计算机组成原理第9章操作系统支持

操作系统的概念计算机系统可分为硬件、系统软件和应用软件三大OperatingMachinePhysical3操作系统的概念两个角度理作为扩展机器（Extended自上而为用户编程提供简单的接口 复杂的硬件细作为资源管理者（Resource自下而计算机学院体系结构中 操作系统件资源和软件资源，使资源得到充分利用。流程，改进系统性能，提高系统效率。让用户更方便、更轻松地使用计算机系统。提供新的服务来增强机器功能。构筑开放环境：操作系统通过遵循相关技术标准的方序在不同平台上的移植和互操作。5操作系统操作系统的主要管理计算机系统中的方便用户的服务，是用户和计算机的从资源管理的角度来看，作为资源管理器的操作系统对计算机硬件资源处理器设备6处理机管理系统功能和性能的关键。7处理机管理现代计算机系统广泛采用多任务机制支持多个程序或多个用户并行使用计算机。在引入多任务机制后，当一个作业需等待O部条件满足时，处理机可转去执行另一个作业，从而实现多任务的并行执行。操作系统负责组织多个任务的并行执行，解决处理机的调度、分和回收多任务系统运行两道程序P1和P2时处理机的使用效率如下图所8

系统的好坏对系统

共享允许主存中的多个任务或多个用户程序共享 器资源，既提高 器的利用率，又便于多务间的数据交 保护:确保用户程序无法或破坏操作系统的代码和数据。用户程序间也需要相互、互不干 扩充：基于器的层次结构，用户提供与实际物理内存空间不直接相关的逻辑编程地址空间之间的地址变换，9设备各 设备的调度与管理：协调各个用I/O请求，提高各I/O设备操作与处理机运行的并行，提高处理机和I/O设备的利 现代操作系统的隔内同时执行享两种不确定性：内存中的多个进程（任务）各自独立的、不可预知的速度向前推进操作系统的硬件环境，处理机系统代码还是用户程序代码。处理机状态一般分为：管理状态，也称超级用户状态、管态 状用户状态，也称目标为了防止用户程序执行有关资源管理的机器指令从而破坏系统正常工作状态,指令系统中的指令分为两类：指令(Privileged指令是只能由操作系统内核程序执行的机器置管理状态、加载程序状态字等。非指操作系统的硬件环境寄存器 权限： 处理机内设置了很多寄存器，包括通用寄存器和用于存放处理器控制和状态信息的控制寄存器（如：程序计数器PC、程序状态字PSW、指令寄存器IR等还有系统 管理、中断管理等相关的寄存器）程序状态字PSW：为了记录计算机系统当前的工作状态，需要专门PSW态字寄存器保存的信息包括：处理机状 控制标志：能够影响某些指令执行方式的一些标操作系统的硬件环境 断源中断请求并进行中断响应，中断机制提供了一种程序随机切换的方式。硬件定时器中断：最基本的一种中断。操作系为时间基准程不会独占系统资源中断方式的输入输出：能保证CPU与外设的并作硬件故障中断：有掉电、校验错软件故障中断：有运算溢出、地址越界和使操作系统的硬件环境 9.2调进程的立单位体程序是指令的集合，是静态实进程程控制块PCB据集进程控制块进程控制块PCB（ProcessControlBlock）系统为管理进程设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的当前状态，描述进程的运动变化过程。操作系统利用PCBPCB是操作系统感知进程存在的唯一实体。进程与PCB一一对应PCB通常包含以下进程标状态：记录进程当前程序计数器：将要执行的下一条指令的U管理信息：指明进程占用的内存空间I/OI/OI/O进程的进程的状态会随着进程当前进行的活创建：进程正在被创建，并未准备好运行：进程正占用处理机 终止：进程完成操作结束系统中可能有多个进程处于创建、就绪、阻塞和终止等状态，但是处理机在任意时刻只能运行一个进程。进程的三个基本状态就绪态（

等待态（时间片

（占用计算机学院体系结构中 上下文①保存的信SavedSaved

当前行的进SavedSaved当前上下

②装入的信SavedSaved

上下文切换时时计算机科学与技术学院体系结构中 进程进程调度的任务是控制协调进程对CPUCPU的使用权交给被选中的进程便让它一直运行下去，直到进程完成或发生某而进程调度常用的抢占超时时，操作系统重新进行调度，将处理机交给另一个就绪进程优先权策略：操作系统为某些重要或紧急的进程指定理机分配给优先级高的进程行的进程的运行时间明显的短时，操作系统将长9.3管管理管理主要解决以下器的分配与回器地址变器扩器共享与保分区 管分为两个区域：系统区：操作系统使用系统,为了支持多个程序并发执行，现代操作系统引入了分区式管理。内存被分为若干个区域，操作系统占用其中一个分区，其余的分区则提供给应用程序使用，每个应用程序占用其中一个或几个分区 管理机制分为固定分区。存在“内碎片动态分区。存在“外碎交换（Swap）技术程序的局部性原理—在一个较短的时间间隔，程序所的器地址在很大比例上集在是利用了程序的局部性原理实现多任务并发环境中的管理。交换过程由换入和换出两个过程组换出过程将内存中的数据换到外存交换交换技术列。队列中的一部分进程被调到主存中执行。当于输入/输出操作等原因使得 器中无进程处于就绪状态时，操作系统将部分进程换出外存，并排入中期队。腾出的内存空间则入中期队列或长期列中的一个可行的进程。交换技术交换技