操作系統(tǒng)筆記

1、操作系統(tǒng)的定義： 操作系統(tǒng)(Operating System, OS)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件系統(tǒng)的首次擴充1.1操作系統(tǒng)的目標和作用 在計算機系統(tǒng)上配置操作系統(tǒng)主要目標與計算機系統(tǒng)的規(guī)模和應用環(huán)境有關。操作系統(tǒng)的目標方便性l 硬件只能識別機器代碼（0、1）l OS提供命令，方便用戶使用計算機有效性l 使CPU、I/O保持忙碌，充分利用l 使內(nèi)存、外存數(shù)據(jù)存放有序，節(jié)省空間l 合理組織工作流程，改善資源利用率，提高吞吐量可擴充性l 計算機技術的發(fā)展：硬件/體系結構/網(wǎng)絡/Internetl OS應采用層次化結構，便于擴充和修改功能層次和模塊開放性l 支持網(wǎng)絡環(huán)境，兼容遵循OS

2、I標準開發(fā)的硬件和軟件1.1.2 操作系統(tǒng)的作用 1. 用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口l 命令方式用戶通過鍵盤輸入聯(lián)機命令(語言)l 系統(tǒng)調(diào)用方式用戶程序通過系統(tǒng)調(diào)用，操縱計算機l 圖形、窗口方式用戶通過窗口、圖標等圖形界面操縱計算機2.計算機系統(tǒng)資源管理者l 4大類資源：處理機；存儲器；I/O設備；信息（文件：程序、數(shù)據(jù)）3.對計算機資源的抽象(擴充機器)l 裸機：只有硬件的計算機，難以使用l 虛機器：在裸機增加軟件(OS等)，功能增強，使用方便1.1.3 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力1.不斷提高計算機資源利用率早期計算機很昂貴，為提高資源利用率，產(chǎn)生了批處理系統(tǒng)2.方便用戶為改善用戶上機、調(diào)

3、試程序時的條件，產(chǎn)生了分時系統(tǒng)3.器件的不斷更新?lián)Q代OS隨之更新?lián)Q代，如：8位->16位->32位4.計算機體系結構的不斷發(fā)展單處理機OS->多處理機OS->網(wǎng)絡操作系統(tǒng)1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程· 無操作系統(tǒng)時代OS尚未出現(xiàn)，人們?nèi)绾问褂糜嬎銠C？· 人工操作方式 人工操作方式的缺點· 用戶獨占全機· CPU等待人工操作· 結果：資源利用率低下· 脫機輸入輸出系統(tǒng)· 低速設備n 紙帶機/卡片機· 高速設備n 磁帶/磁盤n I/O速度提高，緩解了I/O設備與CPU的速度矛盾· 主機：

4、用于計算的主計算機· 外圍機：也是計算機，處理輸入輸出，使之不占用主機CPU時間· 外圍機控制輸入/輸出 n 輸入：低速設備->高速設備n 輸出：高速設備->低速設備n 輸入和輸出使用獨立于主機的外圍機，不占用主機的CPU時間，是脫機過程，因此叫做脫機輸入/輸出方式· 單道批處理系統(tǒng)· 計算機發(fā)展的早期，沒有任何用于管理的軟件，所有的運行管理和具體操作都由用戶自己承擔，任何操作出錯都要重做作業(yè)，CPU的利用率甚低。· 解決的方法有兩個：· 首先配備專門的計算機操作員，程序員不再直接操作機器，減少操作機器的錯誤。·

5、 另一個是進行批處理，操作員把用戶提交的作業(yè)分類，把一批中的作業(yè)編成一個作業(yè)執(zhí)行序列。每一批作業(yè)將有專門編制的監(jiān)督程序（monitor）自動依次處理。 說明：· 監(jiān)督程序的作用：用來裝入用戶作業(yè)，和用戶作業(yè)交替地使用CPU。· “批”的含義：供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個作業(yè)組裝成，在處理中使用一組相同的系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)帶）。 · 關于“作業(yè)”的說明：通常，把計算機完成用戶算題任務所需進行的各項工作稱為一道作業(yè)。· 多道批處理系統(tǒng)· 早期的批處理可能出現(xiàn)兩種情況：n 對于以計算為主的作業(yè)，輸入輸出量少，外圍設備空閑；n 對于以輸入輸出為主的

