OS02硬件環(huán)境

1、第第二二章章 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境n2.1 2.1 中央處理器（中央處理器（CPUCPU）n2.2 2.2 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)n2.3 2.3 中斷機制中斷機制n2.4 2.4 時鐘時鐘 12/2/202112.2 中央處理器（中央處理器（CPU）計算機中最重要的部件12/2/20212CPU的構(gòu)成與基本工作方式的構(gòu)成與基本工作方式n處理器由運算器、控制器、一系列的寄存器以及高速緩存構(gòu)成n運算器實現(xiàn)指令中的算術(shù)和邏輯運算，是計算機計算的核心n控制器負責(zé)控制程序運行的流程，包括取指令、維護CPU狀態(tài)、CPU與內(nèi)存的交互等等12/2/20213n寄存器是指令在CPU內(nèi)部作處理的過程中

2、暫存數(shù)據(jù)、地址以及指令信息的存儲設(shè)備 在計算機的存儲系統(tǒng)中它具有最快的訪問速度n高速緩存處于CPU和物理內(nèi)存之間 一般由控制器中的內(nèi)存管理單元（MMU：Memory Management Unit）管理 訪問速度快于內(nèi)存，低于寄存器 利用程序局部性原理使得高速指令處理和低速內(nèi)存訪問得以匹配，從而提高CPU的效率12/2/20214處理器中的寄存器處理器中的寄存器n寄存器提供了一定的存儲能力n速度比主存快得多n造價高，容量一般都很小兩類寄存器：n用戶可見寄存器，高級語言編譯器通過算法分配并使用之，以減少程序訪問主存次數(shù)n控制和狀態(tài)寄存器，用于控制處理器的操作 由OS的特權(quán)代碼使用, 以控制其它程

3、序的執(zhí)行12/2/20215用戶可見寄存器用戶可見寄存器n機器語言（匯編語言）直接引用n包括數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器等n數(shù)據(jù)寄存器（data register）又稱通用寄存器n地址寄存器（address register）用于存儲數(shù)據(jù)及指令的物理地址。如index register、segment pointer、stack pointer12/2/20216控制和狀態(tài)寄存器控制和狀態(tài)寄存器n用于控制處理器的操作n大部分對于用戶是不可見的n一部分可以在某種特權(quán)模式（由OS使用）下訪問12/2/20217常見的控制和狀態(tài)寄存器常見的控制和狀態(tài)寄存器n程序計數(shù)器（PC：Program Counter

4、），記錄將要取出的指令的地址n指令寄存器（IR：Instruction Register），包含最近取出的指令n程序狀態(tài)字（PSW：Program Status Word），記錄處理器的運行模式信息等等12/2/20218指令執(zhí)行的基本過程指令執(zhí)行的基本過程（1）兩個步驟：n先從存儲器中每次讀取一條指令n然后執(zhí)行這條指令一個單條指令處理過程稱為一個指令周期程序的執(zhí)行是由不斷取指和執(zhí)行的指令周期組成12/2/20219n每個指令周期開始時，依據(jù)在程序計數(shù)器中的指令地址從存儲器中取一條指令n在取指完成后根據(jù)指令類別自動將程序計數(shù)器的值變成下條指令的地址n取到的指令放在指令寄存器（IR）中n處理器解

5、釋并執(zhí)行所要求的動作指令執(zhí)行的基本過程指令執(zhí)行的基本過程（2）12/2/2021105類指令類指令n訪問存儲器指令：訪問存儲器指令： 處理器和存儲器間數(shù)據(jù)傳送nI/OI/O指令：指令： 處理器和I/O設(shè)備間數(shù)據(jù)傳送和命令發(fā)送n算術(shù)邏輯指令（數(shù)據(jù)處理指令）：算術(shù)邏輯指令（數(shù)據(jù)處理指令）： 執(zhí)行數(shù)據(jù)算術(shù)和邏輯操作n控制轉(zhuǎn)移指令：控制轉(zhuǎn)移指令： 指定一個新的指令的執(zhí)行起點n處理器控制指令：處理器控制指令： 修改處理器狀態(tài)，改變處理器工作方式12/2/202111特權(quán)指令和非特權(quán)指令特權(quán)指令和非特權(quán)指令特權(quán)指令：只能由操作系統(tǒng)使用的指令n使用多道程序設(shè)計技術(shù)的計算機指令系統(tǒng)必須要區(qū)分為特權(quán)指令和非特權(quán)

