操作系统 进程之间的并发控制与死锁

1、1操作系统课件Operating System(OS)（48学时）共共5656页页第2页操作系统操作系统教材与参考书教材与参考书l操作系统原理教程，张丽芬，电子工业出版社操作系统原理教程，张丽芬，电子工业出版社l操作系统概念操作系统概念 高教版高教版l深入理解深入理解Linux内核，陈莉君等译，中国电力出内核，陈莉君等译，中国电力出版社版社lWindows Internals，深入解析深入解析Windows操作操作系统系统潘爱民译，电子工业出版社潘爱民译，电子工业出版社lWindows内核原理与实现，潘爱民，电子工业内核原理与实现，潘爱民，电子工业出版社出版社l WINDOWS操作系统操作系统

2、 是由美国微软公司开发的窗口化操作系统，如是由美国微软公司开发的窗口化操作系统，如Windows 10l UNIX操作系统操作系统 1969年诞生于年诞生于 贝尔实验室，有很多种，如贝尔实验室，有很多种，如 AT&T的的Unix V、Sun的的Solaris、HP的的Unixl MAC操作系统操作系统 是美国苹果公司为自己设计的操作系统是美国苹果公司为自己设计的操作系统l Linux操作系统操作系统是目前全球最大的一个自由免费软件，其功能是目前全球最大的一个自由免费软件，其功能可与可与Unix和和Windows相媲美，用法与相媲美，用法与Unix类似类似第3页第4页第第1 1章章 操作

3、系统概论操作系统概论1.1 1.1 操作系统的定义操作系统的定义1.2 1.2 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展1.3 1.3 操作系统功能、服务和特性操作系统功能、服务和特性1.4 1.4 操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展1.5 1.5 用户与操作系统接口用户与操作系统接口1.6 1.6 操作系统的运行环境操作系统的运行环境1.7 1.7 操作系统的设计规范和结构设计操作系统的设计规范和结构设计第5页1.1 操作系统的定义操作系统的定义q计算机系统从下到上划分为四计算机系统从下到上划分为四个层次。个层次。q单向调用关系单向调用关系：外层的软件必：外层的软件必须以事先约定的方式

4、调用内层须以事先约定的方式调用内层软件或硬件提供的服务。称这软件或硬件提供的服务。称这种约定为接口。种约定为接口。应用程序应用程序实用程序实用程序操作系统操作系统硬件硬件第6页操作系统内核操作系统内核（Ntoskrnl.exe)Ntoskrnl.exe)核心态核心态用户态用户态系统进程系统进程用户进程用户进程WindowsWindows子系统进子系统进程程Csrss.exeCsrss.exeWin32K.sysWin32K.sys执行体执行体内核内核NTFS.sysNTFS.sys第7页操作系统的定义操作系统的定义lOS是由一系列程序模块组成的一个大程是由一系列程序模块组成的一个大程序。依据各

5、种管理和调度策略，对计算机序。依据各种管理和调度策略，对计算机的软、硬件资源进行统一的管理和调度，的软、硬件资源进行统一的管理和调度，合理地组织计算机的工作流程，以提高资合理地组织计算机的工作流程，以提高资源的利用率。源的利用率。l操作系统只包含操作系统操作系统只包含操作系统内核内核。如。如Windows系统的系统的Ntoskrnl.exe。 下载下载Linux内核内核第8页操作系统的设计目标操作系统的设计目标l方便性方便性：方便用户使用计算机。用户通过：方便用户使用计算机。用户通过操作系统来使用计算机。操作系统来使用计算机。l有效性有效性：使计算机系统

6、能高效可靠地运转，：使计算机系统能高效可靠地运转，提高系统资源的利用率。提高系统资源的利用率。l还要便于操作系统的还要便于操作系统的设计、实现和维护。设计、实现和维护。第9页1.2 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展1.2.1 顺序处理顺序处理( (手工操作阶段手工操作阶段) )1.2.2 简单的批处理系统简单的批处理系统1.2.3 多道成批处理系统多道成批处理系统1.2.4 分时系统分时系统1.2.5 实时系统实时系统1.2.6 嵌入式系统嵌入式系统第10页1.2.1 顺序处理顺序处理( (手工操作手工操作) )l2020世纪世纪4040年代年代5050年代中期年代中期l计算机：计算机