6、作業(yè)，主機空閑。 問題的提出 在早期的單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)存中僅有單個作業(yè)在運行，致使系統(tǒng)中仍有許多資源空閑，設備利用率低，系統(tǒng)性能較差。 多道程序設計技術 若當前作業(yè)因等待I/O而暫停，CPU只能空閑直至該I/O完成 對于科學計算問題，CPU操作密集，CPU浪費時間少 對于商業(yè)數(shù)據(jù)處理，I/O操作密集，I/O等待時間常占8090解決辦法 將內(nèi)存分幾個部分，每部分放不同的作業(yè) 當一個作業(yè)等待I/O時，CPU可被另一作業(yè)使用 在主存中同時駐留多個作業(yè) 多道程序設計 多道程序設計是指允許多個程序同時進入一個計算機系統(tǒng)的主存儲 器并啟動進行計算的方法。合理搭配I/O為主和計算為主的程序交替運行，充分

7、利用資源，提高系統(tǒng)效率。 多道程序的運行特點：· 多道：計算機內(nèi)存中同時存放多道相互獨立的程序。· 宏觀上并行運行：同時進入系統(tǒng)的幾道程序都處于運行狀態(tài)，但都未運行完。· 微觀上串行運行：各作業(yè)輪流使用CPU，交替執(zhí)行。· 實現(xiàn)技術：當正在運行的程序因I/O暫停執(zhí)行時，系統(tǒng)可調(diào)度另一道程序運行，使CPU保持忙碌。· 例題：有兩道程序A、B，按下圖以多道程序方式運行，要求在右圖畫出它們的運行軌跡，并計算在60ms內(nèi)，CPU的利用率，假設起始時首先運行B，并允許忽略監(jiān)督程序切換A、B的時間（不考慮I/O的沖突）。· 分時系統(tǒng)·

8、概念：時間片、終端、響應時間· 分時(Time Sharing)是把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時間）進行時間上的分割，每個時間段稱為一個時間片(Time Slice) ，每個用戶依次輪流使用時間片。· 分時技術：把處理機的運行時間分為很短的時間片，按時間片輪流把處理機分配給各聯(lián)機作業(yè)使用 分時系統(tǒng)的定義· 分時操作系統(tǒng)：是一種聯(lián)機的多用戶交互式的操作系統(tǒng)。一般采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式，使一臺計算機為多個終端服務。對每個用戶能保證足夠快的響應時間，并提供交互會話能力。 分時系統(tǒng)的特點· 多路性n 系統(tǒng)支持單主機多個終端，按分時原則服務· 獨立性n

9、 各用戶獨立操作，互不干擾。· 及時性n 對用戶請求的響應時間短(13s)· 交互性n 用戶向系統(tǒng)提出服務請求更方便，也更廣泛n 通過終端· 實時系統(tǒng)· 產(chǎn)生背景：雖然多道批處理操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)獲得了較佳的資源利用率和快速的響應時間，從而使計算機的應用范圍日益擴大但它們難以滿足實時控制和實時信息處理領域的需要。· 于是，便產(chǎn)生了實時操作系統(tǒng)，目前典型的實時系統(tǒng)：實時控制系統(tǒng)、實時信息處理系統(tǒng)。 什么是實時系統(tǒng)？· 有高可靠性和安全性，系統(tǒng)的效率則放在第二位 典型的實時系統(tǒng)（1）· 實時控制系統(tǒng):計算機用于生產(chǎn)過程控制時