6、指令 CPU如何知道當前運行的是操作系統(tǒng)還是一般應(yīng)用軟件？有賴于處理器狀態(tài)12/2/202112處理器的狀態(tài)處理器的狀態(tài)多數(shù)系統(tǒng)將處理器工作狀態(tài)劃分為管態(tài)和目態(tài)：管態(tài)：操作系統(tǒng)管理程序運行的狀態(tài)，較高的特權(quán)級別，又稱為特權(quán)態(tài)（特態(tài)）、系統(tǒng)態(tài) 、核心態(tài)目態(tài)：用戶程序運行時的狀態(tài)，較低的特權(quán)級別，又稱為普通態(tài)（普態(tài)）、用戶態(tài)有些系統(tǒng)將處理器狀態(tài)劃分核心狀態(tài)，管理狀態(tài)和用戶程序狀態(tài)（目標狀態(tài)）三種12/2/202113實例：實例：x86系列處理器系列處理器n386、486、Pentium系列都支持4個處理器特權(quán)級別（特權(quán)環(huán)：R0、R1、R2和R3）n從R0到R3特權(quán)能力依次降低nR0相當于雙狀態(tài)系統(tǒng)

7、的管態(tài)nR3相當于目態(tài)nR1和R2則介于兩者之間，它們能夠運行的指令集合具有包含關(guān)系：3210RRRRIIII12/2/202114四個級別運行不同類別的程序：nR0-運行操作系統(tǒng)核心代碼nR1-運行關(guān)鍵設(shè)備驅(qū)動程序和I/O處理例程nR2-運行其它受保護共享代碼，如語言系統(tǒng)運行環(huán)境nR3-運行各種用戶程序現(xiàn)有基于x86處理器的操作系統(tǒng)，如UNIX、Linux以及Windows系列大都只用了R0和R3兩個特權(quán)級別12/2/202115圖圖：Intel 系列系列CPU的特權(quán)級別的特權(quán)級別12/2/202116管態(tài)和目態(tài)的差別管態(tài)和目態(tài)的差別處理器處于管態(tài)時：n全部指令（包括特權(quán)指令）可以執(zhí)行n可使

8、用所有資源n并具有改變處理器狀態(tài)的能力處理器處于目態(tài)時：n只有非特權(quán)指令能執(zhí)行12/2/202117程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSWPSW (Program Status Word ):nCPU的狀態(tài)指明管態(tài)還是目態(tài)，用來說明當前在CPU上執(zhí)行的是操作系統(tǒng)還是一般用戶程序，從而決定其是否可以使用特權(quán)指令或擁有其它的特殊權(quán)力n條件碼反映指令執(zhí)行后的結(jié)果特征n中斷屏蔽碼指出是否允許中斷12/2/202118例例1:微處理器微處理器M68000的程序狀態(tài)字的程序狀態(tài)字1514131211109876543210TSI2I1I0XNZVC條件位：條件位：C： 進位標志位進位標志位 V： 溢出標志位溢出標志位

9、Z： 結(jié)果為零標志位結(jié)果為零標志位N： 結(jié)果為負標志位結(jié)果為負標志位I0 I2：三位中斷屏蔽位三位中斷屏蔽位S：CPU狀態(tài)標志位，為狀態(tài)標志位，為1處于管態(tài)，為處于管態(tài)，為0處于目態(tài)處于目態(tài)T：陷阱陷阱（Trap）中斷指示位為中斷指示位為1， 在下一條指令執(zhí)行后引起自陷中斷在下一條指令執(zhí)行后引起自陷中斷12/2/202119CPU狀態(tài)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)的轉(zhuǎn)換目態(tài)-管態(tài) 其轉(zhuǎn)換的唯一途徑是通過中斷管態(tài)-目態(tài) 可用設(shè)置PSW(修改程序狀態(tài)字)可實現(xiàn)12/2/202120思考題思考題n什么是管態(tài)，什么是目態(tài)，為什么要區(qū)分二態(tài)？什么是管態(tài)，什么是目態(tài)，為什么要區(qū)分二態(tài)？你認為用什么方法可以區(qū)分二態(tài)？你認為用什

