î 例題6

　　處理機為什么要區(qū)分核心態(tài)和用戶態(tài)兩種操作方式?什么情況下進行兩種方式的轉(zhuǎn)換?

　　例題6解答

　　在CPU中運行的操作系統(tǒng)程序和用戶程序?qū)��?yīng)的機器指令集是不同的。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，根據(jù)執(zhí)行程序?qū)�資源和機器指令的使用權(quán)限，把機器設(shè)置為兩個狀態(tài)：核心態(tài)和用戶態(tài)。

　　也就是說，當(dāng)系統(tǒng)處于核心態(tài)時，就可以使用所有指令、資源，并具備改變CPU狀態(tài)的能力;而當(dāng)CPU在用戶態(tài)時，只能使用非特權(quán)指令。

　　如果CPU執(zhí)行用戶程序時(用戶態(tài))出現(xiàn)了中斷，系統(tǒng)將自行轉(zhuǎn)到中斷處理程序，CPU就由用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到核心態(tài);中斷處理結(jié)束后，返回繼續(xù)執(zhí)行用戶程序，此時CPU又由核心態(tài)轉(zhuǎn)到用戶態(tài)。

　　î 例題7

　　為了讓用戶進程互斥地進入臨界區(qū)，可以把整個臨界區(qū)實現(xiàn)成不可中斷的過程，即用戶有屏蔽所有中斷的能力。每當(dāng)用戶程序進入臨界區(qū)的時候，屏蔽所有中斷;當(dāng)出了臨界區(qū)的時候，再開放所有中斷。你認為這種方法有什么缺點?

　　例題7解答

　　用戶進程進入臨界區(qū)時屏蔽所有中斷，應(yīng)當(dāng)也包括系統(tǒng)程序。若屏蔽的是用戶進程，的確可以保護臨界資源，但若系統(tǒng)所發(fā)出的中斷也被屏蔽，則會引起錯誤。雖然系統(tǒng)外中斷往往與當(dāng)前運行的程序無關(guān)，但如果是一些重要的硬件中斷，如電源故障等，就可能會引起錯誤，故不可盲目屏蔽所有中斷。

　　î 例題8

　　操作系統(tǒng)有哪幾種類型，各自的工作方式是怎樣的?

　　例題8解答

　　操作系統(tǒng)的基本類型有：批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、個人計算機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。

　　(1)批處理系統(tǒng)。在批處理系統(tǒng)中，用戶不能直接控制其作業(yè)的運行。一個作業(yè)包括程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書，作業(yè)說明書中描述該作業(yè)的處理要求。用戶通過輸入設(shè)備將作業(yè)提交給系統(tǒng)后，系統(tǒng)將其放入外存的后備作業(yè)隊列中，系統(tǒng)按一定調(diào)度策略從后備作業(yè)隊列中選擇一個或多個作業(yè)進入內(nèi)存，系統(tǒng)按作業(yè)說明書運行作業(yè)。即運行過程中，用戶與作業(yè)間沒有交互作用，不能直接干預(yù)作業(yè)的運行。

　　(2)分時系統(tǒng)。在分時系統(tǒng)中，主機連接著多個終端(Terminal)，用戶使用各自的終端直接控制自己“程序”運行，操作系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)的方法輪流為多個用戶服務(wù)。UNIX就是一個非常著名的分時系統(tǒng)。分時系統(tǒng)具有以下特點：

　　— 多路性，微觀上各用戶輪流使用計算機，宏觀上各用戶并行工作;

　　— 交互性，用戶直接控制自己的“程序”運行，以人機會話方式工作;

　　— 獨立性，各用戶可獨立操作，互不干涉，不會發(fā)生混淆或破壞現(xiàn)象;

　　— 及時性，對用戶的請求能及時做出響應(yīng)，尤其是較批處理系統(tǒng)響應(yīng)時間快。

　　(3)實時系統(tǒng)。實時系統(tǒng)往往是作為一控制設(shè)備使用的，它能夠及時響應(yīng)隨機發(fā)生的外部事件，并在嚴格的時間范圍內(nèi)完成事件的處理，其主要特點一是及時性、二是高可靠性。實時系統(tǒng)又分為實時控制系統(tǒng)(如工業(yè)過程控制)和實時信息處理系統(tǒng)(如航空、鐵路訂票系統(tǒng))兩種。

