operating system-lecture3操作系统结构与界面

FallFallLecture3:操作系统结构、运作业安排微内核运行模型，原来在内核的功能中，哪些功能在微内核中实现？哪些由用户态运行的进程实现？系统调用和用户级的函数调用的差别是什么中断/异常简要回中断/异常结构(激发操作系统内核程序运行中断/异常的分中断/异常响应和处中断/异常响中断/异常处理过中断/异常分类广义中中断(狭义)与异常的区别

时钟中断点指其它程序性异中断与正执行指令无关，可以异常:与正执行指令有关，不中断/异常处理的一中断,陷入进保存现分析原因,转中断(陷入)处理程恢复现操作系 的主要功能模块系统初始化模块：个终端创建一个进程运行命令解释程序。进程管理（处理机管理）模块：统调用（如进程创建/结束、进程间通讯等）；进程调度、进程同步与进程通信等。管理模块：配合进程管理分配进程空间 保护等外设管理模块：冲管理、设备分配。内核内核分类：单内核（MacroKernel)微内核内核内核（Kernel）是作为可信来提供支持进内核通常驻留在内核空间，运行于态，具有硬件设备和所有主存空间的权限，是仅有的能执行指令的那部分程序。在内核得到提高。操作系统的结构设操作系统的设计简单结分层结微内核结模块结操作系统的设计规系统效 可移植可伸缩性：系统对添加软、硬件资源的适应兼容安全简单结整体结过程的集合，各过程之间 难于调难于阅读和理 将操作系统按其功能划分为若干个具有一定立性和大小的模块 模块各模块间通过接口实现交难点：优点：护性；缺点：系统可靠性降未能区分共享资源和独占资MS-DOS结UNIX系统结分层操作系引入原因：模块间有序调设计原 将功能模块排列成若干层； 层）模块所提供的功能和服务 每一层的同层模块之间不存在 用关系 （第N层）是用户接口。优点：增加了系统的可靠：难以确切地定义每一缺点效率虚拟将整个系统在逻辑上虚拟为若干个相同的机机虚拟机操 虚拟 虚拟 虚拟

典型操作系统：IBM:VM/370(1979年) 技术基础分时系多道程序设计技非虚拟机与虚拟机系统模VMware结Java虚拟单内核 用户程用户程用户程用户程系系统调用外设管内存管文件管外设管内存管文件管

操作优点运行效率较组织方式相对也比较简缺点内核移植比微内核 内存服务文件服务客户进内存服务文件服务客户进程客户进程消消微内优点可靠性好：模块相 ，调用关系明确，执行转移易 缺点消息传递比直接调用效率要低一些(但可以通过提高硬件混合结 Linux内核结模块结用面象技术生成模块化内核 内核有一组部件，以及在启动或运行时对附加服务的动态;内核提供服务，并能动态实现特定的 类似于微内核结构，模块只有功能以及消息传递进行通信，更高效。SolarisMacOSX操作系？它在什么模式下操作系从OS的运行方式来看，可分为①非进程内核模②OS功能在用户进程内执行的模③OS功能作为独立进程执行的模非进程内核运行模独立运行的内核:用户程序与程序在分离的运行环境中运行，程序作为一个独立用户进程通过中断/陷入机制启动程序运OS功能在用户进程内执行的运行模嵌入用户进程执行模式:操作系统程序通过中/陷入机制启动运行，但运行于被打断进程的栈OS功能作为独立进程执行的运行模微内核模式：程序只包含中断处理,系统用户接口分机操作接采用图形及视窗操机操作接编程接

编程接口（系统功能调用系统功能调子功

程 系统调用–系统中的程序类型及状用户态（目态用用户态（目态态（系统态，管态态（系统态，管态系统程

指令：一类只能在态下运行而不同的操作系统指令会有所差异，系统功能用户程

问题 用户态系统程

用户态 态的转基本调用过访访管指

访管中

中断/异常机系统子程保护系统子程恢复系统功能调用与普通过程调用的区别的区别。系统，然后才能转向相应令处理程序。普通过主要系统功设主要系统功设备管文件管进程控进程通•系统管文件保管UNIX系Windows系Win32Win32API函数由以下三个windows组件1、KERNEL32.dll：完成内存管理、程序的装入、度等功能2、GDI32.dll种与显示和打印有关的功能3、USER32.dll：它用来对声音、时钟、鼠标器及键盘输入等操作系统调用的实现过程（以UNIX为例UNIX中系统调用是依靠trap(自陷指令)实现的陷入处理机

系统调用子……设置数自陷指令系统调用是一种特殊形式的转子方法,机态的变化,为了方便编程，提供系统调用库，由其中的子程序来组织系统调用,用户程序调系统调用库的子程序。系统调用库程序一般格式...(传 的参数按约定填入寄存器 . ,trap处理程 参数传递的一般形式系统调用各模块关系态

系统调用实现举例，系统调用的基本处理过程(续上系统调用处理程序根据系统调用号查系统调(转下页态态API-系统调用-操作系统之间的关标准C程序库示操作接命令行（命令解释程序OS内核的一部分特殊程序，任务开始或用户登录时，该程序运行(UNIX的 作用：执行命命令解释程序执系统程序实现(UNIX的 具有窗口界面的解释程序(Windows的命令语言(通讯语言/作业控制语言UNIX启动一个解释器执行的过程系统启动时1号进程为每个终端生成一个tty进程让其运行登录程用户输入ID及口令,验证完用户后,转去执行命令解释由解释器处理用户输入命 解释器流程：（功能:解释执行 命令③对不识 去运行该程序；(如果命令关键字代表一个script①编辑器。供用户建立和修改文本文件。它会 ②编译器和装配器。实现编译源程序、 文件及文件系统相关的实用程序。文件的拷④显示系统进程，资源状态的实用程⑤用户管理。如用户加入删除，口令修改