10、么方法可以區(qū)分二態(tài)？n在什么情況下處理機的狀態(tài)會從目態(tài)轉(zhuǎn)換到管在什么情況下處理機的狀態(tài)會從目態(tài)轉(zhuǎn)換到管態(tài)？如何實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換？態(tài)？如何實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換？n為什么為什么I/O指令是特權(quán)指令？指令是特權(quán)指令？nX86處理機提供四種狀態(tài)，而大多操作系統(tǒng)只處理機提供四種狀態(tài)，而大多操作系統(tǒng)只使用兩種狀態(tài)，你能說說原因嗎？使用兩種狀態(tài)，你能說說原因嗎？12/2/2021212.3 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)是支持OS運行的硬件環(huán)境的一個重要方面：n作業(yè)必須把它的程序和數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中才能運行n多道程系統(tǒng)中，若干個程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)要放入主存儲器n操作系統(tǒng)要管理、保護程序和數(shù)據(jù)，使它們不至于受到破壞n操作系統(tǒng)本身也

11、要存放在主存儲器中并運行 12/2/202122存儲器的類型存儲器的類型兩類存儲器：讀寫型的存儲器 只讀型的存儲器12/2/202123讀寫型的存儲器n可把數(shù)據(jù)存入其中任一地址單元，并可在以后的任何時候把數(shù)據(jù)讀出，或者重新存入新的數(shù)據(jù)的一種存儲器n常被稱為隨機訪問存儲器（RAM：Random Access Memory）nRAM主要用作存放隨機存取的程序的數(shù)據(jù)12/2/202124只讀型的存儲器:n只能從其中讀取數(shù)據(jù)，但不能隨意用普通方法寫入數(shù)據(jù)（寫入數(shù)據(jù)只能用特殊方法）n稱為只讀存儲器（ROM：Read-Only Memory）變型：PROM和EPROMnPROM：一種可編程只讀存儲器，使用

12、特殊PROM寫入器寫入數(shù)據(jù)nEPROM：用特殊的紫外線光照射此芯片，以“擦去”信息，恢復(fù)原來狀態(tài)，然后使用特殊EPROM寫入器寫入數(shù)據(jù)12/2/202125存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲系統(tǒng)設(shè)計三個問題： 容量、速度和成本n容量：需求無止境n速度：能匹配處理器的速度n成本問題：成本和其它部件相比應(yīng)在合適范圍之內(nèi)12/2/202126容量、速度和成本n三個目標不可能同時達到最優(yōu)，要作權(quán)衡n存取速度快，每比特價格高n容量大，每比特價格越低，同時存取速度也越慢12/2/202127解決方案采用層次化的存儲體系結(jié)構(gòu)n當沿著層次下降時n每比特的價格將下降，容量將增大n速度將變慢，處理器的訪問頻率也

13、將下降12/2/202128層次化的存儲體系結(jié)構(gòu)層次化的存儲體系結(jié)構(gòu)12/2/202129存儲訪問局部性原理存儲訪問局部性原理提高存儲系統(tǒng)效能關(guān)鍵點：程序存儲訪問局部性原理n程序執(zhí)行時，有很多的循環(huán)和子程序調(diào)用，一旦進入這樣的程序段，就會重復(fù)存取相同的指令集合n對數(shù)據(jù)存取也有局部性，在較短的時間內(nèi)，穩(wěn)定地保持在一個存儲器的局部區(qū)域處理器主要和存儲器的局部打交道在經(jīng)過一段時間以后，使用的代碼和數(shù)據(jù)集合會改變12/2/202130設(shè)計多級存儲的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計多級存儲的體系結(jié)構(gòu)假設(shè)兩級存儲器：n第I級包含1KB，存取時間為0.1sn第II級包含1MB，存取時間為1s存取I級中的內(nèi)容，直接存取存取II級

14、，首先被轉(zhuǎn)移到I級，然后再存取假設(shè)確定內(nèi)容所在位置時間可以忽略若在I級存儲器中發(fā)現(xiàn)存取對象的概率是95%，則平均訪問時間為：結(jié)果非常接近I級存儲的存取時間ssss15.011.005.01.095.012/2/202131T1T1：I I級存儲器的存取時間級存儲器的存取時間T2T2：IIII級存儲器的存取時間級存儲器的存取時間一個簡單二級存儲系統(tǒng)的性能一個簡單二級存儲系統(tǒng)的性能12/2/202132思考題思考題n層次化的存儲體系結(jié)構(gòu)有什么好處？層次化的存儲體系結(jié)構(gòu)有什么好處？n處理器如何知道要訪問的數(shù)據(jù)是在內(nèi)存還是處理器如何知道要訪問的數(shù)據(jù)是在內(nèi)存還是在在Cache？請設(shè)計一個你認為可行的方案

