操作系统(庞丽萍)第2章-操作系统的结构和硬件支持.ppt

操作系统是计算机系统中的核心软件，它负责管理和控制硬件资源，为用户提供友好的接口和服务。本章主要探讨了操作系统的结构和硬件支持，包括操作系统虚拟机、操作系统的组织结构以及处理机的特权级等方面。 操作系统虚拟机是操作系统运行的基础。在裸机上配置了操作系统后，就形成了一个操作系统虚拟机。操作系统的核心直接在物理硬件上运行，而用户程序则在由操作系统提供的虚拟环境中执行。这种虚拟机使得用户程序能够与硬件隔离，提高系统的稳定性和安全性。操作系统虚拟机的指令系统分为两部分：裸机的指令系统，即硬件直接支持的指令集；以及操作系统虚拟机的指令系统，包括操作命令（如命令接口、作业控制语言、键盘命令、图形化用户界面）和系统功能调用（程序接口）。 接着，介绍了操作系统的结构类型。常见的结构有单体结构、模块化结构、可扩展内核结构和层次结构。单体结构将所有功能集中在一个内核中，简单但不易维护和扩展。模块化结构将操作系统分解为多个模块，便于维护和组合。可扩展内核结构允许将非核心功能作为模块添加到内核之外，以适应系统需求的变化。层次结构则将操作系统功能按层次组织，有利于模块化和移植性。 以UNIX和Linux为例，讲解了这两种操作系统的结构。UNIX操作系统由核心层（包括处理机管理、存储管理、设备管理和文件系统）和实用层（实用程序和存储管理软件工具）组成。Linux系统的核心结构包括进程管理、存储管理、文件子系统、硬件控制等，同时具有系统调用界面和程序库，以及对网络管理和设备驱动的支持。 此外，处理机的特权级是操作系统控制硬件访问的重要机制。通常，处理器有多个特权级别，以区分操作系统和用户程序的权限。管理程序运行在最高特权级，可以访问所有硬件资源，而用户程序则在较低的特权级运行，受到限制，防止误操作导致系统崩溃。 总结来说，操作系统通过虚拟机提供了与硬件交互的抽象层，采用不同结构来组织其内部功能，利用处理机的特权级确保安全。这些基本概念和技术是理解操作系统工作原理的关键，对于系统设计和优化至关重要。