7、：CPUCPU、主存、主存、卡片输入机、打印、卡片输入机、打印机、带有显示灯和开关的操作控制台。机、带有显示灯和开关的操作控制台。l没有操作系统。没有操作系统。程序员直接操作计算机程序员直接操作计算机硬件，调度作业运行。硬件，调度作业运行。l作业步作业步：编写程序、编译程序、链接装：编写程序、编译程序、链接装配程序、装入可执行程序。配程序、装入可执行程序。第11页1.2.2 简单的批处理系统简单的批处理系统l2020世纪世纪5050年代后期年代后期6060年代中期年代中期l有一个监控程序软件常驻内存（主存）有一个监控程序软件常驻内存（主存）l操作员将多个作业按序成批地放在一个操作员将多个作业按

8、序成批地放在一个输入设备上。输入设备上。l监控程序监控程序自动控制输入设备一次装入一自动控制输入设备一次装入一道作业，并启动运行。（道作业，并启动运行。（单道批处理单道批处理）l早期联机批处理、脱机批处理早期联机批处理、脱机批处理 P4P4第12页 随着硬件随着硬件通道通道、中断中断、缓冲技术缓冲技术等的出现，等的出现，使得计算机在组织结构上发生了重大变革。使得计算机在组织结构上发生了重大变革。使原先以使原先以CPUCPU为中心的体系结构，转变为以为中心的体系结构，转变为以主存主存为中心。为中心。 使多道程序设计技术成为可使多道程序设计技术成为可能。能。 引入多道程序设计技术的引入多道程序设计

9、技术的根本目的根本目的是是提高提高CPU的利用率的利用率。1.2.3 多道成批处理系统多道成批处理系统第13页 通道通道 ：独立于：独立于CPUCPU，专门用来控制输入，专门用来控制输入/ /输输出设备的出设备的I/OI/O处理机处理机，比，比CPUCPU便宜。连接着便宜。连接着主存和外设。使主存和外设。使CPUCPU和外设并行操作。和外设并行操作。 中断中断 ：当：当I/O设备完成传输后，通过中断设备完成传输后，通过中断机构向机构向CPUCPU报告完成情况。报告完成情况。 缓冲技术缓冲技术 ：在主存设置缓冲区，来缓存用：在主存设置缓冲区，来缓存用户的输入和输出，改善户的输入和输出，改善I/O

10、I/O设备和设备和CPUCPU之间之间速度不匹配的问题。速度不匹配的问题。第14页v多道程序设计多道程序设计：是指在主存同时存放多：是指在主存同时存放多个作业，使之同时处于运行状态，共享个作业，使之同时处于运行状态，共享系统中的各种资源。系统中的各种资源。v在单在单CPUCPU系统中。系统中。宏观宏观上，各个作业都已上，各个作业都已开始运行，但都未运行完；开始运行，但都未运行完；微观微观上，各上，各个作业是串行执行的，在任何特定时刻，个作业是串行执行的，在任何特定时刻，只有一个作业在处理机上运行。只有一个作业在处理机上运行。第15页l资源利用率资源利用率：指在给定时间内，系统中某一资：指在给定

11、时间内，系统中某一资源（如源（如CPUCPU、存储器、外部设备等）实际使用时、存储器、外部设备等）实际使用时间所占比率。间所占比率。l吞吐量吞吐量(Throughput)(Throughput)：指单位时间内系统所处：指单位时间内系统所处理的信息量。通常以每小时或每天所处理的作理的信息量。通常以每小时或每天所处理的作业个数来度量。业个数来度量。l周转时间周转时间：指从作业进入系统到作业退出系统：指从作业进入系统到作业退出系统所用的时间。所用的时间。衡量批处理系统的性能指标衡量批处理系统的性能指标第16页 作业编号作业编号 JOB1 JOB2 JOB3JOB1 JOB2 JOB3 作业类型作业类

