《操作系统原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 操作系统的运行环境

第2章操作系统的运行环境 硬件环境 操作系统与其它系统软件的关系 操作系统与人的接口

第2章 操作系统的运行环境 硬件环境 操作系统与其它系统软件的关系 操作系统与人的接口

任何系统软件都是硬件功能的延伸 操作系统直接依赖于硬件条件 OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合 实现操作系统时必须理解的计算机基本结构 操作系统管理的重要资源

任何系统软件都是硬件功能的延伸 操作系统直接依赖于硬件条件 OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合 实现操作系统时必须理解的计算机基本结构、 操作系统管理的重要资源

2.1硬件环境 CPU、主存 缓冲技术、中断技术 时钟、时钟队列

2.1 硬件环境 CPU、主存 缓冲技术、中断技术 时钟、时钟队列

CPU 专门设计了一系列基本机制: 具有特权级别的处理器状态,能在不同特 权级运行的各种特权指令 -硬件机制使得OS可以和普通程序隔离 实现保护和控制

一、CPU 专门设计了一系列基本机制： - 具有特权级别的处理器状态，能在不同特 权级运行的各种特权指令。 - 硬件机制使得OS可以和普通程序隔离 实现保护和控制

1、特权指令与非特权指令 特权指令:仅能为操作系统使用的指令 使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须 要区分为特权指令和非特权指令 ·特权指令一般引起处理器状态的切换

1、特权指令与非特权指令 • 特权指令：仅能为操作系统使用的指令。 使用多道程序设计技术的计算机指令系统必须 要区分为特权指令和非特权指令 • 特权指令一般引起处理器状态的切换

2、处理机的状态 根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将 处理器设置为不同状态 多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态 管态:处理机执行操作系统程序时的工作状态 目态:处理机执行普通用户程序时的工作状态 有些系统将处理器状态划分核心状态,管理状态 和用户程序状态(目标状态)三种

2、处理机的状态 根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将 处理器设置为不同状态 多数系统将处理器工作状态划分为管态和目态 • 管态：处理机执行操作系统程序时的工作状态 • 目态：处理机执行普通用户程序时的工作状态 有些系统将处理器状态划分核心状态，管理状态 和用户程序状态（目标状态）三种

实例:x86系列处理器 支持4个处理器特权级别(R0、R1、R2和R3) 从RO到R3特权能力依次降低 R0相当于双状态系统的管态 R3相当于目态 R1和R2则介于两者之间,它们能够运行的指 令集合具有包含关系: 0 RI R2 R3

实例：x86系列处理器 • 支持4个处理器特权级别（R0、R1、R2和R3） • 从R0到R3特权能力依次降低 • R0相当于双状态系统的管态 • R3相当于目态 • R1和R2则介于两者之间，它们能够运行的指 令集合具有包含关系： R0 R1 R2 R3 I  I  I  I

实例:x86系列处理器 四个级别运行不同类别的程序 ·R0-运行操作系统核心代码 R1-运行关键设备驱动程序和IO处理例程 R2-运行其它受保护共享代码,如语言系统运 行环境 R3-运行各种用户程序 现有的基于x86处理器的操作系统,多数UNIX Linux以及 Window系列大都只用了RO和R3两个 特权级别

四个级别运行不同类别的程序： • R0-运行操作系统核心代码 • R1-运行关键设备驱动程序和I/O处理例程 • R2-运行其它受保护共享代码，如语言系统运 行环境 • R3-运行各种用户程序 现有的基于x86处理器的操作系统，多数UNIX、 Linux以及Windows系列大都只用了R0和R3两个 特权级别 实例：x86系列处理器

管态和目态的差别 处理器处于管态时 全部指令(包括特权指令)可以执行 可使用所有资源 并具有改变处理器状态的能力 处理器处于目态时: 只有非特权指令能执行 高特权级别对应的可运行指令集合包含低特权级

管态和目态的差别 处理器处于管态时： • 全部指令（包括特权指令）可以执行 • 可使用所有资源 • 并具有改变处理器状态的能力 处理器处于目态时： • 只有非特权指令能执行 高特权级别对应的可运行指令集合包含低特权级

3、程序状态字PSW 在PSW中专门设置一位,来判断运行程序使用 指令的权限 CPU的工作状态码—指明管态还是目态,用 来说明当前在CPU上执行的是操作系统还是 般用户,从而决定其是否可以使用特权指令 或拥有其它的特殊权力 条件码——反映指令执行后的结果特征 中断屏蔽码指出是否允许中断

3、程序状态字PSW 在PSW中专门设置一位，来判断运行程序使用 指令的权限 • CPU的工作状态码——指明管态还是目态，用 来说明当前在CPU上执行的是操作系统还是一 般用户，从而决定其是否可以使用特权指令 或拥有其它的特殊权力 • 条件码——反映指令执行后的结果特征 • 中断屏蔽码——指出是否允许中断