操作系統邏輯結構

操作系統的邏輯結構

邏輯結構就是 OS 的設計和實現思路

口邏輯結構的種類

• 整體式結構
• 層次式結構
• 微內核結構（客戶/服務器結構，Client/Seryer）

整體式結構

整體式結構以模塊為單位，模塊之間互相調用。

特點

• 模塊設計、編碼和調試獨立
• 模塊調用自由
• 模塊通信多以全局變量形式完成

缺點

• 信息傳遞隨意，維護和更新困難。

層次式結構

例如：TCP/IP協議

所有的功能模塊按照次序排成若干層，相鄰層單向依賴或單向調用

層次結構的優點

• 結構清晰，避免循環調用。
• 整體問題局部化，系統的正確性容易保證。
• 有利於操作系統的維護、擴充、移植

微內核結構（客戶/服務器結構，Client/Seryer）

操作系統 = 微內核+核外服務器

微內核

足夠小，提供OS最基本的核心功能和服務

• 實現與硬件緊密相關的處理
• 實現一些較基本的功能；
• 負責客戶和服務器間的通信。

核外服務器：

• 完成OS的絕太部分服務功能，等待應用程序提出請求。
• 由若干服務器或進程共同構成口。例如：進程/線程服務器，虛存服務器，設備管理服務器等，以進程形式運行在用戶態。

CPU的態

CPU態（Mode）

• CPU的工作狀態。
• 對資源和指令使用權限的描述

態的分類

• 核態（Kernel mode）
  • 能夠訪問所有資源和執行所有指令
  • 管理程序/OS內核口
• 用戶態（User.mode，目態）
  • 僅能訪問部分資源，其它資源受限。
  • 用戶程序
• 管態（Supervisor mode）
  • 介於核態和用戶態之間，界限不明確，有些甚至沒有

用戶態和核態的轉換

• 用戶態向核態轉換

  • 用戶請求OS提供服務
  • 發生中斷
  • 用戶進程產生錯誤（內部中斷）
  • 用戶態企圖執行特權指令

• 口核態向用戶態轉換的情形

  • 一般是執行中斷返回：IRET

存儲程序和數據的部件口分類

按存儲器（半導體存儲器逵寫工作方式

• RAM
• ROM

按存儲元的材料

• 半導體存儲器（常作主存）
• 磁存儲器（磁帶，磁盤）
• 光存儲器（光盤）

按與CPU的聯系

• 主存：直接和CPU交換信息
• 輔存：不能直接和CPU交換信息

存儲體系

• 寄存器
• 高速緩存（CACHE）
• 主存
• 輔存

中斷機制

中斷是指CPU對突發的外部事件的反應過程或機制。CPU收到外部信號（中斷信號）后，停止當前工作，轉去處理該外部事件，處理完畢后回到原來工作的中斷處（斷點）繼續原來的工作。

引入中斷的目的

• 實現並發活動
• 實現實時處理
• 故障自動處理

一些概念

• 中斷源：引起系統中斷的事件
• 中斷類型：強迫性中斷和自願中斷（程序預期達到還是沒達到）、外中斷（中斷）和內中斷（俘獲）口外中斷（內部還是外部事件）、不可屈蔽中斷和可屏蔽中斷口（中斷原因緊要還是不緊要）
• 斷點：程序中斷的地方，將要執行的下一指令的地址
• 現場：程序正確運行所依賴的信息集合。兩個處理過程為現場保護和現場恢復。

中斷響應過程

1. 識別中斷源
2. 保護斷點和現場
3. 裝入中斷服務程序的入口地址（CS:P）
4. 進入中斷服務程序
5. 恢復現場和斷點
6. 中斷返回：IRET
   

中斷響應的實質

• 交換指令執行地址
• 交換CPU的態
  • 工作
  • 現場保護和恢復
  • 參數傳遞（通信）