四级网络工程师未来主讲：操作系统原理教育第2章操作系统运行机制未来主讲：操作系统原理教育02考点分析3◆在考试中一般情况下会出现在单项选择占2题，多项选择题1题（知识类型为理论型）。
◆常考知识点有：•CPU及系统调用—CPU的构成、工作方式、CPU状态及系统调用等•存储体系—存储器的结构及存储保护等•中断与异常机制—中断和异常的概念、工作原理、中断屏蔽等1.中央处理器（CPU ）1)中央处理器的组成◼运算器：实现指令中的算术和逻辑运算;◼控制器：控制程序的运行流程;◼寄存器：在CPU内部暂存数据;◼高速缓存：处于CPU和内存之间，利用程序局部原理提高CPU的效率CPU运算器控制器寄存器高速缓存和中断1.中央处理器（CPU）2)寄存器◼特点：有一定的存储能力、速度快、造价高、容量小；◼分类：寄存器用户可见寄存器数据寄存器地址寄存器条件码寄存器控制和状态寄存器程序计数器PC指令寄存器IR程序状态字PSW2.CPU 的工作方式1)指令执行过程◼指令的分类：指令访问M 指令I/O 指令算术逻辑指令控制转移指令CPU 控制指令按照功能分指令特权指令操作系统使用非特权指令用户程序使用按照权限分2.CPU的工作方式1)指令执行过程◼指令周期：CPU单条指令的处理过程。
◼步骤：CPU先从存储器每次取出一条指令，然后执行；取指周期执行周期开始取下一条指令执行指令停止基本的指令周期2.CPU 的工作方式2)处理器的状态①管态和目态根据运行的程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设置为不同状态：☐管态：操作系统管理程序运行的状态，又称为特权态（特态）、系统态，全部指令可以执行，所有资源可使用，并改变处理器状态；☐目态：用户程序运行时的状态，又称为普通态（普态）、用户态，只有非特权指令能执行。
目态管态通过设置PSW 中的CPU 状态为来实现的2.CPU 的工作方式3)程序状态字PSW◆用来指示处理器状态的寄存器，称为程序状态字（PSW);◆用来指示要执行的下一条指令的寄存器，称为程序计数器（PC)。
状态代码条件码中断屏蔽码CPU的工作状态代码反映指令执行后的结果特征指出是否允许中断指明管态还是目态2.CPU的工作方式3)程序状态字PSW…ID VIPVIFACVMRF0NTIOPLOFDF IF TF SF ZF AF0PF1CF进位标志位结果为零标志位符号标志位溢出标志位陷阱标志位中断使能标志位虚拟中断标志位虚拟中断待决标志位IO特权级别【真题链接】1.处理器中对用户不可见的寄存器是（）DA)数据寄存器B)地址寄存器C)条件码寄存器D)程序计数寄存器【真题链接】A2.下列哪一个标志位或状态码不包含在程序状态字（PSW）中？（）A)修改位（M）B)CPU工作状态码（S）C)条件码（C）D)中断屏蔽码（IF）【真题链接】B3.计算机操作系统位于核心态时，下列叙述中，哪一个是正确的（）。
A)它可以运行特权指令，但是不能运行非特权指令B)它既可运行特权指令，也可以运行任何非特权指令C)它可以运行访管指令，但是不能运行特权指令D)它可以运行访管指令，也可以运行任何特权指令【真题链接】D4.下列哪一个状态位不包含在程序状态字（PSW）中（）。
A)溢出标志位（OF）B)虚拟中断待决标志位（VIP）C)IO特权级别位（IOPL）D)驻留位（A）【真题链接】C5.进程运行时，当运行中的进程不希望被外部事件打扰时，可以采用下列哪一种操作方法？（）A)陷入内核态B)设置不被打扰状态字C)屏蔽中断D)将中断信号排队3.系统调用1）概念◼用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能。
由特殊的机器指令实现。
只能由汇编语言直接访问。
◼本质上是应用程序请求操作系统核心完成某一特定功能的一种过程调用，是一种特殊的过程调用，提供对操作系统子程序的调用外，还将系统转入特权方式。
