作处理的过程中暂存数据、内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备地址以及指令信息的存储设备 在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度n高速缓存高速缓存处于处于CPUCPU和物理内存之间和物理内存之间 一般由控制器中的内存管理单元（一般由控制器中的内存管理单元（MMUMMU：Memory Memory Management UnitManagement Unit）管理）管理 访问速度快于内存，低于寄存器访问速度快于内存，低于寄存器 利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存访问得以匹配，

12、从而提高访问得以匹配，从而提高CPUCPU的效率的效率指令执行的基本过程指令执行的基本过程两个步骤：两个步骤：n先从存储器中每次读取一条指令先从存储器中每次读取一条指令n然后执行这条指令然后执行这条指令一个单条指令处理过程称为一个一个单条指令处理过程称为一个指令周期指令周期程序的执行是由不断取指和执行的指令周期组成程序的执行是由不断取指和执行的指令周期组成仅当关机、出错或有停机相关指令时，程序才停止仅当关机、出错或有停机相关指令时，程序才停止n每个指令周期开始时，依据在程序计数器中的指令地址从存储器中取一条指令n在取指完成后根据指令类别自动将程序计数器的值变成下条指令的地址，自增1n取到的指令

13、放在指令寄存器中n处理器解释并执行所要求的动作指令执行的基本过程指令执行的基本过程5类指令类指令n访问存储器指令：访问存储器指令： 处理器和存储器间数据传送处理器和存储器间数据传送nI/OI/O指令：指令： 处理器和处理器和I/O模块间数据传送和命令发送模块间数据传送和命令发送n算术逻辑指令（数据处理指令）：算术逻辑指令（数据处理指令）： 执行数据算术和逻辑操作执行数据算术和逻辑操作n控制转移指令：控制转移指令： 指定一个新的指令的执行起点指定一个新的指令的执行起点n处理器控制指令：处理器控制指令： 修改处理器状态，改变处理器工作方式修改处理器状态，改变处理器工作方式2、特权指令和非特权指令、

14、特权指令和非特权指令特权指令：只能由操作系统使用的指令特权指令：只能由操作系统使用的指令n使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须要区分为特权指令和非特权指令n特权指令一般引起处理器状态的切换n处理器通过特殊的机制将处理器状态切换到操作系统处理器通过特殊的机制将处理器状态切换到操作系统运行的特权状态（管态）运行的特权状态（管态）n然后将处理权移交给操作系统中的一段特殊代码，这然后将处理权移交给操作系统中的一段特殊代码，这一个过程称为一个过程称为陷入陷入CPU如何知道当前运行的是操作系统还是一般应用软件？有赖于处理器状态处理器状态的标识3、处理器的状态、处理器的状态根据运行程序对资源和机器指令的

15、使用权限将处理根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设置为不同状态器设置为不同状态多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态管态：管态：操作系统管理程序运行的状态，较高的特权级别，又称为特权态（特态）、核心态、系统态特权态（特态）、核心态、系统态目态：目态：用户程序运行时的状态，较低的特权级别，又称为普通态（普态）、用户态普通态（普态）、用户态 有些系统将处理器状态划分核心状态、管理状态有些系统将处理器状态划分核心状态、管理状态和用户程序状态（目标状态）三种和用户程序状态（目标状态）三种实例：实例：x86系列处理器（系列处理器（1）n386、486

16、、Pentium系列都支持4个处理器特权级别（特权环：R0、R1、R2和R3）n从R0到R3特权能力依次降低nR0相当于双状态系统的管态nR3相当于目态nR1和R2则介于两者之间，它们能够运行的指令集合具有包含关系：3210RRRRIIII各个级别有保护性检查（地址校验、I/O限制）特权级别之间的转换方式不尽相同四个级别运行不同类别的程序：nR0-运行操作系统核心代码nR1-运行关键设备驱动程序和I/O处理例程nR2-运行其他受保护共享代码，如语言系统运行环境nR3-运行各种用户程序现有基于x86处理器的操作系统，多数UNIX、Linux以及Windows系列大都只用了R0和R3两个特权级别实

