1.3操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境習(xí)題課件

1、1.3 操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境習(xí)題第1頁，共20頁。第2頁，共20頁。第3頁，共20頁。【例】無論在哪一種操作系統(tǒng)中，（ ）命令只在核心態(tài)執(zhí)行。A 讀時(shí)鐘日期B 改變內(nèi)存分配位圖C 屏蔽所有中斷D 改變磁盤空間分配位圖第4頁，共20頁。在操作系統(tǒng)中，執(zhí)行狀態(tài)分為兩種： 用戶態(tài)執(zhí)行 執(zhí)行用戶的代碼 核心態(tài)執(zhí)行 執(zhí)行操作系統(tǒng)的代碼這兩種狀態(tài)的主要區(qū)別有：處于用戶態(tài)執(zhí)行，進(jìn)程所能訪問的內(nèi)存空間和對(duì)象受到限制； 處于核心態(tài)執(zhí)行中的進(jìn)程則能訪問所有的內(nèi)存空間和對(duì)象 進(jìn)程在核心態(tài)運(yùn)行時(shí)是不可被剝奪的， 用戶態(tài)運(yùn)行時(shí)是可被剝奪的。因?yàn)槠帘嗡兄袛嗍种匾荒茈S便讓目態(tài)用戶程序使用，它只能由處于管態(tài)的操作系統(tǒng)來自

2、行處理【答案】C第5頁，共20頁?！纠?程序可執(zhí)行特權(quán)指令。 （A）同組用戶 （B）操作系統(tǒng)（C）特權(quán)用戶 （D）一般用戶 【解析】“特權(quán)指令”是指僅能由操作系統(tǒng)使用的指令【答案】（B）第6頁，共20頁?！纠俊扒宄齼?nèi)存”指令是系統(tǒng)中的 指令。 （A）通道 （B）用戶 （C）特權(quán) （D）非特權(quán)【解析】“清除內(nèi)存”指令，顯然是不容許用戶使用的，否則將會(huì)引起混亂，因此該指令應(yīng)為特權(quán)指令。【答案】（C）第7頁，共20頁?！纠坑?jì)算機(jī)處于目態(tài)時(shí)，不能執(zhí)行_指令【分析】計(jì)算機(jī)中不允許用戶直接使用的指令稱為特權(quán)指令，如I/O指令，置中斷指令，設(shè)置PSW程序狀態(tài)字寄存器等指令。這些指令會(huì)直接控制外圍設(shè)備硬

3、件或引起系統(tǒng)狀態(tài)改變，如果用戶隨意使用這些指令，很容易造成系統(tǒng)的混亂。為了避免用戶使用特權(quán)指令，計(jì)算機(jī)硬件機(jī)構(gòu)區(qū)分了兩種操作模式：目態(tài)和管態(tài)。用戶的程序啟動(dòng)后自動(dòng)在目態(tài)，處于目態(tài)的程序不能使用特權(quán)指令。而操作系統(tǒng)中必須使用特權(quán)指令的那部分程序運(yùn)行在管態(tài)。【答案】特權(quán)指令第8頁，共20頁?！纠楷F(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，CPU工作方式有目態(tài)和管態(tài)兩種。目態(tài)是指運(yùn)行 程序，管態(tài)是指運(yùn)行 程序。執(zhí)行編譯程序時(shí)，CPU處于 。 【解析】 CPU工作方式分為目態(tài)和管態(tài)，主要是為了把用戶程序和操作系統(tǒng)程序區(qū)分開，以利于程序的共享和保護(hù)。【答案】用戶，操作系統(tǒng)，目態(tài)第9頁，共20頁?！纠恐袛囗憫?yīng)應(yīng)將保留處理機(jī)狀態(tài)字和