10、，要求系統(tǒng)能現(xiàn)場實時采集數(shù)據(jù)，并對采集的數(shù)據(jù)進行及時處理，進而能自動地發(fā)出控制信號控制相應執(zhí)行機構，使某些參數(shù)（壓力、溫度、距離、濕度）能按予定規(guī)律變化，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。· 導彈制導系統(tǒng)，飛機自動駕駛系統(tǒng)，火炮自動控制系統(tǒng)都是實時過程控制系統(tǒng)。 典型的實時系統(tǒng)（2）· 實時信息處理系統(tǒng)：計算機還可用于控制進行實時信息處理。計算機接收成干上百從各處終端發(fā)來的服務請求和提問，系統(tǒng)應在極快的時間內(nèi)做出回答和響應。· 機票訂購系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)是典型的實時信息處理系統(tǒng)· 微機操作系統(tǒng)1.單用戶單任務OS· 只允許一個用戶上機，且只允許用戶程序作為一個任

11、務運行。· 典型代表：n CP/Mw 8位機上的主流操作系統(tǒng)n MS-DOSw 最早的PC操作系統(tǒng)w 16位機上的主流操作系統(tǒng) 2.單用戶多任務操作系統(tǒng)· 只允許一個用戶上機，但允許用戶把程序分為若干個任務，使它們并發(fā)執(zhí)行。· 典型代表：n 微軟公司推出的windows3.多用戶多任務OS· 允許多個用戶通過各自的終端使用同一臺機器，共享主機系統(tǒng) 中的各種資源，而每個用戶程序又可進一步分為幾個任務，使它們能并發(fā)執(zhí)行。· 典型代表：UNIX1.3 操作系統(tǒng)的基本特性· 以多道程序設計為基礎的現(xiàn)代操作系統(tǒng)具有以下幾個主要特征：n 并發(fā)性（

12、Concurrence）n 共享性（Sharing）n 異步性（Asynchronism）或稱不確定性（Nondeterministic）n 虛擬性（Virtual）并發(fā)性· 概念：并發(fā)、并行、進程· 并發(fā)性（Concurrence）是指兩個或兩個以上的運行程序在同一時間間隔段內(nèi)同時執(zhí)行。· 操作系統(tǒng)是一個并發(fā)系統(tǒng)，并發(fā)性是它的重要特征，它應該具有：處理多個同時執(zhí)行的程序的能力。并行與并發(fā)的不同： 并行性是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生 并發(fā)性是指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生引入進程· 在多道程序系統(tǒng)中，為了能夠并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須為每個程序建立進程

13、。n 程序是靜態(tài)的，進程是動態(tài)的。n 進程能支持并發(fā)，程序不能。· 進程由一組機器指令、數(shù)據(jù)和堆棧組成，是一個能獨立運行的活動實體。· 進程是資源分配的獨立單位。· 多個進程能并發(fā)執(zhí)行，進程運行時要占用一定的系統(tǒng)資源，如 CPU、存儲空間和I/O設備等。共享性（sharing）· 概念：互斥訪問、臨界資源、同時訪問· 共享指操作系統(tǒng)中的資源（包括硬件資源和信息資源）可被多個并發(fā)執(zhí)行的進程所使用。· 發(fā)生條件n 多個進程并發(fā)執(zhí)行n 多個進程需要同一資源資源共享的方式· 資源共享的方式可以分成兩種：· 第一種是互斥共享

14、。系統(tǒng)中的某些資源如打印機、磁帶機、卡片機，雖然它們可提供給多個進程使用，但在同一時間內(nèi)卻只允許一個進程訪問這些資源。· 這種同一時間內(nèi)只允許一個進程訪問的資源稱臨界資源，許多物理設備，以及某些數(shù)據(jù)和表格都是臨界資源，它們只能互斥地被共享。· 第二種是同時訪問。系統(tǒng)中的還有許多資源，允許同一時間內(nèi)多個進程對它進行訪問，這里“同時”是宏觀上的說法。典型的可供多進程同時訪問的資源是磁盤。 共享與并發(fā)· 共享性和并發(fā)性是操作系統(tǒng)兩個最基本的特征，它們互為依存：n 一方面，資源的共享是因為運行程序的并發(fā)執(zhí)行而引起的，若系統(tǒng)不允許運行程序并發(fā)執(zhí)行，自然也就不存在資源共享問題