17、例：x86系列处理器（2）管态和目态的差别管态和目态的差别处理器处于管态时：n全部指令（包括特权指令）可以执行n可使用所有资源n并具有改变处理器状态的能力处理器处于目态时：n只有非特权指令能执行特权级别不同，可运行指令集合也不同特权级别越高，可以运行指令集合越大高特权级别对应的可运行指令集合包含低特权级的CPU状态的转换目态管态 唯一途径 是 中断管态目态 设置PSW(修改程序状态字) 可实现二、二、存储系统存储系统支持OS运行硬件环境的一个重要方面：n作业必须把它的程序和数据存放在内存中才能运行n多道程系统中，若干个程序和相关的数据要放入内存 操作系统要管理、保护程序和数据，使它们不至于受到

18、破坏n操作系统本身也要存放在内存中并运行 1 1、存储器的类型、存储器的类型半导体存储器 实现 内存存储器芯片的内部组织结构n只读存储器（ROM）n静态存储器（SRAM）n异步动态随机存储器（DRAM）n同步动态随机存储器（SDRAM）双倍数据速率SDRAM（DDR SDRAM）（开放标准）四倍数据速率SDRAM（QDR SDRAM）存储系统设计三个问题： 容量容量、速度速度和成本成本n三个目标不可能同时达到最优，要作权衡n存取速度快，每比特价格高n容量大，每比特价格越低，同时存取速度也越慢解决方案：采用层次化的存储体系结构n当沿着层次下降时n每比特的价格将下降，容量将增大n速度将变慢，处理器

19、的访问频率也将下降层次化的存储体系结构层次化的存储体系结构存储访问局部性原理提高存储系统效能关键点：程序存储访问局部性原理n程序执行时，有很多的循环和子程序调用，一旦进入这样的程序段，就会重复存取相同的指令集合n对数据存取也有局部性，在较短的时间内，稳定地保持在一个存储器的局部区域处理器主要和存储器的局部打交道在经过一段时间以后，使用的代码和数据集合会改变2、设计多级存储的体系结构原则：级别较低存储器比率小于级别较高存储器比率假设两级存储器：n第I级包含1KB，存取时间为0.1sn第II级包含1MB，存取时间为1s存取I级中的内容，直接存取存取II级，首先被转移到I级，然后再存取假设确定内容所

20、在位置时间可以忽略若在I级存储器中发现存取对象的概率是95%，则平均访问时间为：结果非常接近I级存储的存取时间ssss15.011.005.01.095.03、存储分块n存储最小单位:“二进位”，包含信息为0或1n最小编址单位:字节，一个字节包含八个二进位主流个人电脑n主存:128MB512MB之间n辅助存储器:在20GB70GB工作站、服务器n主存:512MB 4GB之间n硬盘容量:数百GB为简化分配和管理，存储器分成块,称一个物理页（Page）n块的大小：512B、1K、4K、8K4、存储保护设施 对主存中的信息加以严格的保护，使操作系统及其他程序不被破坏，是其正确运行的基本条件之一多用户

21、，多任务操作系统： OS给每个运行进程分配一个存储区域问题：n多个程序同时在同一台机器上运行，怎样才能互不侵犯？n如何处理重定位？三、中断技术中断对于操作系统的重要性 就像机器中的驱动齿轮一样所以有人把操作系统称为是由 “中断驱动”或者 “（中断）事件驱动”n它使得OS可以捕获用户程序发出的系统功能调用n及时处理设备的中断请求n防止用户程序中破坏性的活动等等1、中断的概念nCPU对系统发生的某个事件作出的一种反应nCPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序，处理完成后返回断点，继续执行被打断的程序特点： 1) 中断随机的 2) 中断是可恢复的 3) 中断是自动处理的引入

22、中断的目的n解决主机与外设的并行工作问题n实现实时控制中断中断/ /异常：异常：指系统发生某个异步指系统发生某个异步/ /同步事件后同步事件后, ,处处理机暂停正在执行的程序理机暂停正在执行的程序, ,转去执行处理该事件程转去执行处理该事件程序的过程序的过程中断的引入：中断的引入：为了开发为了开发CPUCPU和通道和通道( (或设备或设备) )之间的之间的并行操作，当并行操作，当CPUCPU启动通道启动通道( (或设备或设备) )进行输入进行输入/ /输输出后，通道便出后，通道便( (或设备或设备) )可以独立工作了，可以独立工作了，CPUCPU也可也可以转去做与此次输入以转去做与此次输入/