4、指令計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，這項(xiàng)工作是由計(jì)算機(jī)的_完成的?！痉治觥恐袛囗憫?yīng)首先的過程必須保護(hù)被中斷進(jìn)程的CPU環(huán)境硬件自動(dòng)將PSW處理機(jī)狀態(tài)字和程序計(jì)數(shù)器PC中的內(nèi)容，保存在中斷保留區(qū)（棧）中，然后對(duì)被中斷進(jìn)程的CPU現(xiàn)場進(jìn)行保留，包含所有的CPU寄存器，如通用寄存器，段寄存器等。因?yàn)樵谥袛嗵幚頃r(shí)可能會(huì)用到這些寄存器。如圖，程序在指令N位置被中斷，程序計(jì)數(shù)器中的內(nèi)容是N+1,所有寄存器的內(nèi)容都被保留在棧中【答案】硬件第10頁，共20頁。第11頁，共20頁。【例】若中央處理機(jī)處于“目態(tài)”，可以執(zhí)行的指令有_。（A）讀系統(tǒng)時(shí)鐘 （B）寫系統(tǒng)時(shí)鐘 （C）讀用戶內(nèi)存自身數(shù)據(jù) （D）寫用戶內(nèi)存自身數(shù)據(jù) （E）清除

5、整個(gè)內(nèi)存【解析】計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都有自己的指令系統(tǒng)，在多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，指令系統(tǒng)分為“特權(quán)指令”與“非特權(quán)指令”。特權(quán)指令僅能由操作系統(tǒng)使用，如設(shè)置時(shí)鐘、清內(nèi)存等為特權(quán)指令；其它指令為非特權(quán)指令，用戶只能使用非特權(quán)指令。若中央處理機(jī)處于“目態(tài)”，僅可以執(zhí)行非特權(quán)指令，在備選答案中，（A）讀系統(tǒng)時(shí)鐘、（C）讀用戶內(nèi)存自身數(shù)據(jù)、（D）寫用戶內(nèi)存自身數(shù)據(jù)，是非特權(quán)指令，它們的執(zhí)行不會(huì)構(gòu)成對(duì)系統(tǒng)的破壞（B）寫系統(tǒng)時(shí)鐘、（E）清除整個(gè)內(nèi)存，則可能造成對(duì)系統(tǒng)的破壞，所以在目態(tài)下不能執(zhí)行?！敬鸢浮緼CD第12頁，共20頁。【例】若中央處理機(jī)處于“管態(tài)”，可以執(zhí)行的指令有_。（A）讀系統(tǒng)時(shí)鐘 （B）寫系統(tǒng)時(shí)鐘 （

6、C）讀用戶內(nèi)存自身數(shù)據(jù) （D）寫用戶內(nèi)存自身數(shù)據(jù) （E）清除整個(gè)內(nèi)存【解析】若中央處理機(jī)處于“管態(tài)”，此時(shí)可以執(zhí)行系統(tǒng)的全部指令【答案】ABCDE第13頁，共20頁?！纠砍绦驙顟B(tài)字（PSW）通常應(yīng)包括_。（A）作業(yè)說明書地址 （B）程序基本狀態(tài)（C）中斷碼 （D）中斷屏蔽位 （E）系統(tǒng)所使用的調(diào)度算法 【解析】程序狀態(tài)字（PSW）是用來控制指令執(zhí)行順序并且保留和指示與程序有關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)。一般包括三部分內(nèi)容：程序基本狀態(tài)（指令地址、條件碼、管目態(tài)位等）；中斷碼；中斷屏蔽位?！敬鸢浮緽CD第14頁，共20頁?！纠刻貦?quán)指令只能在管態(tài)下執(zhí)行，而不能在目態(tài)下執(zhí)行。（）【分析】所謂特權(quán)指令：具有特殊權(quán)