15、。n 另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效地管理，必然會影響到運行程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至運行程序無法并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)也就失去了并發(fā)性，導致整個系統(tǒng)效率低下。1.3.3 虛擬技術· 虛擬是指操作系統(tǒng)中的一種管理技術，它是把物理上的一個實體變成邏輯上的多個對應物，顯然，前者是實際存在的而后者是虛構假想的。· 時分復用n 虛擬處理機w 通過多道程序和分時使用CPU技術，物理上的一個CPU變成邏輯上的多個CPUn 虛擬設備w 打印機n 若某物理設備通過時分復用虛擬為N臺，則虛擬設備速度是原設備的1/N· 空分復用n 虛擬磁盤w 1個硬盤實體->多個邏輯卷n 虛擬存

16、儲器w 虛擬存儲器則是把物理上的多個存儲器(主存和輔存)變成邏輯上的一個(虛存)的例子w 內(nèi)存空分復用提高內(nèi)存空間利用率w 結合時分復用，可實現(xiàn)在邏輯上擴大內(nèi)存，使程序中遠小于它的空間運行n 若某物理設備通過空分復用虛擬為N臺，則虛擬設備占用空間是原設備的1/N異步性· 異步性（Asynchronism）亦稱不確定性，（ Nondeterministic ）進程以人們不可預知的速度向前推進，即進程的異步性。· 在多道程序環(huán)境中，允許多個進程并發(fā)執(zhí)行，由于資源有限而進程眾多，進程的執(zhí)行往往不是一氣呵成，而是“走走停?！?，其運行、暫停和完成的時間都無法確定。a. 系統(tǒng)中的進程何

17、時執(zhí)行？b. 何時暫停？c. 以什么樣的速度向前推進？d. 進程總共要多少時間執(zhí)行才能完成？· 這些都是不可預知的，或者說該進程是以不確定的方式運行的，不確定性給系統(tǒng)帶來了潛在的危險，有可能導致與時間有關的錯誤。· 但只要運行環(huán)境相同，操作系統(tǒng)必須保證多次運行作業(yè)，都會獲得完全相同的結果。設計操作系統(tǒng)必修考慮異步性帶來的問題。1. 4操作系統(tǒng)功能· 操作系統(tǒng)有如下幾個基本功能：u 處理機管理u 存儲器管理u 設備管理u 文件管理u 用戶接口（一） 處理機管理· 在傳統(tǒng)的多道程序系統(tǒng)中，處理機的分配和運行都是以進程為基本單位，因而對處理機的管理可歸結為對進

18、程的管理：· 進程控制n 創(chuàng)建、撤銷、狀態(tài)轉(zhuǎn)換· 進程同步n 訪問臨界資源、協(xié)調(diào)合作次序· 進程通信n 合作進程的消息交換· 調(diào)度n 作業(yè)調(diào)度、進程調(diào)度（二） 存儲器管理· 存儲管理的主要任務是管理存儲器資源，為多道程序運行提供有力支撐。存儲管理的主要功能包括： · 內(nèi)存分配n 存儲管理將根據(jù)用戶程序的需要給它分配存儲器資源，并在其使用完畢后回收。 · 內(nèi)存保護n 存儲管理要把各個用戶程序相互隔離起來互不干擾，更不允許用戶程序訪問操作系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)，從而保護用戶程序存放在存儲器中的信息不被破壞。 · 地址映射n