15、。請設(shè)計一個你認為可行的方案。（提示：從內(nèi)存裝數(shù)據(jù)到（提示：從內(nèi)存裝數(shù)據(jù)到Cache以塊為單位，以塊為單位，一塊一般為一塊一般為1-4k）n什么叫存儲訪問局部性原理？什么叫存儲訪問局部性原理？12/2/2021332.4 中斷技術(shù)中斷技術(shù)中斷對于操作系統(tǒng)的重要性 就像機器中的驅(qū)動齒輪一樣所以有人把操作系統(tǒng)稱為是由 “中斷驅(qū)動”或者 “（中斷）事件驅(qū)動”12/2/202134中斷機制中斷機制 中斷機制是操作系統(tǒng)得以正常工作的最重要的手段n它使得OS可以捕獲普通程序發(fā)出的系統(tǒng)功能調(diào)用n及時處理設(shè)備的中斷請求n防止用戶程序中破壞性的活動等等12/2/202135什么是中斷?n指CPU對系統(tǒng)中或系統(tǒng)外

16、發(fā)生異步事件的響應(yīng)n異步事件是指無一定時序關(guān)系的隨機發(fā)生事件如外部設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸、實時設(shè)備出現(xiàn)異常等“中斷”名稱源于：n當異步事件發(fā)生后，打斷了對當前程序的執(zhí)行n而轉(zhuǎn)去處理該異步事件n直到處理完了后，再轉(zhuǎn)回原程序中斷點繼續(xù)執(zhí)行2.4.1 中斷的概念中斷的概念12/2/202136從用戶角度看中斷從用戶角度看中斷12/2/202137引入中斷的目的n解決主機與外設(shè)的并行工作問題n提高可靠性n實現(xiàn)多機聯(lián)系n實現(xiàn)實時控制特點： 1) 中斷是隨機的 2) 中斷是可恢復(fù)的 3) 中斷是自動處理的12/2/202138n中斷源：引起中斷發(fā)生的事件n中斷寄存器：記錄中斷n中斷字：中斷寄存器的內(nèi)容n系統(tǒng)堆棧

17、:內(nèi)存中的一塊區(qū)域，用于保存現(xiàn)場幾個概念幾個概念12/2/202139中斷寄存器：n有的計算機中，為了區(qū)分和不丟失中斷信號 對應(yīng)每個中斷源分別用一固定觸發(fā)器寄存中斷信號 規(guī)定值為1時，表示有中斷信號，為0時表示無n這些觸發(fā)器的全體稱為中斷寄存器n每個觸發(fā)器稱為一個中斷位n所以中斷寄存器是由若干個中斷位組成12/2/202140中斷類型中斷類型強迫性中斷 正在運行的程序所不期望的，由于某種硬件故障或外部請求引起的自愿性中斷 用戶在程序中有意識安排的中斷，是由于用戶在編制程序時因為要求操作系統(tǒng)提供服務(wù)，有意使用“訪管”指令或系統(tǒng)調(diào)用，使中斷發(fā)生12/2/202141強迫性中斷n輸入/輸出(I/O)

18、中斷：主要來自外部設(shè)備通道n程序性中斷：運行程序中本身的中斷( (如被如被0 0除除, ,缺頁中斷缺頁中斷, ,缺段中斷缺段中斷, ,地址越界地址越界) )n時鐘中斷n控制臺中斷n硬件故障中斷12/2/202142自愿性中斷又稱訪管中斷n執(zhí)行I/O指令，創(chuàng)建進程，分配內(nèi)存n信號量操作，發(fā)送/接收消息12/2/202143IBM370中的中斷中的中斷1. 機器故障中斷：如電源故障、電路檢驗出錯等2. 輸入輸出中斷：I/O設(shè)備完成任務(wù)時產(chǎn)生3. 外部中斷：時鐘中斷、多機系統(tǒng)中其它CPU的通信要求中斷等4. 程序中斷：程序中的問題引起的中斷，如錯誤地使用指令或數(shù)據(jù)、存儲保護等5. 訪管中斷：每當CP

