(二)操作系统逻辑结构-学习笔记

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二、操作系统逻辑结构

1. 操作系统的逻辑结构

• 整体式结构
  • 以模块为基本单位构建
  • 模块设计、编码和调试独立；模块调用自由；模块通信多以全局变量形式完成
  • 信息传递随意，维护和更新困难
• 层次结构 (类似TCP/IP协议栈)
  • 所有功能模块按照调用次序排成若干层, 相邻层间只有单向依赖或单向调用
• 微内核机构 （Minix OS)
  操作系统 = 微内核 + 核外服务器
  • 微内核: 足够小，提供OS最基本的核心功能和服务
    • 实现与硬件紧密相关的处理
    • 实现一些较基本的功能
    • 负责客户和服务器间的通信
  • 核外服务器: 完成OS的绝大部分服务功能，等待应用程序提出请求
    • 进程服务器、线程服务器，需存服务器、设备管理服务器等，以进程形式运行在用户态。

Linux是单体内核(宏内核)

2. CPU的态

支持操作系统的最基本硬件结构

• CPU
• 内存
• 中断
• 时钟

CPU态(Mode)

• CPU的工作状态
• 对资源和指令使用权限的描述

态的分类

• 核态(kernel mode)
  • 能够访问所有资源和执行所有指令
  • 管理程序 / OS内核
• 用户态(User mode, 目态)
  • 仅能够访问部分资源，其它资源受限
  • 用户程序
• 管态(Supervisor mode)
  • 介于核态和用户态之间

用户态和核态之间的准换

• 用户态向核态转换
  • 用户请求OS提供服务
  • 发生中断
  • 用户进程产生错误(内部中断)
  • 用户态企图执行特权指令
• 核态向用户态转换
  • 一般是执行中断返回: IRET

存储体系

CPU读取指令或数据时的访问顺序

1. 访问缓存(命中, HIT)
2. 访问内存(没有命中,MISS)
3. 访问辅存(缺页, PAGE_FAULT)

3. 中断机制

定义: 指CPU对突发的外部事件的反应过程或机，当CPU收到外部信号(中断信号)后，停止当前工作，转去处理该外部工作，处理完毕后回到原来工作的中断处(断点)继续原来的工作。

引入中断的目的:

• 实现并发活动 (CPU和外设等)
• 实现实时处理
• 故障自动处理

中断源和中断类型

• 引起系统中断的事件称为中断源
• 中断类型
  • 强迫性中断(I/O,外部中断)和自愿中断
  • 外中断和内中断
  • 不可屏幕中断和可屏蔽中断

断点

• 程序中断的地方，将要执行的下一指令的地址
• CS:IP

现场(上下文)

• 程序正确执行所依赖的信息集合
  • 相关寄存器

现场的两个处理过程

• 现场的保护: 进入中断服务程序之前，栈
• 现场的恢复: 退出中断服务程序后，栈

中断响应的过程

1. 识别中断源
2. 保护断点和现场
3. 装入中断服务程序的入口地址(CS:IP)； 硬件完成，不需要程序员干预
4. 进入中断服务程序
5. 恢复现场和断点
6. 中断返回: IRET

中断响应的实质

• 交换指令执行地址
• 交换CPU的态 (中断响应的过程是在核态完成的)
• 工作
  • 现场保护和恢复
  • 参数传递(通信) 由主程序传递给中断服务程序，同样中断服务程序可以返回给主程序

转载：https://blog.csdn.net/zhulf0804/article/details/102255491