◼是提供给编程人员的唯一接口，可动态请求和释放系统资源，调用系统中的已有功能来完成与计算机硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。
◼系统调用对用户屏蔽了操作系统的具体动作而只提供有关的功能。
3.系统调用运行在不同的系统状态：•一般过程调用：其调用程序和被调用程序都运行在相同的状态；•系统调用：调用程序运行在用户态，而被调用程序则运行在系统态。
状态的转换：•一般过程调用不涉及系统状态的转换；•系统调用时调用和被调用过程工作在不同的系统状态。
返回问题：•一般过程调用完成后将返回到调用过程；•而在抢占式系统中，系统调用完成后需对所有要求运行的进程进行优先级分析，并可能引起重新调度。
嵌套调用：•系统调用的深度通常会受到限制。
系统调用与一般过程调用的区别3.系统调用3）系统调用的分类进程控制类文件操作类进程通信类设备管理类信息维护类4.系统调用处理过程1）系统调用的过程◼陷入和异常处理；◼异常指令和访管指令；◼调用功能号；◼入口地址；◼处理机现场；◼用户态和系统态。
1)保护现场2)取调用功能号,寻找子程序入口3)返回Sub0A0Sub1A1Sub iA iSub nA nA0A1A iA n入口地址表陷入处理机构子程序系统调用……用户程序4.系统调用处理过程2）参数传递的方法不同的系统调用需传递给子程序不同的参数，其执行结果也以参数形式返回给用户程序。
陷人指令自带参数；指令长度有限，参数个数受限。
和用户程序都能访问的。
不过，由于寄存器长度也较短，参数个数也受限制。
较多的系统中，在内存中开辟专用堆栈区。
【真题链接】1.系统调用与一般过程调用是不同的，下列对被调用程序返回调用程序的描述中，哪一个是正确的？（）DA)过程调用和系统调用均直接从被调用程序返回到调用程序B)过程调用和系统调用从被调用程序返回到调用程序前，须先运行调度程序C)系统调用直接返回到调用程序，过程调用在返回到调用程序前先运行调度程序D)过程调用直接返回到调用程序，系统调用在返回到调用程序前先运行调度程序【真题链接】2.系统调用扩充了机器指令，增强了系统功能，方便了用户使用。
下列哪一项不属于系统调用？（）AA)查找数组中的最大数B)用户程序创建一个新进程C)打开磁盘上的一个文件D)一个进程向另一个进程发送消息【真题链接】BCE3.操作系统为用户提供了多种使用接口，它们是（）。
A)机器指令B)图标和菜单C)命令行D)汇编语句E)系统调用1.存储器的层次结构1）计算机存储系统的设计主要考虑•是存储系统的基础，希望配备尽可能大的存储系统；容量•要能匹配处理器的速度；速度•存储器的成本和其他部件相比应该在一个合适的范围之内。
成本1.存储器的层次结构2）容量、速度和成本的匹配◼容量、速度和成本这3个目标不可能同时达到最优，需要作权衡。
◼计算机系统的层次化的存储体系：寄存器高速缓存内存存储器硬盘存储器光盘存储器磁带机1.存储器的层次结构3）存储访问局部性原理☐提高存储系统性能的关键在于程序的存储访问局部性原理。
☐假设处理器存取两级存储器，第I级包含1KB，存取时间为0.1μs，第Ⅱ级包含1MB，存取时间为1μs；如果处理器在I级存储器中发现存取对象的概率是95%，那么平均访问时间为：95x0.1μs+0.05x(0.1μs+1μs)=0.15μs1.存储器的层次结构4）程序局部性原理定义：是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。
局部性原理时间局部性如果程序中的某条指令一旦执行，则不久之后该指令可能再次被执行如果某数据被访问，则不久之后该数据可能再次被访问。