23、/输出不相关的事情，那么通输出不相关的事情，那么通道道( (或设备或设备) ) 输入输入/ /输出完成后，还必须告诉输出完成后，还必须告诉CPUCPU继继续输入续输入/ /输出以后的事情，通道输出以后的事情，通道( (或设备或设备) )通过向通过向CPUCPU发中断告诉发中断告诉CPUCPU此次输入此次输入/ /输出结束输出结束中断的概念异常引入：异常引入：用于表示用于表示CPUCPU执行指令时本身出现算术执行指令时本身出现算术溢出、零做除数、取数时的奇偶错，访存指令越溢出、零做除数、取数时的奇偶错，访存指令越界或就是执行了一条所谓界或就是执行了一条所谓“异常指令异常指令”（用于实（用于实现系

24、统调用）等情况，这时中断当前的执行流程，现系统调用）等情况，这时中断当前的执行流程，转到相应的错误处理程序或异常处理程序转到相应的错误处理程序或异常处理程序注意：注意：最早中断和异常并没有区分，都把它们叫最早中断和异常并没有区分，都把它们叫做中断。随着它们的发生原因和处理方式的差别做中断。随着它们的发生原因和处理方式的差别愈发明显，才有了以后的中断和异常愈发明显，才有了以后的中断和异常 中断的概念中断中断( (外中断外中断) )异常异常( (内中断内中断) )例外例外I/OI/O中断中断时钟中断时钟中断系统调用系统调用缺页异常缺页异常断点指令断点指令其他程序性异常其他程序性异常( (如算术溢出

25、等如算术溢出等) )中断中断( (狭义狭义) )与异常的区别与异常的区别: :中断中断: : 与正执行指令无关，可以屏蔽与正执行指令无关，可以屏蔽异常异常: : 与正执行指令有关，不可屏蔽与正执行指令有关，不可屏蔽广义中断广义中断中断的概念2、中断系统中断系统的两大组成部分： 硬件中断装置硬件中断装置和和软件中断处理程序软件中断处理程序n中断系统的硬件中断装置-中断系统的机制部分 负责捕获中断源发出的中断请求，以一定方式响应中断源，然后将处理器控制权交给特定的中断处理程序n软件中断处理程序-中断系统的策略部分 负责辨别中断类型并做出相应的操作n中断源：引起中断发生的事件n中断寄存器：记录中断n

26、中断字：中断寄存器的内容系统堆栈: 在内存开辟的一块区域，用于临时保存现场中断系统中的相关概念处理机优先级：处理机优先级：指出处理机正运行程序的中断响指出处理机正运行程序的中断响应级别。即当处理机处于某一优先级时，只允许应级别。即当处理机处于某一优先级时，只允许处理机去响应比该优先级高的中断处理机去响应比该优先级高的中断, ,而屏蔽低于或而屏蔽低于或等于该优先级的中断。可以通过置处理机优先级等于该优先级的中断。可以通过置处理机优先级来通知硬件：屏蔽优先级小于等于处理机优先级来通知硬件：屏蔽优先级小于等于处理机优先级的中断的中断中断屏蔽：中断屏蔽：指禁止处理机响应中断或禁止中断出指禁止处理机响应

27、中断或禁止中断出现现3、中断优先级和中断屏蔽4、中断类型强迫性中断强迫性中断 正在运行的程序所不期望的，由于某种硬件故障或外部请求引起的自愿性中断自愿性中断 用户在程序中有意识安排的中断，是由于用户在编制程序时因为要求操作系统提供服务，有意使用“访管”指令或系统调用，使中断发生中断类型强迫性中断n输入/输出(I/O)中断：主要来自外部设备通道n程序性中断：运行程序中本身的中断(如溢出,缺页中断,缺段中断,地址越界)n时钟中断n控制台中断n硬件故障自愿性中断n执行I/O，创建进程，分配内存n信号量操作，发送/接收消息5、中断响应CPU如何响应中断, 两个问题： nCPU何时响应中断？ 通常在CP