19、U執(zhí)行訪管指令時，即引起中斷并調(diào)用操作系統(tǒng)相應(yīng)的功能模塊為其服務(wù)12/2/2021442.4.2 2.4.2 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)的兩大組成部分：硬件中斷裝置和軟件中斷處理程序n中斷裝置-中斷系統(tǒng)的機制部分 負責(zé)捕獲中斷源發(fā)出的中斷請求，以一定方式響應(yīng)中斷源，然后將處理器控制權(quán)交給特定的中斷處理程序n中斷處理程序-中斷系統(tǒng)的策略部分 12/2/202145中斷裝置的基本功能中斷裝置的基本功能n發(fā)現(xiàn)中斷n響應(yīng)中斷：保護現(xiàn)場、找到恰當?shù)闹袛嗵幚沓绦?2/2/202146處理器如何發(fā)現(xiàn)中斷信號？ 處理器的控制部件中設(shè)一個能檢測中斷的機構(gòu)，稱為中斷掃描機構(gòu)n在每條指令執(zhí)行周期的最后時刻掃描中斷寄存

20、器，詢問是否有中斷信號n若無中斷信號，繼續(xù)執(zhí)行下一條指令n若有中斷，中斷硬件就進行中斷響應(yīng)發(fā)現(xiàn)中斷發(fā)現(xiàn)中斷12/2/202147響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷n如何響應(yīng)中斷？使用“向量中斷”機制12/2/202148中斷向量表：中斷向量表：將主存最低端的若干個字節(jié)保留作為中斷向量表，每個中斷向量占兩個字中斷向量？PC、PSW12/2/202149中斷響應(yīng)的過程中斷響應(yīng)的過程12/2/202150中斷處理過程小結(jié)中斷處理過程小結(jié)中斷處理一般過程：（1）設(shè)備給處理器發(fā)一個中斷信號（2）處理器處理完當前指令后檢測到中斷，判斷出中斷來源并向發(fā)送中斷的設(shè)備發(fā)送確認中斷信號，確認信號使得該設(shè)備將中斷信號恢復(fù)到一般狀態(tài)（

21、3）處理器開始為軟件處理中斷做準備： 保存中斷點的程序執(zhí)行上下文環(huán)境，這通常包括程序狀態(tài)字PSW，程序計數(shù)器PC，一些寄存器的值，它們通常保存在系統(tǒng)棧中,處理器狀態(tài)被切換到管態(tài)12/2/202151（4）處理器根據(jù)中斷源查詢中斷向量表，獲得與該中斷相聯(lián)系的處理程序入口地址，并將PC置成該地址，處理器開始一個新的指令周期，控制轉(zhuǎn)移到中斷處理程序（5）中斷處理程序開始工作（6）中斷處理結(jié)束時，執(zhí)行中斷返回指令，被中斷程序的上下文環(huán)境從系統(tǒng)堆棧中被恢復(fù)，處理器狀態(tài)恢復(fù)成原來的狀態(tài)。（7）PSW和PC被恢復(fù)成中斷前的值，處理器開始一個新的指令周期，中斷處理結(jié)束12/2/202152設(shè)備控制器或其他設(shè)備

22、控制器或其他系統(tǒng)硬件發(fā)出中斷系統(tǒng)硬件發(fā)出中斷處理器完成當前指處理器完成當前指令的執(zhí)行令的執(zhí)行處理器接受中斷處理器接受中斷處理器將處理器將PSW和和PC推入系統(tǒng)堆棧推入系統(tǒng)堆棧處理器根據(jù)中斷類處理器根據(jù)中斷類型讀入新的型讀入新的PC和和PSW值值中斷系統(tǒng)硬件完成的工中斷系統(tǒng)硬件完成的工作作12/2/202153保存保存CPU狀態(tài)的其狀態(tài)的其余信息余信息執(zhí)行中斷處理程序執(zhí)行中斷處理程序恢復(fù)恢復(fù)CPU狀態(tài)信息狀態(tài)信息從系統(tǒng)堆?；謴?fù)原從系統(tǒng)堆棧恢復(fù)原PSW和和PC中斷系統(tǒng)軟件完成的工作中斷系統(tǒng)軟件完成的工作12/2/2021542.4.3 2.4.3 中斷的其它問題中斷的其它問題中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級在

23、一些機器中，中斷優(yōu)先級按中斷類型劃分：n 以機器故障中斷的優(yōu)先級最高 n 程序中斷和訪問管理程序中斷次之 n 外部中斷更次之 n 輸入輸出的優(yōu)先級最低12/2/202155中斷屏蔽中斷屏蔽在CPU上運行的程序，有時由于種種原因，不希望其在執(zhí)行過程中被別的事件所中斷，稱為中斷屏蔽n在PSW中設(shè)置中斷屏蔽碼以屏蔽某些指定的中斷類型n各設(shè)備接口中也有中斷禁止位，以禁止該設(shè)備的中斷12/2/202156多個中斷的處理多個中斷的處理若中斷處理過程中又發(fā)生中斷，引起多中斷處理問題兩種策略方法：n第一種： 處理一個中斷時禁止中斷，對任何新中斷置之不理，當再次允許中斷時，新中斷才被響應(yīng)。第一種策略的軟件實現(xiàn)方

