操作系统课件：临界区管理的硬件方法

"实现临界区管理的硬件设施-操作系统课件" 在操作系统中，临界区管理是一项至关重要的任务，因为它确保了多个进程在访问共享资源时不会产生冲突。本课件主要关注3.2.4章节中介绍的实现临界区管理的硬件设施，这些设施包括关中断、测试并建立指令以及对换指令。 1. 关中断：在多道程序环境中，为了保证临界区的互斥性，系统可能会选择关闭中断。这样，当一个进程进入临界区时，其他外部中断（如硬件中断请求）将被禁止，直到该进程离开临界区后才重新开启。这种方法可以防止中断处理程序在进程执行临界区时介入，从而避免了共享资源的并发访问。 2. 测试并建立指令：这是一种特殊的硬件指令，通常用于原子操作，比如测试某个标志位并根据结果设置或清除该位。在临界区管理中，这种指令可以帮助进程快速检查是否可以安全地进入临界区。如果条件满足（例如，标志位表示临界区为空），则同时设置标志位表示进程已进入临界区；如果不满足，则进程会循环等待，直到条件变为真。 3. 对换指令：对换指令主要用于内存管理和处理器调度。在进程进入临界区之前，系统可能需要保存当前进程的状态（上下文），并将控制权转移给另一个进程。对换指令可以快速地在内存和磁盘之间移动进程的映像，以实现这一过程。当进程离开临界区时，其状态会被恢复，以便它能从离开的地方继续执行。 此外，课程还介绍了操作系统的基本概念、发展历史、提供的服务、用户接口、结构以及流行操作系统的概述。操作系统作为用户和硬件之间的桥梁，负责资源的管理、程序执行的控制、人机交互的优化，并提供各种服务。操作系统的主要目标包括提升用户便利性、增强机器功能、有效管理资源、提高系统效率以及构建开放的系统环境。 计算机系统的层次结构清晰地展示了用户、应用程序、系统程序、操作系统和硬件之间的关系。操作系统作为中间层，既向上为用户提供服务，又向下管理硬件资源，确保了不同层次间的协同工作。 本课件深入探讨了操作系统如何通过硬件设施来管理临界区，以及操作系统在计算机系统中的核心地位和作用。通过学习这些知识，学生能够更好地理解操作系统的运作机制，并为未来的系统设计和开发打下坚实的基础。