19、進程邏輯地址到內(nèi)存物理地址的映射。這樣程序員無需知道自己的程序分配到內(nèi)存的什么具體物理地址，僅僅知道自己的邏輯地址即可，體現(xiàn)了存儲的無關性。· 內(nèi)存擴充n 借助虛擬存儲技術，從邏輯上擴充內(nèi)存，使用戶感覺到比實際大的多的內(nèi)存，可是更多程序并發(fā)運行。n 功能：請求調(diào)入、置換（三） 設備管理· 設備管理的主要任務： 管理各類外圍設備，完成用戶提出的I/O請求，加快I/O信息的傳送速度，發(fā)揮I/O設備的并行性，提高I/O設備的利用率；以及提供每種設備的設備驅(qū)動程序和中斷處理程序，向用戶屏蔽硬件使用細節(jié)· 設備管理的主要功能：1. 緩沖管理w 緩沖區(qū)，緩和CPU和I/O速度

20、不匹配的矛盾w 單緩沖、雙緩沖、公用緩沖2. 設備分配w 為進程分配設備，以及設備控制器、通道3. 設備處理w 設備驅(qū)動程序：CPU和設備控制器之間的通信（四）文件管理· 上述三種管理是針對計算機硬件資源的管理。· 文件管理則是對系統(tǒng)的軟件資源的管理。· 在現(xiàn)代計算機中，通常把程序和數(shù)據(jù)以文件形式存儲在外存儲器上，供用戶使用。為此，OS需配置文件管理機構。· 文件存儲空間的管理n 為文件分配外存空間，提供外存利用率n 記錄外存使用情況、分配、回收外存空間· 目錄管理n 為文件建立目錄項，有效組織，按名存取· 文件的讀/寫管理和保護n

21、向外存讀取/寫入數(shù)據(jù)n 防止文件被非法竊取或破壞存取控制（五）OS與用戶之間的接口1. 用戶接口n 聯(lián)機接口w 命令，用戶通過和終端交互控制作業(yè)n 脫機接口w 作業(yè)控制語言(JCL)，用戶通過作業(yè)說明書委托系統(tǒng)代為控制作業(yè)n 圖形用戶接口w 用直觀圖標、菜單、對話框替代命令，免于單調(diào)、繁瑣和記憶之累2. 程序接口n 供用戶程序使用OS服務的系統(tǒng)調(diào)用1.5 操作系統(tǒng)的結構設計· 操作系統(tǒng)規(guī)模龐大，結構復雜，其質(zhì)量的好壞直接關系到計算機系統(tǒng)能否有效可靠的運行。· 從操作系統(tǒng)的發(fā)展過程來看，操作系統(tǒng)的結構有如下幾種：1. 無結構OS· 在早期開發(fā)操作系統(tǒng)時，設計者只是把

22、他的注意力放在功能的實現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設計思想。這種OS是無結構的，也稱整體系統(tǒng)結構。· 整個操作系統(tǒng)是一組過程的集合，每個過程都可以調(diào)用任意其他過程。· 優(yōu)點：程序緊湊，可有效利用內(nèi)存。· 缺點：程序雜亂，錯誤多、維護難。2. 模塊化結構OS· 將OS按其功能精心地劃分為若干個具有一定獨立性和大小的模塊，每個模塊具有某方面的管理功能；· 仔細地規(guī)定好各模塊之間的接口，使各模塊之間能通過該接口實現(xiàn)交互。· 關鍵問題：n 模塊的劃分n 規(guī)定好模塊之間的接口· 衡量模塊獨立性n 內(nèi)聚性：模塊內(nèi)部的聯(lián)系緊密程度n