12、型 计算型计算型I/OI/O型型 I/OI/O型型 占用主存占用主存 50k 100k 80k50k 100k 80k需磁盘情况需磁盘情况 NO NONO NO YesYes需终端情况需终端情况 NONO YesYes NO NO需打印机情况需打印机情况 NONO NO NO YesYes运行所需时间运行所需时间 5 5分钟分钟 1515分钟分钟1010分钟分钟 例例 设一个计算机系统有设一个计算机系统有256K256K主存，一主存，一个磁盘、一个终端和一台打印机。个磁盘、一个终端和一台打印机。三个三个作业：作业：JOB1JOB1、JOB2JOB2、JOB3JOB3。第17页l单道批处理单道批

13、处理 作业作业1 1运行运行5 5分钟；分钟；作业作业2 2等待等待5 5分钟运分钟运行行1515分钟；作业分钟；作业3 3等待等待2020分钟运行分钟运行1010分钟。分钟。5分钟分钟15分钟分钟10分钟分钟5分钟分钟10分钟分钟15分钟分钟l多道批处理多道批处理 三个作业同时装三个作业同时装入主存，由于几乎入主存，由于几乎不同时使用同类资不同时使用同类资源，在源，在1515分钟内将分钟内将全部完成。全部完成。第18页表表1.2 1.2 单道批处理与多道批处理对比单道批处理与多道批处理对比 单道单道 多道多道(3(3道道) )处理机利用率处理机利用率 5/30=17% 5/15=33%5/3

14、0=17% 5/15=33%存储器利用率存储器利用率 30% 30% 平均平均 230/256=90%230/256=90%磁盘利用率磁盘利用率 33%=10/30 67%=10/1533%=10/30 67%=10/15打印机利用率打印机利用率 33% 67%33% 67%完成所需时间完成所需时间 3030分钟分钟 1515分钟分钟吞吐量吞吐量 6jobs/6jobs/小时小时 12jobs/12jobs/小时小时平均周转时间平均周转时间 1818分钟分钟 1010分钟分钟第19页批处理系统特点批处理系统特点l优点优点: : 系统吞吐量大，资源利用率高。系统吞吐量大，资源利用率高。 适合计算

15、量大、自动化程度高的成熟作适合计算量大、自动化程度高的成熟作业。业。l缺点缺点: : 用户与作业无法交互，作业平均用户与作业无法交互，作业平均周转时间较长。周转时间较长。第20页1.2.4 分时系统分时系统工作方式工作方式：一台主机连接有若干个终端。用：一台主机连接有若干个终端。用户户交互式交互式地向系统提出命令请求，系统接地向系统提出命令请求，系统接受命令，采用时间片轮转方式处理请求，受命令，采用时间片轮转方式处理请求，并在终端上显示结果。如在大型数据库上并在终端上显示结果。如在大型数据库上的查询。的查询。分时分时：多用户分时使用：多用户分时使用CPUCPU。将。将CPUCPU的单位时的单位

16、时间间( (如如1 1秒钟秒钟) )划分成若干个时间片。划分成若干个时间片。第21页分时系统的特点分时系统的特点l同时性同时性：若干用户同时使用一台计算机。：若干用户同时使用一台计算机。l独立性独立性：每个用户占有一台终端，独立操：每个用户占有一台终端，独立操作，感觉不到别的用户存在。作，感觉不到别的用户存在。l交互性交互性：用户可通过终端与系统进行人机：用户可通过终端与系统进行人机对话。对话。l及时性及时性：用户的请求能在较短时间内得到：用户的请求能在较短时间内得到响应。响应。（响应时间：从用户发出请求到系（响应时间：从用户发出请求到系统开始响应所需的时间）统开始响应所需的时间）。第22页1

