第2章处理机管理-4PPT课件下载推荐.ppt

1、这是操作系统在作业控制一级给予用户的支持。统在作业控制一级给予用户的支持。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出1 1特权指令、管态、目态特权指令、管态、目态非特权指令：大家（指操作系统和用户）非特权指令：大家（指操作系统和用户）都能使用的指令。都能使用的指令。特权指令：只能由操作系统使用的指令。例如，启动外设、设置时钟以及设置中断例如，启动外设、设置时钟以及设置中断屏蔽等指令均为特权指令。屏蔽等指令均为特权指令。CPU指令系统中的指令划分为两类指令系统中的指令划分为两类第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出为了确保只在操作系统范围内使用特权指令，计为了

2、确保只在操作系统范围内使用特权指令，计算机系统让算机系统让CPUCPU取两种工作状态：取两种工作状态：管态（管理程序态的简称）：规定当管态（管理程序态的简称）：规定当CPUCPU处于管态时，可处于管态时，可以执行包括特权指令在内的一切机器指令；以执行包括特权指令在内的一切机器指令；和目态（目标程序态的简称）：当和目态（目标程序态的简称）：当CPUCPU处于目态时，禁止处于目态时，禁止使用特权指令，只能执行非特权指令。使用特权指令，只能执行非特权指令。如果在目态下发现取到了一条特权指令，中央处理机就会如果在目态下发现取到了一条特权指令，中央处理机就会拒绝执行，发出拒绝执行，发出“非法操作非法操作

3、”中断。一方面转交操作系统中断。一方面转交操作系统去处理该事件，另一方面出示去处理该事件，另一方面出示“程序中有非法指令程序中有非法指令”的信的信息，通知用户进行修改。息，通知用户进行修改。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出硬件会自动设置与识别硬件会自动设置与识别CPUCPU是处于管态还是目态。是处于管态还是目态。当当CPUCPU的控制权移到操作系统时，硬件就把的控制权移到操作系统时，硬件就把CPUCPU工作的方式设置成管态；工作的方式设置成管态；当操作系统选择用户程序占用处理机时，当操作系统选择用户程序占用处理机时，CPUCPU的工作方式就会由管态转换成为目态。的工作

4、方式就会由管态转换成为目态。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出2 2系统调用命令系统调用命令操作系统里预先编制了很多不同功能的子程序。操作系统里预先编制了很多不同功能的子程序。用户可以在自己的程序里调用这些子程序，请求用户可以在自己的程序里调用这些子程序，请求操作系统提供功能服务。操作系统提供功能服务。这些子程序被称为这些子程序被称为“系统功能调用系统功能调用”程序，简程序，简称称“系统调用系统调用”。在用户程序中调用这些系统调。在用户程序中调用这些系统调用提供的功能，就称为发系统调用命令。用提供的功能，就称为发系统调用命令。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下

5、下页页退退出出系统调用命令程序属于操作系统，它在管态下执行。系统调用命令程序属于操作系统，它在管态下执行。用户程序只有通过计算机系统提供的用户程序只有通过计算机系统提供的“访管访管”指令，才能指令，才能实现由目态转为管态、进而调用这些功能程序的目的。实现由目态转为管态、进而调用这些功能程序的目的。访管指令是一条非特权指令，功能是执行它就会产生一个访管指令是一条非特权指令，功能是执行它就会产生一个软中断，促使中央处理机由目态转为管态，进入操作系软中断，促使中央处理机由目态转为管态，进入操作系统，并处理该中断。统，并处理该中断。利用访管指令的这种功能，编译程序就把源程序中的所有利用访管指令的这种功

6、能，编译程序就把源程序中的所有系统调用都转换成访管指令，把具体调用的功能转换成系统调用都转换成访管指令，把具体调用的功能转换成不同的编码。使不同的编码。使CPUCPU执行访管指令由目态进入管态，转执行访管指令由目态进入管态，转到相应的功能处理程序去执行。到相应的功能处理程序去执行。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出例如，例如，writewrite（fdfd，bufbuf，countcount）是）是UNIXUNIX型有关文件的一型有关文件的一个系统调用命令。用户可以实现往一个文件里进个系统调用命令。用户可以实现往一个文件里进行写的操作。行写的操作。即把即把bufbuf指

7、向的用户内存区里的指向的用户内存区里的countcount个字节内容个字节内容写到文件号为写到文件号为fdfd的磁盘文件上。的磁盘文件上。括号里的括号里的fd、buf和和count是由用是由用户提供的、写操作的参数户提供的、写操作的参数第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出C C编译程序在编译源程序时，总是把系统调用命令编译程序在编译源程序时，总是把系统调用命令翻译成能够引起软中断的访管指令翻译成能够引起软中断的访管指令traptrap。该指令长两个字节，第该指令长两个字节，第1 1个字节为操作码，第个字节为操作码，第2 2个个字节为系统调用命令的功能编码。字节为系统调用命

8、令的功能编码。TrapTrap的的1616进制操作码为进制操作码为8989，WriteWrite的功能码为的功能码为0404。即即 WriteWrite将被翻译成一条二进制值为将被翻译成一条二进制值为1 000 100 1 000 100 100 000 100100 000 100的机器指令（其八进制是的机器指令（其八进制是104404104404）。）。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出WriteWrite命令括号中的参数，将由编译程序把它们命令括号中的参数，将由编译程序把它们顺序放在顺序放在traptrap指令的后面。于是，源程序中的指令的后面。于是，源程序中的w

