操作系统知识第二章
第二章：操作系统逻辑结构
2.1：操作系统的逻辑结
1.定义：
OS作为一个大型软件，其设计逻辑实现的思路叫做OS的逻辑结构。
2.逻辑结构的种类：
（1）整体式结构
特点：以模块（函数）为基本单位构建，
优点：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。
对于一些小系统，小程序来说，使用整体式结构很OK，但是对于OS这种大型的，复杂的，功能庞大的大型软件来说，就会存在上面缺点所存在的问题。
（2）层次式结构：
分层原则：
硬件相关：放在最底层
外部特性：放在最外层
中间层：调用次序或消息传递顺序
共性的服务：较低层
活跃功能：较低层
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。
（3）微内核结构（也叫：客户服务器结构，Client/Server）
OS=微内核+核外服务器
微内核：
特点：足够小，提供OS最基本的核心功能和服务
功能：实现与硬件紧密相关的处理，实现一些比较基本的功能，负责客户和服务器键间的通信
核外服务器：完成OS的绝大部分服务功能，等待应用程序提出请求。
特点：由若干服务器和进程共同构成，例如，进程/线程服务器，虚存服务器，设备管理服务器等，以进程的形式运行在用户态。
优点：可以方便扩充进程
eg:Linux Minix OS
2.2：CPU的态
1.支持OS的最基本硬件结构
（1）CPU ：
作用：进行运算
CPU态（Mode）：CPU的工作状态，对资源和指令使用权限的描述（程序能够使用计算机的哪一些资源，能够使用那些指令，都和CPU的态有关系）
态的分类：
核态（Kernel mode）:能够访问所有资源和执行所有指令（类似于linux下的超级用户），管理程序OS内核
用户态：（User mode）：仅能访问部分资源，其他资源受限（类似于linux下面的普通用户），用户程序
管态：（super mode）：介于核态和用户态之间。
用户态和核态之间的转换：
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）
用户态企图执行特殊指令
核态向用户态转换：
一般是执行中断返回：IRET
特殊指令：（非常重要，核心控制）， 不能随便被应用程序使用，在权限很高的态下面才能使用
LODT/LIDT :装载特殊寄存器
CLTS：清除任务开关标志
STI/CTI:允许和进制中断
HALF：停止CPU的工作
IN/OUT:执行I/O操作、
从和泰转回为用户态
硬件和OS对于CPU的观察：
硬件按照态来区分CPU的状态：
OS按照进程来区分CPU的状态：
（2）内存（存储程序和数据的部件）：
分类：
按存储器（半导体存储器）读写工作方式：
RAM：
ROM：
按存储元的材料：
半导体存储器（常用作主存）
磁存储器（磁盘，磁带）
光存储器（光盘）
按与CPU的联系：
主存：直接与CPU交换信息，速度快，价格高。
辅存：不能直接与CPU交换信息，速度慢，价格低。
存储体系：
理想存储体系：速度快，容量大，成本低
实际存储体系：各种容器混搭而成：寄存器+高速缓存（CACHE）+主存+辅存
（3）中断 （是计算机系统非常非常基础的一个工作机制）：
定义：指CPU对突发的外部事件（例如，鼠标，键盘按了一下）的反应或机制，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，处理完毕后悔到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。
中断的目的：
实现并发活动
实现实时处理
故障自动处理
中断的一些概念：
中断源：引起系统中断的事件称为中断源
中断类型：
强迫性中断：程序没有预期，例如IO，外部中断
自愿中断：程序有预期，例如：执行访管指令
（4）时钟
2.3：中断机制
1.定义：
指CPU对突发的外部事件（例如，鼠标，键盘按了一下）的反应或机制，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，处理完毕后悔到原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。
2.中断的目的：
实现并发活动
实现实时处理
故障自动处理
3.中断的一些概念：
中断源：引起系统中断的事件称为中断源
4.中断类型：
强迫性中断：程序没有预期，例如IO，外部中断
自愿中断：程序有预期，例如：执行访管指令
还可以分为
外中断（中断）和内中断（俘获）
外中断：由CPU外部事件引起，例如:IO 外部事情
针对外中断还可以分为不可屏蔽中断和可屏蔽中断
不可屏蔽中断：中断的原因很紧要，CPU必须相应
可屏蔽中断：中断原因不很重要，CPU可以不响应
内中断：由CPU内部事件引起，例如访管中断，程序中断
5.断点：程序中断的地方，将要执行下一指令的地址
6.现场： 程序正确运行所依赖的信息集合，
7.现场的两个处理过程：
现场保护，进入中断服务程序之前，保存到栈里。
现场恢复，推出中断服务程序后，将栈里面的还原到CPU里
8.中断响应的过程：
识别中断源
保护断点和现场
装入中断服务程序的入口地址（CS：IP）
进入中断服务程序
恢复现场和断点
中断返回：IRET
9.中断响应的实质：
交换指令执行的地址，交换CPU的态