23、 耦合性：模塊之間的聯(lián)系和影響程度· 優(yōu)點：n 比無結構OS，更容易設計、開發(fā)和維護，錯誤更少，適應性更好· 缺點：n 接口規(guī)定難以滿足實際需求n 模塊設計決定的“無序性”3. 分層式結構OS所謂分層結構，即是把操作系統(tǒng)劃分為內(nèi)核和若干模塊（或進程）組成，這些模塊（或進程）排列成若干層，各層之間只能是單向依賴關系，不構成循環(huán)。· 設計任務：n 在目標系統(tǒng)An和裸機系統(tǒng)(宿主系統(tǒng))A0之間，鋪設若干層軟件啊A1, A2, , An-1，使An能通過這些層，最終在A0上運行。· 設計原則：n 每一步都設計都建立在可靠的基礎上。n 每一層僅能使用其底層提供的功

24、能和服務。n 各層之間單向依賴，高層僅依賴相鄰低層。n 每層可包括若干模塊。n 對每一層精心設計和充分測試后，認為其是正確的，并且與其所有高層無關。· 優(yōu)點：n 易保證正確w 有序，自下而上、所有設計決定建立在較為可靠的基礎上n 易擴充、維護w 增加、修改或替換一個層次中的模塊，只要接口不變，不影響其他的層次· 缺點n 系統(tǒng)效率降低了w 層間通信，OS執(zhí)行一個功能要穿越多個層次1.5.2 客戶/服務器模式· 組成：n 客戶機w 具有一定處理能力，也可向服務器請求服務n 服務器w 提供服務的機器或程序n 網(wǎng)絡系統(tǒng)w 連接客戶機和服務器· 交互過程：n 客戶

25、發(fā)送請求消息n 服務器接收消息n 服務器回送消息n 客戶機接收消息· 優(yōu)點：n 數(shù)據(jù)分布處理(客戶機)n 集中管理(服務器)n 靈活，易擴充(客戶機、服務器)n 易改編應用軟件(客戶機程序)· OS中的各種實體n 進程、線程、消息、存儲器和文件· 使用對象概念n 進程對象、線程對象· 使用面向?qū)ο蠹夹g開發(fā)OS的優(yōu)點n 易重用、修改、擴展n 易保證正確性和可靠性1.5.3 微內(nèi)核OS結構· 基本概念：n 基于客戶/服務器模式，將操作系統(tǒng)劃分為兩大部分：微內(nèi)核和多個服務器。· 基本思想：n 內(nèi)核中僅存放那些最基本的核心操作系統(tǒng)功能。其它服

26、務和應用則建立在微內(nèi)核之外，在用戶模式下運行。微內(nèi)核OS主要特征1. 足夠小的內(nèi)核2. 基于客戶/服務器模式3. 應用“機制與策略分離”原理4. 采用面向?qū)ο蠹夹g足夠小的內(nèi)核· 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個趨勢是將這種把代碼移到更高層次的思想進一步發(fā)展，從操作系統(tǒng)中去掉盡可能多的東西，而只留一個最小的核心。· 微內(nèi)核不是一個完整的OS，只是操作系統(tǒng)最基本的部分：n 與硬件緊密相關的n 較基本的功能n 客戶和服務器的通信基于客戶/服務器模式· 微內(nèi)核OS最基本的部分在內(nèi)核，絕大部分OS功能放在微內(nèi)核外面的一組服務器(進程)中實現(xiàn)。· 過去已成為操作系統(tǒng)傳統(tǒng)的許多服務

27、，現(xiàn)在成了與微內(nèi)核交互的外部子系統(tǒng)。· 服務器進程和用戶進程，運行在用戶態(tài)· 微內(nèi)核運行在核心態(tài)· 為什么要區(qū)分處理機的狀態(tài)?答：操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的最重要的系統(tǒng)軟件，為了能正確的進行管理和控制，其本身是不能被破壞的。為此系統(tǒng)應能建立一個保護環(huán)境，采用的辦法就是區(qū)分處理機的狀態(tài)· 在系統(tǒng)中有兩類程序在運行· 1.管理程序 · 2.用戶程序· 1.管理程序 · 其擔負的任務是：a. 管理和控制者b. 為用戶提供服務c. 負責管理和分配系統(tǒng)資源· 2.用戶程序· 其擔負的任務是