28、U执行了一条指令以后，更确切地，在指令周期最后时刻接受中断请求，或此时扫描中断寄存器n如何知道提出中断请求的设备或中断源？ 因为只有知道中断源或中断设备，才能调用相应的中断处理程序处理器如何发现中断信号？ 处理器的控制部件中设一个能检测中断的机构 称为中断扫描机构n在每条指令执行周期的最后时刻扫描中断寄存器，询问是否有中断信号n若无中断信号，继续执行下一条指令n若有中断，中断硬件将该中断触发器内容按规定编码送入PSW的相应位，称为中断码n通过交换中断向量中断向量引出中断处理程序中断响应开始开始取下一条指令取下一条指令执行指令执行指令检查指令检查指令处理中断处理中断停止停止取周期取周期执行周期执

29、行周期中断周期中断周期不允许中断不允许中断允许允许中断中断中断响应6、中断处理简单的中断处理 - 典型的处理过程：（1）设备给处理器发一个中断信号（2）处理器处理完当前指令后响应中断，延迟非常短（要求处理器没有关闭中断）（3）处理器处理完当前指令后检测到中断，判断出中断来源并向发送中断的设备发送了确认中断信号，确认信号使得该设备将中断信号恢复到一般状态（4）处理器开始为软件处理中断做准备： 保存中断点的程序执行上下文环境，这通常包括程 序状态字PSW，程序计数器PC中的下一条指令位置，一些寄存器的值，它们通常保存在系统控制栈中, 处理器状态被切换到管态（5）处理器根据中断源查询中断向量表，获得

30、与该中断相联系的处理程序入口地址，并将PC置成该地址，处理器开始一个新的指令周期，控制转移到中断处理程序（6）中断处理程序开始工作，包括检查I/O相关的状态信息，操纵I/O设备或者在设备和主存之间传送数据等等（7）中断处理结束时，处理器检测到中断返回指令，被中断程序的上下文环境从系统堆栈中被恢复 处理器状态恢复成原来的状态。（8）PSW和PC被恢复成中断前的值，处理器开始一个新的指令周期，中断处理结束中断处理简单的中断处理过程简单的中断处理过程四、I/O技术I/O控制使用下面几种技术：n程序控制n中断驱动n直接存储器存取（DMA）n通道1、程序控制I/O技术由处理器提供I/O相关指令来实现nI

31、/O处理单元处理请求并设置I/O状态寄存器相关位n不中断处理器，也不给处理器警告信息n处理器定期轮询I/O单元的状态，直到处理完毕I/O软件包含直接操纵I/O的指令n控制指令: 用于激活外设，并告诉它做什么n状态指令: 用于测试I/O控制中的各种状态和条件n数据传送指令: 用于在设备和主存之间来回传送数据主要缺陷：处理器必须关注I/O处理单元的状态，因而耗费大量时间轮询信息，严重地降低了系统性能2、中断驱动I/O技术为了解决程序控制I/O方法的主要问题 应该让处理器从轮询任务中解放出来 使I/O操作和指令执行并行起来具体作法： 当I/O处理单元准备好与设备交互的时候 通过物理信号通知处理器，即

32、中断处理器3、DMA技术（1）中断的引入大大地提高了处理器处理I/O的效率当处理器和I/O间传送数据时，效率仍旧不高解决方法：直接存储器访问（DMA：Direct Memory Access）n通过系统总线中一独立控制单元DMA控制器n自动控制成块数据在内存和I/O单元间的传送n大大提高处理I/O的效能DMA技术（2）当处理器需要读写一整块数据时给DMA控制单元发送一条命令包含：是否请求一次读或写，I/O设备的编址，开始读或写的主存编址，需要传送的数据长度等信息n处理器发送完命令后就可处理其他事情nDMA控制器将自动管理数据的传送n当这个过程完成后，它会给处理器发一个中断处理器只在开始传送和传