17、.2.5 实时系统实时系统l是指计算机能对是指计算机能对随机发生的外部事件随机发生的外部事件做出及做出及时的响应和处理。是一个专用系统。时的响应和处理。是一个专用系统。l不以作业为处理对象，只有几个由外部事件不以作业为处理对象，只有几个由外部事件触发的任务。触发的任务。实时过程控制实时过程控制：工业生产中的自动控制，：工业生产中的自动控制，飞机导航、导弹发射等。飞机导航、导弹发射等。实时信息处理实时信息处理：民航机票的预订、查询，：民航机票的预订、查询，银行系统的借贷，情报信息检索等系统。银行系统的借贷，情报信息检索等系统。第23页实时系统特点实时系统特点（1 1）实时性。）实时性。其响应时间

18、由被控制对象所能其响应时间由被控制对象所能承受的延迟来确定。承受的延迟来确定。（2 2）可靠性。）可靠性。要具有容错能力，可采用双工要具有容错能力，可采用双工机制：一台主机；一台后备机。机制：一台主机；一台后备机。（3 3）确定性。）确定性。是指系统按照固定的、预先确是指系统按照固定的、预先确定的时间执行指定的操作。定的时间执行指定的操作。第24页1.2.6 嵌入式系统嵌入式系统l以实际应用为中心、以计算机技术为基础、软以实际应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪的硬件可裁剪的专用计算机系统专用计算机系统。l软件要求固化存储。软件要求固化存储。l通常是一个多任务可抢占式的通常是一个多任务

19、可抢占式的实时操作系统实时操作系统，只有满足实际需要的有限功能，只有满足实际需要的有限功能，如任务调度、如任务调度、同步与通信、主存管理、时钟管理等。同步与通信、主存管理、时钟管理等。l嵌入式嵌入式Linux，Windows CE。第25页1.3 功能、服务和特性功能、服务和特性q三种基本类型：批处理系统；分时系统；三种基本类型：批处理系统；分时系统；实时系统。实时系统。q通用操作系统：兼有批处理、分时和实时通用操作系统：兼有批处理、分时和实时三者或其中两者的功能。三者或其中两者的功能。 如如 分时和批处理相结合，将分时任务作分时和批处理相结合，将分时任务作为前台任务，将批处理作业作为后台任务

20、，为前台任务，将批处理作业作为后台任务，便是分时批处理系统。便是分时批处理系统。第26页操作系统的功能操作系统的功能(1)处理机管理处理机管理：进程管理。处理机如何调度的问题：进程管理。处理机如何调度的问题：FCFS、优先级、时间片轮转？、优先级、时间片轮转？(2)存储器管理存储器管理：主存管理。存储分配、存储保护、：主存管理。存储分配、存储保护、主存扩充。主存扩充。(3)设备管理设备管理：涉及对系统中各种输入、输出设备的：涉及对系统中各种输入、输出设备的管理和控制。分配设备，控制设备传输数据。管理和控制。分配设备，控制设备传输数据。(4)文件管理文件管理：将程序、数据、操作系统软件等组织：将

21、程序、数据、操作系统软件等组织成文件，存放在磁盘或磁带上，方便用户访问。成文件，存放在磁盘或磁带上，方便用户访问。第27页l为了管理系统资源，操作系统必须掌握为了管理系统资源，操作系统必须掌握系统资源的当前状态信息。系统资源的当前状态信息。l进程进程-进程表进程表l存储器存储器-存储表存储表lI/O设备设备-I/O设备表设备表l文件文件-文件表文件表第28页操作系统提供的服务操作系统提供的服务n用户接口用户接口：用户通过用户通过OSOS来使用计算机来使用计算机n程序执行程序执行：装入内存执行，结束执行：装入内存执行，结束执行nI/O操作操作：可能涉及到文件或：可能涉及到文件或I/O设备设备n文