空间局部性程序访问了某个存储单元，其附近的存储单元也将被访问2.存储保护1）界地址寄存器（界限寄存器）CPU 进程ID下限寄存器上限寄存器进程n1000h 2000h 进程n+12000h 3000h…进程n+1进程n…下限寄存器2000h 下限寄存器3000h界限存储器1000h 2000h3000h2.存储保护2）存储键⚫“存储保护键”机构来对主存进行保护。
每个存储块都关联一个由二进位组成的存储保护键。
⚫当一个作业被允许进入主存时，该作业的所有存储块被分配相同的唯一存储键号。
⚫当该作业运行时，操作系统同时将该作业的存储键号存入PSW的存储键域。
⚫CPU访问主存时，将对主存块的存储键与PSW中的存储键域相比较。
⚫若匹配，则允许访问；否则，拒绝并报警。
【真题链接】C1.程序局部性原理分为空间局部性和时间局部性，空间局部性是指（）。
A)程序中存在大量的循环B)程序采用了模块化结构C)程序代码的顺序性D)物理地址重叠映射到了逻辑地址【真题链接】B2.程序局部性原理分为空间局部性和时间局部性，时间局部性是指（）。
A)程序代码的顺序性B)程序中存在大量的循环C)程序采用了模块化结构D)物理地址重叠映射到了逻辑地址【真题链接】ABCD3.在计算机存储体系中，操作系统涉及的存储设备为（）。
A)寄存器B)高速缓存C)内存D)硬盘E)网盘◼操作系统在处理外部的各种事件时，都需要通过中断与异常机制进行处理。
中断发生处12ii+1k ┆┆用户程序中断处理程序1.中断与异常的概念1）中断与异常指CPU 对系统中或系统外发生的异步事件的响应。
引起中断的那些事件，也称为中断源。
有多少中断源，由计算机系统设置。
如PC 能处理256种中断源。
中断源向处理器发出的请求信号。
处理中断事件的那段程序。
中断中断事件中断请求中断处理程序1.中断与异常的概念1）中断与异常发生中断时正在执行的程序暂停点。
处理器暂停当前程序转而处理中断的过程。
中断处理结束之后恢复原来程序的执行。
一个计算机系统提供的中断源的有序集合，是一个逻辑结构，在不同的处理器有着很不相同的实现方式。
中断断点中断响应中断返回中断字1.中断与异常的概念1）中断与异常☐中断向量表：中断处理程序入口地址映射表。
中断向量表中的每一项是一个中断向量，主要由程序状态字PSW和指令计数器PC的值组成。
☐中断与异常中断作用：解决了主机和外设并行工作的问题，消除了因外设的慢速而使得主机等待的现象，为多机操作和实时处理提供了硬件基础能充分发挥处理器的使用效率。
提高系统的实时能力。
1.中断与异常的概念3）中断和异常分类中断是由外部事件引发的，而异常是由正在执行的指令引发的。
中断时钟中断输人输出（I/O)中断控制台中断硬件故障中断异常程序性中断访管指令异常【真题链接】1.中断是操作系统中为提高处理机效率而使用的一种技术，下列选项中，哪一个不是中断而是异常？（）BA)时钟中断B)被零除C)控制台命令D)存储器校验错【真题链接】2.中断和异常都是将正常执行的程序打断，完成相应处理后再恢复执行，但是二者是有区别的。
下列各种事件中，哪一项属于中断？（）CA)算术溢出B)内存保护出错C)网卡上数据缓冲区满D)目态程序试图执行特权指令【真题链接】A3.中断是指CPU 对系统中或系统外发生的异步事件的响应，中断源是指（）A)引起中断的那些事件B)中断控制器向处理器发出的信号C)正在执行的程序的暂停点D)使处理器暂停当前程序转而处理中断过程的指令【真题链接】D4.中断是指CPU 对系统中或系统外发生的异步事件的响应，中断响应是指（）A)清除引起中断的那些事件B)中断控制器向处理器发出的信号C)正在执行的程序暂停，切换到新进程D)处理器暂停当前程序，转而进入中断处理程序2.中断系统1）中断系统的运行机制中断系统硬件中断装置负责捕获中断源发出的中断请求，并以一定的方式响应中断源将处理器的控制权移交给特定的中断处理程序软件中断处理程序针对中断事件的性质而执行相应的一系列操作2.中断系统2）中断请求的接收☐通过在计算机硬件的中断逻辑线路和中断寄存器实现的。