33、送结束时关注一下就可n处理器和DMA传送不完全并行n有时会有总线竞争的情况发生 处理器用总线时可能稍作等待 不会引起中断 不引起程序上下文的保存n通常过程只有一个总线周期n在DMA传送时，处理器访问总线速度会变慢n对于大量数据I/O传送，DMA技术是很有价值DMA技术（3）4、通道独立于中央处理器，专门负责数据I/O传输的处理机n它对外设实现统一管理n代替CPU对I/O操作进行控制n使CPU和外设可以并行工作通道又称为I/O处理机引入通道的目的:n为了使CPU从I/O事务中解脱出来n同时为了提高CPU与设备、设备与设备之间的并行度五、时钟时钟为计算机完成以下必不可少的工作：n在多道程序运行环境

34、中，为系统发现陷入死循环（编程错误）的作业，防止机时的浪费n在分时系统中，间隔时钟实现作业间按时间片轮转n在实时系统中，按要求的间隔输出正确时间信号给实时的控制设备（如AD、D/A转换设备）n定时唤醒要求延迟执行的各外部事件（如定时为各进程计算优先数，银行中定时运行某类结账程序等）n记录用户使用设备时间和记录某外部事件发生时间n记录用户和系统所需要的绝对时间，即年、月、日 n时钟是操作系统运行的必不可少的硬件设施n时钟，实际上都是硬件时钟寄存器，按时钟电路所产生的脉冲数对时钟寄存器进行加1或减1的工作n绝对时钟：记录当时时间（年、月、日、时、分、秒） 一般来说，绝对时钟准确，当停机时，绝对时钟

35、值仍然自动修改n间隔时钟(相对时钟)：通过时钟寄存器实现 置上时间间隔初值，每经过一个单位时间，时钟值减1，直到该值为负时，则触发时钟中断，并进行相应中断处理时钟 现代操作系统对硬件的要求小节现代操作系统对硬件的要求小节1、区分操作系统和应用程序多种多种CPU运行模运行模式式（用户模式和系统模式）及模式间的切换手段。2、限定用户程序的能力特权指令特权指令（只能在系统模式下执行，如I/O指令）和系统调用系统调用。3、提供内存保护如段式、页式保护段式、页式保护等，硬件必须负责地址的转换和检查地址的转换和检查。4、提供处理器保护时钟时钟和定时器定时器（Timer）。操作系统的性能指标操作系统的性能指

36、标1 1、系统的可靠性2、系统吞吐率3、系统的响应时间4、系统资源的利用率5、可移植性操作系统的服务功能操作系统的服务功能 设置操作系统的目的就是为了方便用户，为用户提供一些服务。一般的操作系统应有以下一些服务功能： 1 1、程序执行：、程序执行：启动执行用户程序，并能终止程序的执行。 2 2、I/OI/O操作：操作：包括文件读、写和I/O驱动等。 3 3、文件系统管理：、文件系统管理：用户的程序和数据以文件形式保存在系统中。 4 4、出错检测：、出错检测：OS需要了解可能出现的错误。对每类错误都能检测到，并采取相应措施。 5 5、资源分配：、资源分配：对资源统一管理，由专门的分配程序分配。

37、6 6、统计：、统计：了解各个用户对资源的使用情况。 7 7、保护：、保护：对文件进行控制使用，规定存取权限。保证多个不相干作业同时执行时，一个作业不干扰另一作业。 8 8、通信：、通信：在同一机器的进程之间和不同机器的进程之间相互传送数据。 OS的两种基本的服务方式 1、系统调用、系统调用 用户在程序中调用OS提供的一些子功能。即用户在程序级上请求OS的服务。是运行的程序和OS之间的接口。 2、系统程序、系统程序 用户利用键盘命令获得系统服务。系统程序包中包含系统提供的大量程序，它们解决带共性的问题。如绘画软件包、命令解释程序等。系统调用系统调用 操作系统在它的内核中提供上述服务。内核通常运行在系统模式，与应用程序是分开的。也就是说，应用程序不能直接调用内核子程序来请求操作系统的服