　　(4)個人計算機操作系統(tǒng)。由于近年來個人計算機(PC)的發(fā)展，個人計算機操作系統(tǒng)也有了很大發(fā)展，如Windows 2000系列操作系統(tǒng)、OS2等，它們都是較為著名的個人計算機操作系統(tǒng)，用戶以聯(lián)機交互方式使用計算機。

　　(5)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是使網(wǎng)絡(luò)上各計算機能方便而有效地通信及共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供所需各種服務(wù)的軟件、有關(guān)協(xié)議的集合。包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、系統(tǒng)安全和多種服務(wù)。

　　(6)分布式操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)也是通過網(wǎng)絡(luò)將具有自治功能的計算機互聯(lián)，未實現(xiàn)通信和資源共享，并協(xié)作完成任務(wù)的。它更強調(diào)如何將某個大任務(wù)劃分為小任務(wù)，分派到不同系統(tǒng)協(xié)作完成。

　　î 例題9

　　簡述系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)過程。

　　例題9解答

　　系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給軟件開發(fā)人員的唯一接口，開發(fā)人員可以利用它使用系統(tǒng)功能。OS核心中都有一組實現(xiàn)系統(tǒng)功能的過程(子程序)，系統(tǒng)調(diào)用是對上述過程的調(diào)用。因此系統(tǒng)調(diào)用直觀上就像一個黑匣子，對用戶屏蔽操作系統(tǒng)的具體動作而只提供有關(guān)的功能。

　　為了實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)設(shè)計人員還必須為實現(xiàn)各種系統(tǒng)調(diào)用功能的子程序編造入口地址表，每個入口地址都與相應(yīng)的系統(tǒng)子程序名相對應(yīng)。然后，由陷阱處理程序把陷阱指令中所包含的功能號與該入口地址表中的有關(guān)項對應(yīng)起來，從而由系統(tǒng)調(diào)用功能號驅(qū)動有關(guān)系統(tǒng)子程序執(zhí)行。

　　由于在系統(tǒng)調(diào)用處理結(jié)束后，用戶程序還需利用系統(tǒng)調(diào)用的返回結(jié)果繼續(xù)執(zhí)行，因此，在進入系統(tǒng)調(diào)用處理之前，陷阱處理機構(gòu)還需保存處理機現(xiàn)場。再者，在系統(tǒng)調(diào)用處理結(jié)束之后，陷阱處理機構(gòu)還要恢復(fù)處理現(xiàn)場。在操作系統(tǒng)中，處理機的現(xiàn)場一般被保護在特定的內(nèi)存區(qū)或寄存器中。系統(tǒng)調(diào)用的處理過程如圖1-6所示。

　　有關(guān)系統(tǒng)調(diào)用的另一個問題是參數(shù)傳遞問題，不同的系統(tǒng)調(diào)用需要傳遞給系統(tǒng)子程序以不同的參數(shù)。而且，系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行結(jié)果也是以參數(shù)形式返回給用戶程序的。一般把處理機在用戶程序中執(zhí)行稱為用戶態(tài)，而把處理機在系統(tǒng)程序中執(zhí)行稱為系統(tǒng)態(tài)。

　　î 例題10

　　什么是中斷響應(yīng)?什么是中斷優(yōu)先級?什么是中斷屏敝?中斷處理分哪幾個階段?

　　例題10解答

　　CPU暫�，F(xiàn)行程序而轉(zhuǎn)去響應(yīng)中斷請求的過程稱為中斷響應(yīng)。

　　為使系統(tǒng)能及時響應(yīng)并處理發(fā)生的所有中斷，系統(tǒng)根據(jù)引起中斷事件的重要性和緊迫程度，硬件將中斷源分為若干個級別，稱作中斷優(yōu)先級。

　　中斷屏蔽是指在提出中斷請求之后，CPU不予響應(yīng)的狀態(tài)。

　　中斷處理分為4個階段：

　　1.保存被中斷程序的現(xiàn)場，其目的是為了在中斷處理完之后，可以返回到原來被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行;

　　2.分析中斷源，判斷中斷原因;

　　3.轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序;

　　4.恢復(fù)被中斷程序現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行被中斷程序。