24、法： 在任何中斷處理前使用禁止中斷指令 在處理結(jié)束后開放中斷指令 所有中斷嚴格按照發(fā)生順序處理 不考慮中斷緊急程度，無法達到較嚴格時間要求12/2/202157多中斷處理第一種策略方法多中斷處理第一種策略方法12/2/202158n第二種： 中斷按照優(yōu)先度分級 允許優(yōu)先級高中斷打斷優(yōu)先級低的中斷處理過程 這樣中斷優(yōu)先級技術(shù)將引起中斷處理的嵌套 只要合適地定義中斷的優(yōu)先級別 方法一的弊端大都可以克服12/2/202159用戶程序低級中斷高級中斷多中斷處理第二種策略方法多中斷處理第二種策略方法12/2/202160典型的中斷處理（典型的中斷處理（1 1）：）：I/O中斷中斷由I/O設(shè)備的控制器或者

25、通道發(fā)出兩類I/O中斷：nI/O操作正常結(jié)束如果要繼續(xù)I/O操作，需要在準備好以后重新啟動I/O，若請求I/O程序正處于等待I/O狀態(tài)，則應(yīng)將其喚醒nI/O異常需要重新執(zhí)行失敗的I/O操作重試次數(shù)有上限，次數(shù)過大，系統(tǒng)將判定硬件故障12/2/202161典型的中斷處理（典型的中斷處理（2）：硬件故障中斷硬件故障中斷 硬件故障中斷處理程序一般需要做的工作：n保存現(xiàn)場，使用一定警告手段，提供些輔助診斷信息n在高可靠系統(tǒng)中，中斷處理程序還要評估系統(tǒng)可用性，盡可能恢復(fù)系統(tǒng)如Windows 2000/XP，關(guān)鍵硬件發(fā)生故障時，如顯示卡損壞，出現(xiàn)系統(tǒng)藍屏，系統(tǒng)實際上進入相應(yīng)故障處理程序，發(fā)現(xiàn)故障不可恢復(fù)，

26、則在屏幕上打印出發(fā)生故障時程序位置，并開始進行內(nèi)存轉(zhuǎn)儲（將一定范圍的內(nèi)存內(nèi)容寫上磁盤，是系統(tǒng)故障時的全系統(tǒng)“快照”），備日后故障診斷12/2/202162程序指令出錯、指令越權(quán)或者指令尋址越界而引發(fā)兩類處理方法：n只能由操作系統(tǒng)的相關(guān)擴展功能模塊完成 多為程序試圖作不能做的操作引起的系統(tǒng)保護 如訪問合法的、但不在內(nèi)存虛地址內(nèi)，引發(fā)頁故障，頁故障一般會引發(fā)OS虛存模塊作一個頁面換入n可由程序自己完成，如一些算術(shù)運算錯誤 不同程序可有不同處理方法典型的中斷處理典型的中斷處理( (3)3)：程序性中斷：程序性中斷12/2/202163典型的中斷處理典型的中斷處理(4)：系統(tǒng)服務(wù)請求（自愿性中斷）：系統(tǒng)服務(wù)請求（自愿性中斷）系統(tǒng)服務(wù)請求由處理器專用指令（訪管指令）激發(fā)n如x86處理器提供int指令n其他不少處理器則提供系統(tǒng)調(diào)用指令syscall 執(zhí)行專用指令的結(jié)果是系統(tǒng)被切換到管態(tài)，并且轉(zhuǎn)移到一段專門OS程序處開始執(zhí)行n指令格式通常是指令名加請求服務(wù)識別號nOS利用處理器提供的這種接口建立系統(tǒng)服務(wù)體系n處理器一般不負責(zé)定義系統(tǒng)調(diào)用所傳遞的參數(shù)格式12/2/202164n現(xiàn)代操作系統(tǒng)一般不提供直接使用系統(tǒng)調(diào)用指令的接口，通常做法：提供一套方便、實用的應(yīng)用程序函數(shù)庫（應(yīng)用程序設(shè)計接口API）u從應(yīng)用層面重新封裝系統(tǒng)調(diào)用u屏蔽復(fù)雜的系統(tǒng)調(diào)用傳參問題u高級語