22、件系统操作文件系统操作：向用户提供按名存取文件：向用户提供按名存取文件n通信服务通信服务：进程之间（共享内存：进程之间（共享内存/消息传递）消息传递）n错误检测和处理错误检测和处理：能检测和处理错误：能检测和处理错误n资源分配资源分配：多进程并发，资源共享：多进程并发，资源共享n记帐记帐：统计用户对系统资源的使用情况：统计用户对系统资源的使用情况n保护保护：控制用户有限制地存取系统资源：控制用户有限制地存取系统资源第29页操作系统的特性操作系统的特性(1)(1)并发性并发性：是为了提高计算机的：是为了提高计算机的处理能力处理能力而采而采用的用的一种时间上重叠操作的技术一种时间上重叠操作的技术。

23、是指系统中。是指系统中存在着若干个逻辑上相互独立的程序，都已被存在着若干个逻辑上相互独立的程序，都已被启动执行，都还没有执行完，竞争系统资源。启动执行，都还没有执行完，竞争系统资源。(2)(2)共享性共享性：是指系统中的资源可供系统中多个：是指系统中的资源可供系统中多个并发执行的进程共同使用。如打印机、磁带机、并发执行的进程共同使用。如打印机、磁带机、磁盘等。磁盘等。 支持系统并发性的物质基础是资源共享支持系统并发性的物质基础是资源共享第30页操作系统的特性操作系统的特性(3)(3)虚拟性虚拟性：把共享资源的一个物理实体变为：把共享资源的一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。如，若干个逻辑上的

24、对应物。如，CPUCPU的分时共的分时共享；虚拟存储器技术。享；虚拟存储器技术。(4)(4)异步性（随机性）异步性（随机性）：有限的资源共享使并：有限的资源共享使并发进程之间产生相互制约关系。各个进程何发进程之间产生相互制约关系。各个进程何时执行、何时暂停、以怎样的速度向前推进、时执行、何时暂停、以怎样的速度向前推进、什么时候完成等都是不可预知的。什么时候完成等都是不可预知的。第31页1.4 操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展l 个人计算机操作系统个人计算机操作系统l 多处理机操作系统多处理机操作系统l 网络操作系统网络操作系统l 分布式操作系统分布式操作系统第32页个人计算机操作系统个

25、人计算机操作系统l单用户单任务单用户单任务OS：只允许一个用户上机、只允许：只允许一个用户上机、只允许用户程序作为一个任务运行。如用户程序作为一个任务运行。如 MS-DOS。l单用户多任务单用户多任务OS：只允许一个用户上机，但允许：只允许一个用户上机，但允许用户有多个任务，并发执行。如用户有多个任务，并发执行。如Windows l多用户多任务多用户多任务OS：允许多个用户通过各自的终端，：允许多个用户通过各自的终端，使用同一台主机，共享系统资源，每个用户又可使用同一台主机，共享系统资源，每个用户又可有多个任务，并发执行。如有多个任务，并发执行。如UNIX、Linux。第33页多处理机操作系统

26、多处理机操作系统l 多处理机采用紧耦合方式进行连接，共享主存多处理机采用紧耦合方式进行连接，共享主存非对称多处理非对称多处理(ASMP)(ASMP)：主处理机运行操作系统，：主处理机运行操作系统，其他处理机运行用户作业，主处理机为其他处其他处理机运行用户作业，主处理机为其他处理机分配和调度任务，主从模式。理机分配和调度任务，主从模式。对称多处理对称多处理(SMP)(SMP)：操作系统和用户程序可安：操作系统和用户程序可安排在任何一个处理机上运行，各处理机共享主排在任何一个处理机上运行，各处理机共享主存和各种存和各种I/OI/O设备。设备。第34页l网络中的各台计算机都配有各自独立的操作系网络中

