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操作系统2-201210.ppt

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第四讲 操作系统运行模型与用户接口目的与要求:了解典型操作系统运行模型及系统调用和用户使用操作系统的界面。重点与难点:操作系统内核嵌入用户进程执行模型;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、进程间通讯等);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.,操作系统三种运行模型: 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,用户进程通过中断/陷入机制启动核心程序运行(以请求包方式传递用户请求)。,嵌入用户进程执行模式:操作系统核心程序通过中断/陷入机制启动运行,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的描述都是基于这种模式,也是实用OS所用模式。,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管理资源的操作必须由系统调用实现,一.主要系统调用: 进程管理: 创建进程 pid=fork() 终止进程 exit(status) 等待子进程结束 pid=waitpid(pid,…) 替换进程映像 s=execve(name,…) 文件管理: 创建文件 fd=creat(name,…) 打开文件 fd=open(name,…) 读文件 n=read(fd,buffer,nbyte)*,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*用户编程时不一定直接调用“系统调用”函数,而是调用更高层的库函数,如win32的API函数、C库函数等。,二.自陷指令(trap),系统调用是一种特殊形式的转子方法,他导致处理机态的变化,为了方便编程,提供系统调用库,由其中的子程序来组织系统调用,用户程序调系统调用库的子程序。 系统调用库程序一般格式:...(传给核心的参数按约定填入寄存器)trap.(从约定的寄存器中获得核心返回值).return,处理机执行trap指令会导致控制转到操作系统内核的trap处理程序入口, trap处理程序获得参数,按系统调用入口表散转. 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*,系统调用各模块关系图,异步调用接口,系统调用接口,用户程序,系统调用库,,内核总控,系统调用处理总控,Write处理,磁盘控制器,盘中断处理,,用户态,核心态,,磁盘驱动程序,,,,,,,,,,,用户程序,,,,,,三.系统调用实现举例系统调用的基本处理过程: write(fd,…)是一个系统调用库子程序,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,因为是trap指令引起陷入所以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考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,(这时先前进程从阻塞变成就绪,可被调度占用处理机)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(这时会进行进程调度),恢复现场,用户程序继续运行.*,异步调用接口,系统调用接口,用户程序,系统调用库,,内核总控,系统调用处理总控,Write处理,磁盘控制器,盘中断处理,用户态,核心态,,磁盘驱动程序,,,,,,,,,,用户程序,,,,,,,,,,2.5命令语言与窗口用户界
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