操作系统逻辑结构

操作系统的逻辑结构

逻辑结构就是 OS 的设计和实现思路

口逻辑结构的种类

• 整体式结构
• 层次式结构
• 微内核结构（客户/服务器结构，Client/Seryer）

整体式结构

整体式结构以模块为单位，模块之间互相调用。

特点

• 模块设计、编码和调试独立
• 模块调用自由
• 模块通信多以全局变量形式完成

缺点

• 信息传递随意，维护和更新困难。

层次式结构

例如：TCP/IP协议

所有的功能模块按照次序排成若干层，相邻层单向依赖或单向调用

层次结构的优点

• 结构清晰，避免循环调用。
• 整体问题局部化，系统的正确性容易保证。
• 有利于操作系统的维护、扩充、移植

微内核结构（客户/服务器结构，Client/Seryer）

操作系统 = 微内核+核外服务器

微内核

足够小，提供OS最基本的核心功能和服务

• 实现与硬件紧密相关的处理
• 实现一些较基本的功能；
• 负责客户和服务器间的通信。

核外服务器：

• 完成OS的绝太部分服务功能，等待应用程序提出请求。
• 由若干服务器或进程共同构成口。例如：进程/线程服务器，虚存服务器，设备管理服务器等，以进程形式运行在用户态。

CPU的态

CPU态（Mode）

• CPU的工作状态。
• 对资源和指令使用权限的描述

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内核口
• 用户态（User.mode，目态）
  • 仅能访问部分资源，其它资源受限。
  • 用户程序
• 管态（Supervisor mode）
  • 介于核态和用户态之间，界限不明确，有些甚至没有

用户态和核态的转换

• 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

• 口核态向用户态转换的情形

  • 一般是执行中断返回：IRET

存储程序和数据的部件口分类

按存储器（半导体存储器逵写工作方式

• RAM
• ROM

按存储元的材料

• 半导体存储器（常作主存）
• 磁存储器（磁带，磁盘）
• 光存储器（光盘）

按与CPU的联系

• 主存：直接和CPU交换信息
• 辅存：不能直接和CPU交换信息

存储体系

• 寄存器
• 高速缓存（CACHE）
• 主存
• 辅存

中断机制

中断是指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。

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

一些概念

• 中断源：引起系统中断的事件
• 中断类型：强迫性中断和自愿中断（程序预期达到还是没达到）、外中断（中断）和内中断（俘获）口外中断（内部还是外部事件）、不可屈蔽中断和可屏蔽中断口（中断原因紧要还是不紧要）
• 断点：程序中断的地方，将要执行的下一指令的地址
• 现场：程序正确运行所依赖的信息集合。两个处理过程为现场保护和现场恢复。

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

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）