9、ritewrite（fdfd，bufbuf，countcount），经过编译后，就对），经过编译后，就对应于如图应于如图2-142-14（a a）所示的）所示的traptrap机器指令。机器指令。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出Trap Trap 即指令中的功能码是用来区分不同的功能调用的。即指令中的功能码是用来区分不同的功能调用的。在在UNIXUNIX操作系统中，有一张操作系统中，有一张“系统调用程序入口地址表系统调用程序入口地址表”。该表表目从该表表目从0 0开始、以系统调用命令所对应的功能码为开始、以系统调用命令所对应的功能码为顺序进行排列。例如，顺序进行排列。

10、例如，Write Write 的功能码是的功能码是0404加，那么该加，那么该表中的第表中的第5 5个表目内容就是对应于个表目内容就是对应于WriteWrite的。的。系统调用程序入口地址表的每个表目由两部分组系统调用程序入口地址表的每个表目由两部分组成，一是该系统调用所需要的参数个数，另一是成，一是该系统调用所需要的参数个数，另一是该系统调用功能程序的人口地址。该系统调用功能程序的人口地址。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出系统调用的处理过程，如图系统调用的处理过程，如图2-152-15所示所示C编译程序把系统调用命令编译程序把系统调用命令 write（f，buf c

11、ount）翻译成一条）翻译成一条 trap指令指令 104404，简记为，简记为 trap 04。当执行到。当执行到 trap 04指令时，产生中断，硬件自动把指令时，产生中断，硬件自动把处理机的工作方式由目态转变为管态。处理机的工作方式由目态转变为管态。CPU去执行去执行trap，该程序根据，该程序根据trap后后面的功能码面的功能码04，从系统调用处理程序入口地址表中的第，从系统调用处理程序入口地址表中的第5个表目中，得到该个表目中，得到该系统调用应该有系统调用应该有2个参数。另外从表目中也得到该系统调用处理程序的人口个参数。另外从表目中也得到该系统调用处理程序的人口地址。于是，就可以携带

12、这地址。于是，就可以携带这3个参数去执行个参数去执行Write的处理程序，完成用户提出的处理程序，完成用户提出的的IO要求。执行完毕，又把处理机恢复到目态，返回目标程序中要求。执行完毕，又把处理机恢复到目态，返回目标程序中trap指令指令的下一条指令（即断点）继续执行。的下一条指令（即断点）继续执行。执行完毕，恢复到目态，执行完毕，恢复到目态，trap指令的下指令的下一条指令（即断点）继续执行。一条指令（即断点）继续执行。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出不同的操作系统所提供的系统调用命令，在不同的操作系统所提供的系统调用命令，在数量上、使用格式上以及功能上都会不同，数

13、量上、使用格式上以及功能上都会不同，但对系统调用的处理过程则大致如此。但对系统调用的处理过程则大致如此。从功能上看，可以把系统调用命令分成五大类：进程管理和控制的；外部设备输入外部设备输入l输出的；输出的；磁盘文件管理的；访问系统信息的；存储申请与释放的。前面所述的创建过前面所述的创建过程原语等，属于第程原语等，属于第一类系统调用命令。一类系统调用命令。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出系统调用与一般的进程调用形式相似，但有着明显的区别。系统调用与一般的进程调用形式相似，但有着明显的区别。1 1）一般的进程调用，调用者与被调用者都运行在相同的）一般的进程调用，调用者与被

14、调用者都运行在相同的CPUCPU状态。即或都处于目态或都处于管态；但发生系统状态。但发生系统调用时，发出调用命令的调用者运行在目态，而被调用调用时，发出调用命令的调用者运行在目态，而被调用的对象则运行在管态。的对象则运行在管态。2 2）一般的进程调用，是直接通过转移指令转向被调用的程）一般的进程调用，是直接通过转移指令转向被调用的程序；但发生系统调用时，只能通过软中断指令提供的一序；但发生系统调用时，只能通过软中断指令提供的一个统一的入口，由目态进入管态，经分析后，才转向相个统一的入口，由目态进入管态，经分析后，才转向相应的命令处理程序。应的命令处理程序。3 3）一般的进程调用，在被调用者执行

15、完后，就径直返回断）一般的进程调用，在被调用者执行完后，就径直返回断点继续执行；但系统调用可能会招致过程状态的变化，点继续执行；但系统调用可能会招致过程状态的变化，从而引起系统重新分配处理机。因此，系统调用处理结从而引起系统重新分配处理机。因此，系统调用处理结束后，不一定是返回调用者断点处继续执行。束后，不一定是返回调用者断点处继续执行。第二章第二章.处理机管理处理机管理上上页页下下页页退退出出3 3操作命令操作命令在批处理系统中，用户事先利用作业控制（命令）在批处理系统中，用户事先利用作业控制（命令）语言，书写作业说明书。作业说明书连同程序和语言，书写作业说明书。作业说明书连同程序和数据一起提交给系统，系统按照作业说明