第二章操作系统的组织结构2.1操作系统虚拟机操作系统的虚拟技术CPU调度（分时共享）现代操作系统的虚拟存储技术（逻辑地址与物理地址的映射）设备管理中的虚拟设备和虚拟分配技术虚拟技术的原理：系统硬件包括CPU、主存和各种外部设备，每台硬部件被操作系统复制成多个虚拟部件，并分配给每个应用程序。这样，每个应用程序感觉自己拥有CPU、主存和外部设备。2.2操作系统逻辑结构1.设置处理机状态的目的为操作系统建立一个保护环境，采用的办法是区分处理机的工作状态。系统中有两类程序：管理程序用户程序管理系统资源使用资源，提出申请控制程序运行被控制管态用户态操作系统的程序执行用户程序执行使用全部指令禁止使用特权指令(包括一组特权指令)使用全部系统资源只允许用户程序访(包括整个存储区域)问自己的存储区域。有的系统还将管理程序执行时的机器状态又进一步分为核态和管态，管态比核态权要低。区分处理机的工作状态是通过在计算机状态寄存器中的状态位（或模式位）来体现的。4.特权指令在核态下，操作系统可以使用所有指令，包括一组特权指令。这些特权指令执行如下各种功能：改变机器状态的指令修改特殊寄存器的指令涉及外部设备的输入/输出指令在下列情况下，由用户态自动转向管态：①用户进程操作系统，要求操作系统的某种服务，这种访问称为系统功能调用。②在程序执行时，发生一次中断。③在一个用户进程产生一个错误状态，将被处理为内部中断。④用户态下执行特权指令，作为特殊类型的错误，按③处理。从管态返回用户态是用一条指令实现的，这条指令本身也是特权指令。1中断概念所谓中断是指某个事件(例如电源掉电、定点加法溢出或I/O传输结束等)发生时，系统中止现行程序的运行、引出处理事件程序对该事件进行处理，处理完毕后返回断点，继续执行。2中断类型按中断功能分类输入输出中断：I/O传输结束或出错中断。外中断：时钟中断、操作员控制台中断、通信中断等。机器故障中断：电源故障、主存取指令错、长线传输时的奇偶校验错等。程序性中断：定点溢出、用户态下用核态指令、越界、非法操作等。访管中断：对操作系统提出某种需求时所发出的中断称为访管中断。按中断方式分类强迫性中断这类中断事件不是正在运行的程序所期待的，而是由某种事故或外部请求信号所引起的。强迫性中断：输入输出中断、外中断、机器故障中断、程序性中断自愿中断它是运行程序所期待的事件，这种事件是由于运行程序请求操作系统服务而引起的。自愿中断如：访管中断3中断进入中断响应所需要的硬件包括3中断进入保护现场和恢复现场现场:是指在中断的那一时刻能确保程序继续运行的有关信息。主要包括:后继指令所在主存的单元号、程序运行所处的状态、指令执行情况、以及程序执行的中间结果等保护现场当中断发生时，必须立即把现场信息保存在主存中。恢复现场程序重新运行之前，把保留的该程序现场信息从主存中送至相应的指令计数器、通用寄存器或一些特殊的寄存器中。程序状态字(psw)程序状态字是反映程序执行时机器所处的现行状态的代码。主要内容包括：①程序现在应该执行哪条指令；②当前指令执行情况；③处理机处于何种工作状态；④程序在执行时应该屏蔽哪些中断；⑤寻址方法、编址、保护键；⑥响应中断的内容。程序状态字实例IBM370机程序状态字内容PSW寄存器PDP11系列机程序状态字内容PC指令计数器PS处理器状态寄存器C为进位位，V为溢出位，Z为零位，N为负位，T为自陷位。方式为系统状态：00表示核态，11表示用户态。优先级是指处理器的当前优先级。为使中断有效，CPU操作的优先级必须低于外部设备请求的优先级。中断响应什么是中断响应中断响应是当中央处理机发现已有中断请求时，中止现行程序执行，并自动引出中断处理程序的过程。中断响应过程保留程序断点及处理机有关信息自动转入相应的中断处理程序执行中断响应的实质交换指令地址及处理机的状态信息中断响应过程（以自陷指令为例）trap指令执行时有以下四个动作：Trap指令的俘获地址是034和036号单元。↓（SP）←PS↓（SP）←PCPC←（34）PS←（36）4向量中断什么是向量中断当中断发生时，由中断源自己引导处理机进入中断服务程序的中断过程称为向量中断。中断向量就是存储该类型的中断的中断服务例行程序的入口地址和处理器状态字的存储单元。中断向量中断向量包含两个内容，一是某类型中断的中断服务例行程序的入口地址，另一个是处理器状态字。中断向量表系统中（主存中）所有中断类型的中断向量放在一起，形成了中断向量表。中断类型中断向量PC及PS值终端输入060终端输入处理程序入口地址0620200