操作系统结构与用户接口.ppt

第四讲操作系统结构与用户接口

目的与要求:了解典型操作系统结构及用户使用操作系统的方法。

重点与难点：嵌入用户进程执行模式结构；命令解释器及系统调用实现。

作业：8，9,10,11
2.3操作系统运行模型
操作系统核心的主要功能模块如下:
系统初始化模块：准备系统运行环境，最后为每个终端创建一个进程运行命令解释程序
进程管理模块：处理进程类系统调用（如进程创建/结束等）、进程调度
存储管理模块：配合进程管理分配进程空间；处理存储类系统调用（如动态增加进程空间）；虚存系统缺页异常时调入页面处理
文件管理模块：处理文件类系统调用
外设管理模块：负责外设驱动、中断处理操作系统三种模型:
独立运行的内核:用户程序与核心程序在分离的运行环境中运行,核心程序作为一个独立的特殊执行体运行，有自己独立的运行栈。内核程序通过中断/异常机制启动运行。嵌入用户进程执行模式:操作系统核心程序通过中断/例外机制启动运行，但运行于被打断进程的核心栈上,内核程序执行并发性好。本书以后对操作系统知识的描述都是基于这种模式微内核模式:核心程序只包含中断处理,系统调用总控,进程调度等功能,其他功能由用户态运行的系统进程实现,这种结构开销很大.2.4系统调用
凡是涉及操作系统核心资源的操作必须由系统调用实现写文件n=write(fd,buffer,nbyte)
移动文件指针pos=lseek(fd,offset,…)
关闭文件s=close(fd)
存储管理:动态申请/释放存储空间等
其它:设置/获得时间等*二.自陷指令(trap)系统调用库子程序功能:将要传给内核的参数按与操作系统的约定填入寄存器然后执行trap，trap指令后的指令从与操作系统约定的寄存器中获得返回值，设置好返回状态返回上级程序
参数传递的一般形式：
用寄存器传递参数
Trap指令自带参数,Trap指令是一条长指令,内核通过断点PC值加偏移获得参数*Trap指令的执行过程：处理机执行trap指令会导致控制转到操作系统内核的trap处理程序（系统调用处理总控）入口，trap处理程序获得参数，按系统调用入口表散转系统调用各模块关系图三.系统调用实现举例

系统调用的基本处理过程:
系统调用write(fd,…)是一个库子程序,该子程序用汇编语言写,其中包含trap指令
处理机运行到trap指令,保护现场,转入内核总控
总控进一步保护现场,根据例外类型转系统调用处理程序(转下页)*
(续上页)
系统调用处理程序根据系统调用号查系统调用入口表,得知该系统调用参数个数及处理程序入口地址,获得参数并转相应write处理程序
write处理程序将数据从用户缓冲区拷入内核的系统缓冲区,…,调磁盘驱动程序的启动I/O函数,驱动程序生成一个磁盘请求包,启动磁盘传输(或排入磁盘请求队列),等待传输完成(保护现场,这时可重新调度进程,CPU切换到另一个进程…)
(转下页)*磁盘I/O完成,产生一个磁盘中断,（这时正运行进程程序被中断打断）启动磁盘中断处理程序,磁盘中断处理程序清中断位,再从磁盘请求队列中取下一请求,启动磁盘传输.然后找到刚完成请求的请求包,标志成完成状态，同时将先前进程从阻塞状态变成就绪状态,从而可被调度占用处理机.当先前进程被调度程序再次选中时,恢复相应栈中的现场,转write系统调用的后续处理程序...
write处理程序处理结束后返回,系统调用处理总控程序将此次服务结果存入约定好的寄存器(或现场区)
返回内核总控（这时会进行处理机调度）,恢复现场,用户程序继续运行.*2.5命令语言与窗口用户界面Shell解释器流程：（功能:解释执行shell命令）实用程序；服务程序；用户程序都是可以通过拍入对应的终端命令而运行的。当用户拍入命令关键字，命令解析程序不认识时，命令解析程序去寻找与命令关键字同名的文件执行。系统主要的实用程序有：
编辑器。供用户建立和修改文本文件。它会提供一组内部编辑命令。
编译器和装配器。实现编译源程序、链接模块、装配目标程序等功能。
文件及文件系统相关的实用程序。文件的拷贝，打印，文件系统装卸等实用程序。
显示系统进程、资源状态的实用程序。
用户管理。如用户加入删除、口令修改。用户命令与系统调用的关系
用户命令对应的实用程序(包括命令解释器本身)在用户态运行,而系统调用处理程序在核心态运行.
实用程序在运行过程中可能会调用系统调用.
用户命令是用户操作接口,系统调用是用户程序与操作系统之间的编程接口.*2.5.2图形化的用户界面