7、限的指令，由于這類指令的權(quán)限很大，所以如果使用不當(dāng)，會(huì)破壞系統(tǒng)或其他用戶信息。因此為了安全期間，這類指令只能用于操作系統(tǒng)或其他系統(tǒng)軟件，而一般不直接提供給用戶使用?！敬鸢浮繉?duì)第15頁，共20頁?！纠慨?dāng)處理機(jī)處于管態(tài)時(shí)，只能執(zhí)行特權(quán)指令。（ ）【解析】“特權(quán)指令”僅能由操作系統(tǒng)使用；其它指令為“非特權(quán)指令”，用戶只能使用非特權(quán)指令，操作系統(tǒng)可以使用全部指令。【答案】錯(cuò)誤第16頁，共20頁?！纠刻幚頇C(jī)為什么要區(qū)分核心態(tài)和用戶態(tài)兩種操作方式？什么情況下進(jìn)行兩種方式的轉(zhuǎn)換？【分析】大多數(shù)操作系統(tǒng)將CPU執(zhí)行狀態(tài)分為管態(tài)和目態(tài)管態(tài)（特權(quán)態(tài)，系統(tǒng)態(tài)，核心態(tài)）CPU在管態(tài)下可以執(zhí)行指令系統(tǒng)的全集。通常，

8、操作系統(tǒng)在管態(tài)下運(yùn)行目態(tài)（常態(tài)，用戶態(tài)）機(jī)器處于目態(tài)時(shí)，程序只能執(zhí)行非特權(quán)指令。用戶程序只能在目態(tài)下運(yùn)行，如果用戶程序在目態(tài)下執(zhí)行特權(quán)指令，硬件將發(fā)生中斷，由操作系統(tǒng)獲得控制，特權(quán)指令執(zhí)行被禁止，可以防止用戶程序破壞系統(tǒng)從目態(tài)轉(zhuǎn)換為管態(tài)的惟一途徑是中斷從管態(tài)到目態(tài)通過修改程序狀態(tài)字來實(shí)現(xiàn)，它將伴隨由操作系統(tǒng)程序到用戶程序的轉(zhuǎn)換第17頁，共20頁?！窘獯稹吭贑PU中運(yùn)行的操作系統(tǒng)程序和用戶程序?qū)?yīng)的機(jī)器指令集不同。操作系統(tǒng)程序使用所有指令，但用戶程序只能使用部分指令。從資源管理和程序控制執(zhí)行的角度出發(fā)，將指令系統(tǒng)分為兩大部分：特權(quán)指令和非特權(quán)指令。在程序執(zhí)行時(shí)候，根據(jù)執(zhí)行程序?qū)Y源和機(jī)器指令的使

9、用特權(quán)，把機(jī)器設(shè)置為兩個(gè)狀態(tài)：核心態(tài)和用戶態(tài)當(dāng)系統(tǒng)處于核心態(tài)時(shí)，可以使用所有指令，資源，并具備改變CPU狀態(tài)的能力；當(dāng)處于用戶態(tài)，只能使用非特權(quán)指令如果CPU執(zhí)行用戶程序時(shí)（用戶態(tài)），出現(xiàn)了中斷，系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)到中斷處理程序。CPU就由用戶態(tài)轉(zhuǎn)到核心態(tài)，中斷處理結(jié)束后，返回繼續(xù)執(zhí)行用戶程序，CPU又由核心態(tài)轉(zhuǎn)到用戶態(tài)第18頁，共20頁?！纠繛槭裁凑f直到出現(xiàn)中斷和通道技術(shù)后，多道程序概念才變得真正可用？【分析】多道程序設(shè)計(jì)是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器并進(jìn)行計(jì)算的方法。這些程序共享處理機(jī)時(shí)間和外部設(shè)備及其他資源。當(dāng)一道程序因某種原因（如I/O請(qǐng)求）而暫停執(zhí)行時(shí)，CPU立即執(zhí)行另一道程序。第19頁，共20頁。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有處理機(jī)和外圍設(shè)備并行工作的能力，這種能力的出現(xiàn)是在中斷和通道技術(shù)出現(xiàn)后才有的。通道能完成主存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備之間的信息傳送，與中央處理器并行地執(zhí)行操作。采用通道技術(shù)主要解決了輸入輸出操作的獨(dú)立性和各部件工作的并行性。由通道