第二章 操作系统逻辑结构

2.1 操作系统逻辑结构

逻辑结构（OS的设计和实现思路）的种类

• 1、整体式结构
• 2、层次式结构
• 3、微内核结构（客户/服务器结构，Client/Server）

（1）整体式结构

（2）层次结构

（3）微内核结构

2.2 CPU的态

支持操作系统的最基本硬件结构

• CPU
• 内存
• 中断
• 时钟

（1）CPU态（Mode）

• CPU的工作状态
• 对资源和指令使用权限的描述

（2）常见的一些特权指令

（3）CPU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）
  • 仅能访问部分资源，其他资源受限
  • 用户程序
• 管态（Supervisor mode）--不做过多研究
  • 介于核态和用户态之间

（4）用户态和核态之间的转换

• 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
• 核态向用户态转换的情形
  • 一般是执行中断返回：IRET

（5）硬件和OS对CPU的观察

• 硬件按“态”来区分CPU的状态
• OS按“进程”来区分CPU的状态

（6）Intel CPU的态


（7）存储器

2.3 中断机制

（1）中断的定义

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

（2）引入中断的目的

• 实现并发活动
• 实现实时处理
• 故障自动处理
  
  （3）中断源
          引起系统中断的事件称为中断源

（4）中断类型

• 强迫性中断和自愿中断
  - 强迫性中断：程序没有预期。例如：I/O、外部中断
  - 自愿中断：程序有预期。例如：执行访管指令

• 外中断（中继）和内中断（俘获）
  - 外中断：由CPU外部事件引起。例如：I/O，外部事情
  - 内中断：由CPU内部事件引起。例如：访管中断、程序中断

• 外中断：不可屏蔽中断和可屏蔽中断
  - 不可屏蔽中断：中断的原因很紧要，CPU必须响应
  - 可屏蔽中断：中断的原因不很紧要，CPU可以不响应

（5）断点

• 程序中断的地方，将要执行的下一指令的地址
• CS:IP

（6）现场

• 程序正确运行所依赖的信息集合
  - 相关寄存器

（7）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：退出中断服务程序之后，栈

（8）中断响应过程

• （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）
• （4）进入中断服务程序
• （5）恢复现场和断点
• （6）中断返回：IRET

（9）中断响应的实质

• 交换指令执行地址
• 交换CPU的态
• 工作
  - 现场保护和恢复
  - 参数传递（通信）