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1、第2章操作系统的硬件环境本讲稿第一页，共二十二页操作系统运行环境n操作系统本身是一个软件，它的执行需要一定的环境。“系统开销”。n操作系统与硬件交互作用的细节。本讲稿第二页，共二十二页计算机系统的层次结构硬件操作系统支撑软件应用软件用户本讲稿第三页，共二十二页中央处理器nCPU的构成与基本工作方式n构成：运算器、控制器、寄存器、高速缓存。n处理器中的寄存器：通用寄存器和状态和控制寄存器。n控制寄存器：PC、IR、PSW等。n指令的处理过程：取指令；分析和执行指令。本讲稿第四页，共二十二页特权指令n并发环境下保证系统安全的手段。n只允许操作系统执行的指令。n清内存；I/O处理；设置控制寄存器的值
2、，设置中断屏蔽等等。n问题：如果用户需要执行这样的指令，怎么办？n通过特殊的机制陷入（trap).n问题2：当遇到一条特权指令时，如何确定能否执行？本讲稿第五页，共二十二页处理器的工作状态n管态和目态n管态：处理器正在执行操作系统的程序。n目态：处理机执行用户程序。n如果在目态下遇到了一条特权指令，操作系统就认为出错，发生中断。n问题：如何知道处理器的状态？本讲稿第六页，共二十二页程序状态字（PSW）n用来指示处理器的状态。nCPU工作状态代码n指令地址n条件码：反映指令执行后的结果特征。n中断屏蔽码n中断码n单CPU情况下，某一时刻只有一个运行的程序，存放在PSW寄存器中。本讲稿第七页，共二
3、十二页存储器寄存器高速缓存主存储器硬盘存储器磁带机 光盘存储器CPU本讲稿第八页，共二十二页2.3 操作系统结构n操作系统结构设计的目标n正确性n高效性n维护性n移植性性本讲稿第九页，共二十二页操作系统的层次结构nP22图2-4n优点n结构清晰n便于调试：先调试内层n有利于功能的增加、删除、修改n缺点n层次的划分和安排本讲稿第十页，共二十二页UNIX系统结构n交互式、分时操作系统。n采用以全局变量为中心的模块结构。n分为：内核层和外壳层两部分。n内核：存储管理、文件管理、设备管理、进程管理、系统调用。n外壳：为用户提供各种操作命令和程序设计环境。本讲稿第十一页，共二十二页用户shell编译程序
4、解释程序实用程序系统库系统调用存储管理文件管理设备管理进程管理硬件内核外壳本讲稿第十二页，共二十二页UNIX程序运行环境nUNIX不允许外壳程序直接访问和干扰内核程序。n提供两种运行环境：用户态和核心态。n外壳程序在用户态运行。n内核程序在核心态运行。n在用户态运行的程序称为用户程序。n在核心态运行的程序称为系统程序。本讲稿第十三页，共二十二页UNIX的结构nP23图2-5n内核：n存储管理，处理器管理，设备管理，文件管理n系统调用n外壳nSHELL程序n编译程序，解释程序，实用程序，系统库本讲稿第十四页，共二十二页UNIX的结构n内核程序用C语言和汇编语言编写n文件类型n汇编语言文件nC语言
5、文件nC语言全局变量文件n程序运行环境：核心态和用户态。本讲稿第十五页，共二十二页2.4操作系统接口n两级接口n操作员n交互式：操作控制命令n批处理：作业控制语言n程序员：系统调用本讲稿第十六页，共二十二页系统调用n含义n系统调用在管态下执行n访管指令：在目态下执行n系统调用的类型n文件操作类n资源申请类n控制类n信息维护类本讲稿第十七页，共二十二页UNIX的命令nSHELL命令n命令名 参数1 参数2n注册和注销nLogin和logoutn命令提示符：%，$，#n文件管理类nMkdir，rmdir，cd，pwd，ls，cp，rm，cat，morenUNIX文件在删除时的特点本讲稿第十八页，共
6、二十二页UNIX的命令n后台执行的SHELL命令n在命令后加：&nSHELL文件nSHELL本身是编程语言n由若干命令组成n执行方式：nCSH SHELL文件名nChmod+x SHELL文件名，然后直接运行nSHELL文件的参数n提高通用性n位置参数：$1$9本讲稿第十九页，共二十二页例如：n shell文件的内容如下（名字为proc）:CC$1 MV a.out$2$2n执行：CSH proc prog1 prog2后 用prog1代替$1 用prog2代替$2本讲稿第二十页，共二十二页UNIX的系统调用n常用的系统调用：P30n文件操作类n进程控制n有关信号与时间nTrap命令n格式：高10位是操作代码，低6位是系统调研能够编号n参数：r0和r1寄存器n系统调用程序入口表本讲稿第二十一页，共二十二页小结n系统启动过程n设备与处理器并行工作n存储体系的层次n保护措施n操作系统结构设计目标n操作系统的层次结构n操作系统的用户接口nUNIX的命令与系统调用本讲稿第二十二页，共二十二页