28、：a. 被管理和被控制者b. 所需資源必須向操作系統(tǒng)提出請求c. 享受系統(tǒng)提供的服務什么是處理機的態(tài)?· 處理機的態(tài)處理機的工作狀態(tài)，即處理機當前正在執(zhí)行哪一類程序，依此來區(qū)分處理機的狀態(tài)。· 計算機系統(tǒng)在執(zhí)行上述兩種不同類型的程序時，就應該有不同的權限。· 而為此根據(jù)對資源和機器指令的使用權限，把處理執(zhí)行時的兩種工作狀態(tài)分為核態(tài)和用戶態(tài)。關于“態(tài)”的幾個概念· 核心態(tài)（Kernel Mode)，又稱管態(tài)或系統(tǒng)態(tài)： CPU執(zhí)行管理程序時所處的狀態(tài)。· 在此狀態(tài)下允許CPU使用全部資源和全部指令，其中包括一組特權指令（如涉及外設的I/O、改變處理

29、機狀態(tài)、修改存儲保護的指令） 。· 是操作系統(tǒng)內(nèi)核所運行的模式，運行在該模式的代碼，可以無限制地對系統(tǒng)存儲、外部設備進行訪問。·  用戶態(tài)(User Mode)：又叫目態(tài)或常態(tài)。用戶程序執(zhí)行時CPU所處的狀態(tài)。· 在此狀態(tài)下禁止使用特權指令，不能直接使用系統(tǒng)資源與改變CPU狀態(tài)，并且只能訪問用戶程序所在的存儲空間。· 當用戶程序執(zhí)行時，如果需要請求操作系統(tǒng)服務，則必然由用戶態(tài)轉(zhuǎn)為核態(tài)，即由操作系統(tǒng)得到控制權，在核態(tài)下執(zhí)行其管理程序。· 服務完畢后，由核態(tài)返回用戶態(tài)，繼續(xù)讓用戶程序執(zhí)行。一道考研題· 在計算機系統(tǒng)中，為什么要區(qū)

30、分管態(tài)與目態(tài)？（西安電子科技大學1999年試題）· 【解答】操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)軟件，為了能正確地進行管理和控制，其本身是不能被破壞的。因此，系統(tǒng)采用了區(qū)分處理機狀態(tài)的辦法，為操作系統(tǒng)程序建立一個保護環(huán)境。這樣，用戶程序只能在目態(tài)下運行，只能執(zhí)行非特權指令，只能訪問自己的存儲區(qū)，從而保護了操作系統(tǒng)程序的正常運行。應用“機制與策略分離”原理· 機制：實現(xiàn)某一功能的具體執(zhí)行機構n 關注的問題：做什么？由什么來做？n 機制處于系統(tǒng)的基層n 機制通常放在微內(nèi)核中· 策略：借助于某些參數(shù)和算法來實現(xiàn)該功能的優(yōu)化。n 關注的問題：具體怎么做？n 策略處于系統(tǒng)的高層采用面向?qū)ο蠹夹g· 面向?qū)ο蠹夹g作為一種先進的軟件工程技術，對大型復雜系統(tǒng)的開發(fā)具有普遍的優(yōu)越性，故廣泛地應用現(xiàn)代OS設計。· 內(nèi)核雖然小，微內(nèi)核OS還必須包括服務器部分，才能實現(xiàn)其作為操作系統(tǒng)應有的功能。· 因此微內(nèi)核OS仍然是復雜的大型系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蠹夹g有益于其設計和開發(fā)。微內(nèi)核的基本功能· 一般采用“機制與策略分類”的原理，將機制部分，以及與硬件緊密相關的部分放入微內(nèi)核。· 微內(nèi)核功能：1. 進程（線程）管理2. 低級存儲器管理3. 中斷和陷入處理進程(線程)管理·