27、的各台计算机都配有各自独立的操作系统，网络操作系统把它们联系起来，并为它们统，网络操作系统把它们联系起来，并为它们提供通信和网络资源共享。提供通信和网络资源共享。lWindows的自上而下的的自上而下的网络栈网络栈：网络应用程序、：网络应用程序、网络网络API、网络、网络API驱动程序驱动程序netbios.sys、协议、协议驱动程序驱动程序tcpip.sys 等等。与。与I/O系统和标准系统和标准API紧密地集成在一起。紧密地集成在一起。第35页l网络操作系统的模式：网络操作系统的模式：客户客户/ /服务器服务器（Client/Server)Client/Server)模式。服务模式。服务器

28、是一个瓶颈。器是一个瓶颈。对等模式对等模式（Peer-to-peer)Peer-to-peer)：系统内的节点：系统内的节点机（机（nodesnodes）是对等的，既可作为客户机，）是对等的，既可作为客户机，又可作为服务器。在网络中既无服务处理又可作为服务器。在网络中既无服务处理中心，也无控制中心。中心，也无控制中心。 第36页分布式操作系统分布式操作系统l分布式系统：是由多个分散的计算机通分布式系统：是由多个分散的计算机通过网络连接而成的一个统一的计算机系过网络连接而成的一个统一的计算机系统。可以获得极高的运算能力和广泛的统。可以获得极高的运算能力和广泛的数据共享。数据共享。l要求连网的多机

29、有一个统一的操作系统要求连网的多机有一个统一的操作系统l没有标准协议。没有标准协议。l完全分布式系统仍在研究中。完全分布式系统仍在研究中。第37页l机群机群(cluster)(cluster)是一种分布式系统。是一种分布式系统。机群机群节点私有节点私有OSOS。有一层软件有一层软件运行在机群节运行在机群节点之上。点之上。单一单一入口点入口点节点机节点机节点机节点机节点机节点机站点服务器站点服务器第38页智能卡操作系统智能卡操作系统l智能卡中隐藏着一个微型操作系统。智能卡中隐藏着一个微型操作系统。l智能卡中的集成电路包括：智能卡中的集成电路包括：中央处理机、中央处理机、存储部件、对外联络的通信接

30、口。存储部件、对外联络的通信接口。l智能卡实际上是一台智能卡实际上是一台单片机单片机系统。有非常系统。有非常严格的运行能耗和存储空间的限制（从几严格的运行能耗和存储空间的限制（从几KB到几百到几百KB)。第39页一种智能卡结构CPUCPUROM 96KROM 96KEEPROM 64KEEPROM 64KRAM 3KRAM 3KI/OI/O异步通信异步通信智能卡智能卡读写器读写器 读写器读写器发操作命令，发操作命令，智能卡智能卡接收命令。接收命令。操作系操作系统统解释命令，并调用程序处理数据，产生应答解释命令，并调用程序处理数据，产生应答信息送信息送读写器读写器。第40页1.5 用户与操作系统

31、接口用户与操作系统接口l操作接口操作接口：命令语言或窗口界面是用户：命令语言或窗口界面是用户使用计算机系统的主要接口。使用计算机系统的主要接口。l编程接口编程接口：系统调用是用户与操作系统：系统调用是用户与操作系统之间的编程接口。之间的编程接口。第41页命令语言命令语言l操作系统提供一个操作系统提供一个命令解释程序命令解释程序来支持来支持命令语言的解释执行。执行用户当前输命令语言的解释执行。执行用户当前输入的命令。入的命令。用户态用户态。lLinux的的1号号进程为每个进程为每个终端用户终端用户建立一建立一个运行个运行shell命令解释程序的命令解释程序的终端进程终端进程，该进程不断地处理用户

32、发来的命令。该进程不断地处理用户发来的命令。第42页窗口界面窗口界面l系统初始化时，系统初始化时，Windows为终端用户生为终端用户生成了一个运行成了一个运行Explorer.exe程序的进程，程序的进程，它是一个具有窗口界面的它是一个具有窗口界面的解释程序解释程序，打，打开一个桌面窗口。开一个桌面窗口。l当点击桌面内的某个实用程序时，当点击桌面内的某个实用程序时，解释解释程序程序就会产生一个就会产生一个新进程新进程。第43页系统调用系统调用l操作系统内核向用户提供了一组操作系统内核向用户提供了一组系统调系统调用接口用接口。用户通过系统调用接口，运行。用户通过系统调用接口，运行系统内核里的一

