操作系统与其他系统软件的关系

重定位

绝对地址、相对地址和逻辑地址空间

绝对地址(实地址、物理地址):存储控制部件能够识别的主存单元编号
相对地址(虚地址、逻辑地址):相对于某个基准量(通常为零)编址时所使用的地址(是使用于程序编写和编译中的地址系统)
逻辑地址空间:一个被汇编、编译或连接装配后的目标程序所限定的地址集合
 为了在多道程序系统中研究如何把逻辑地址空间变换(映射)为实际的主存地址空间的子集

重定位

把程序中相对地址变为绝对地址
静态重定位:在程序装入主存时,由连接装入程序进行重定位
动态重定位:在处理器每次访问主存时,由动态地址变换机构(硬件)自动进行把相对地址转换位绝对地址

硬件环境

中央处理器(CPU)

单机系统:一个计算机系统只有一个处理器
多机系统:一个计算机系统有多个处理器
特权指令:
 单用户、单任务方式下的微处理器
 多用户的多道程序设计--特权指令和非特权指令

特权指令

指在计算机系统中哪些只能由操作系统使用的指令,这些指令不允许一般用户使用。
如:启动某设备指令、设置时钟指令、控制中断屏蔽的某些指令、清内存指令、建立存储保护指令等。

处理器的状态

核心状态
管理状态
用户程序状态(目标状态)
  管态(管理态)--可以执行全部指令
  目态(问题态)--只能执行非特权指令

程序状态字PSW

程序状态字:一个专门用来指示处理器状态的寄存器
处理器的状态
 条件码--反应指令执行后的结果特征
 中断屏蔽码--指出是否允许中断
 CPU的工作状态--管态还是目态

程序状态字的内容

程序现在应该执行哪条指令
当前指令执行情况
机器处于何种程序状态
程序在执行时应该屏蔽哪些中断
寻址方法、编址、保护键
响应中断的内容

用户态自动转向管态

用户进程访问操作系统,要求操作系统的某种服务,该访问称为管理程序调用
发生一次中断
在一个用户进程中产生一个错误状态,这种状态被处理为内部中断,并能用中断处理程序进行处理
在用户态下企图执行一条特权指令,这种企图可呗看作是一种特殊类型的错误,并按上面一条处理

主存储器

存储器类型
 读写型存储器 RAM
 只读型存储器 ROM
 PROM(可编程只读存储器
 EPROM(可擦除可编程只读存储器
存储器组织(单位) bit,byte,word,block

多级存储器体系

硬件环境插图

存储保护

对主存中的信息严格保护,是操作系统和其他程序正确运行的基本条件之一
常用的存储器保护机制
 接地址寄存器(界限寄存器)
  在CPU中设置一对界限寄存器来存放该作业在主存中的下限和上限地址
 存储键
  每个存储块有一个与其相关的由五位二进位组成的保护键
  左边四位--存储保护键
  最右边一位--取保护位

缓冲技术

使用缓冲技术的原因:CPU处理数据速度与设备传输数据速度不相匹配,用缓冲区来缓解这种速度矛盾
 避免工作区被长期占用而使用户无法使用
 为便于对缓冲区的管理,它往往与设备相联系,而不直接同用户相联系
 减少输入输出次数,以减轻对通道和输入输出设备的压力
缓冲区信息可供多个用户共同使用和反复使用

中断的概念

中断:是指CPU对系统中发生的异步事件的响应
异步事件:是指无一定时间关系的随机发生的事件
中断事件、中断源、中断处理程序(保护现场、处理中断、恢复现场)
中断的作用:
 能充分发挥处理器的使用效率
 提高系统的实时处理能力

中断类型

机器故障中断:如电源故障、机器电路检验错、内存奇偶校验错等
输入输出中断:用以反映输入输出设备和通道的数据传输状态(完成或出错)
外部中断:包括时钟中断、操作员控制台中断、多机系统中其他机器的通信要求中断
程序中断:由程序问题引起的中断,如错误地使用指令或数据、移除等问题;存储保护、虚拟存储器管理中的却也、缺段等
访管中断:用户程序在运行中经常请求操作系统为其提供某种功能服务(如为其分配一块主存、建立进程等)

中断处理

硬件和软件配合完成中断处理
硬件负责中断进入过程,即发现和响应中断请求,把中断的原因和断点记下来供软件处理时查用,同时负责引出中断处理程序
中断分析、中断处理、恢复被中断程序的线程等工作则由软件的中断处理程序来完成
 保护现场和传递参数
 执行相应的中断(自陷)服务例程
 恢复和退出中断

时钟、时钟队列

在多道程序运行的环境中,它可以为系统发现一个陷入死循环的作业,从而防止计时的浪费
在分时系统中,用间隔时钟来实现用户作业间按时间片轮转
在实时系统中,按要求的时间间隔输出正确的时间讯号传递给一个实时控制设备
定时的唤醒哪些要求延迟执行的各个外部事件

时钟分类

绝对时钟
 记录当时的事件,以便打印统计报表和日记使用
间隔时钟
 又称相对时钟
软时钟(虚拟时钟)
 时钟数量终究是很少的
 时钟队列