33、些子程序。系统内核里的一些子程序。lWindows系统提供的系统提供的Win32 API函数集合，函数集合，是一些库函数，由是一些库函数，由库函数库函数去调用系统调去调用系统调用。文档化，易使用。用。文档化，易使用。第44页系统调用的执行过程系统调用的执行过程 用户程序用户程序 系统调用命令系统调用命令 操作系统内核操作系统内核系统调用命令程序系统调用命令程序 子程序子程序 子程序子程序切换到用户态切换到用户态切换到核心态切换到核心态 第45页核心态核心态/用户态用户态l在计算机中存在两类性质不同的程序：在计算机中存在两类性质不同的程序：操作操作系统内核程序系统内核程序；用户程序用户程序。l前

34、者是后者的管理者和控制者，所以前者应前者是后者的管理者和控制者，所以前者应享有某些特权。为此将享有某些特权。为此将CPU的运行状态分为的运行状态分为核心态（管态）和用户态（目态）。核心态（管态）和用户态（目态）。l处理机状态字处理机状态字（PSW）中有）中有2个执行方式位。个执行方式位。00为核心态，为核心态，11为用户态。为用户态。第46页l在在核心态核心态下，下， 允许执行处理机的全部指令集，允许执行处理机的全部指令集，访问所有的寄存器和存储区；访问所有的寄存器和存储区；l 在在用户态用户态下，只允许执行处理机的非特权指令，下，只允许执行处理机的非特权指令，访问指定的寄存器和存储区。访问指

35、定的寄存器和存储区。l 用户态到核心态用户态到核心态的转换由的转换由硬件硬件完成；核心态到用完成；核心态到用户态的转换由内核程序执行后完成。户态的转换由内核程序执行后完成。l 操作系统的大部分功能模块运行在核心态，有些操作系统的大部分功能模块运行在核心态，有些功能模块通过创建用户级进程运行在用户态，例功能模块通过创建用户级进程运行在用户态，例如，如， Windows子系统进程子系统进程Csrss.exe，为用户提供，为用户提供窗口界面。窗口界面。第47页操作系统内核操作系统内核（Ntoskrnl.exe)Ntoskrnl.exe)核心态核心态用户态用户态系统进程系统进程用户进程用户进程Wind

36、owsWindows子系统进子系统进程程Csrss.exeCsrss.exeWin32K.sysWin32K.sys执行体执行体内核内核NTFS.sysNTFS.sys第48页1.6 操作系统的运行环境操作系统的运行环境l 通过中断和异常，通过中断和异常，CPU能从能从用户程序用户程序的运行转的运行转入操作系统入操作系统内核程序内核程序的运行。的运行。l 中断：异步事件。中断：异步事件。中断是一个重要的中断是一个重要的并发性并发性来来源。源。内核代码可以触发一个软件中断来启动线内核代码可以触发一个软件中断来启动线程调度，相当于打断了当前线程的执行，让处程调度，相当于打断了当前线程的执行，让处理

37、机切换到其他的线程。理机切换到其他的线程。l 不同中断有不同优先级。处理高级中断时会临不同中断有不同优先级。处理高级中断时会临时屏蔽低级中断。时屏蔽低级中断。处理机优先级处理机优先级：指处理机当指处理机当前正运行程序的中断响应级别。前正运行程序的中断响应级别。第49页l 异常：同步事件。是程序自己产生的特殊事件。异常：同步事件。是程序自己产生的特殊事件。不能被屏蔽，一旦出现应立即处理。不能被屏蔽，一旦出现应立即处理。l 异常：程序的非法操作码、地址越界、除数为异常：程序的非法操作码、地址越界、除数为0、存储器管理中的页面失效、系统调用。、存储器管理中的页面失效、系统调用。l 中断处理程序或系统调