Architectural(hardware) Support for

Architectural
(hardware) Support for
Operating Systems
• Review of introduction
• Hardware overview
• A peek at Unix
• Hardware (architecture) support
• Summary
Review
• What are the two main responsibilities of OS?
• Manage hardware resources
• Provide a clean set of interface to programs
• Managing resources:
• Allocation
• Protection
• Reclamation
• Virtualization
• Questions?
Why Start With Hardware?
• Operating system functionality fundamentally depends
upon hardware
• Key goal of an OS is to manage hardware
• If done well, applications can be oblivious to HW details
• Hardware support can greatly simplify – or complicate –
OS tasks
• Early PC operating systems (DOS, MacOS) lacked virtual
memory in part because the hardware did not support it
So what is inside a computer
Why hardware has to support
User/Kernel mode?
17 CS317 Operating System
• Give the CPU to the user application
• Why: Performance and efficiency
• OS will not be executing
• Without hardware’s help, OS loses control of the machine!
• Analogy: give the car key to someone, how do you know if he will
return the car?
• This is the one of the most fundamental reasons why OS will
need hardware support --- not only for user/kernel mode
Hardware Features for OS
• Features that directly support the OS include
• Protection (kernel/user mode)
• Protected instructions
• Memory protection
• System calls
• Interrupts and exceptions
• Timer (clock)
• I/O control and operation
• Synchronization
Types of Hardware Support
• Manipulating privileged machine state
• Protected instructions
• Manipulate device registers, TLB entries, etc.
• Generating and handling “events”
• Interrupts, exceptions, system calls, etc.
• Respond to external events
• CPU requires software intervention to handle fault or trap
• Mechanisms to handle concurrency
• Interrupts, atomic instructions
Protected Instructions
• A subset of instructions of every CPU is restricted to use
only by the OS
• Known as protected (privileged) instructions
• Only the operating system can
• Directly access I/O devices (disks, printers, etc.)
• Security, fairness (why?)
• Manipulate memory management state
• Page table pointers, page protection, TLB management, etc.
• Manipulate protected control registers
• Kernel mode, interrupt level
• Halt instruction (why?)

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

สถาปัตยกรรม
(ฮาร์ดแวร์) การสนับสนุนสำหรับระบบปฏิบัติการ•รีวิวแนะนำ•ภาพรวมฮาร์ดแวร์•แอบมองที่ใช้ระบบปฏิบัติการยูนิกซ์•ฮาร์ดแวร์(สถาปัตยกรรม) สนับสนุน•สรุปทบทวน•อะไรเป็นสองความรับผิดชอบหลักของOS? •จัดการทรัพยากรฮาร์ดแวร์•ให้ชุดทำความสะอาดของอินเตอร์เฟซโปรแกรม•ทรัพยากรผู้จัดการการจัดสรร••คุ้มครอง•บุกเบิก• Virtualization? •คำถามทำไมเริ่มต้นด้วยฮาร์ดแวร์•การทำงานของระบบปฏิบัติการพื้นฐานขึ้นอยู่กับฮาร์ดแวร์•เป้าหมายที่สำคัญของระบบปฏิบัติการคือการจัดการฮาร์ดแวร์•หากทำดีการใช้งานสามารถลบเลือนไปรายละเอียด HW •การสนับสนุนฮาร์ดแวร์อย่างมากสามารถลดความซับซ้อน - หรือซับซ้อน - งานระบบปฏิบัติการ•ระบบปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ในช่วงต้น (DOS, MacOS) ขาดเสมือนหน่วยความจำส่วนหนึ่งเป็นเพราะฮาร์ดแวร์ไม่สนับสนุนดังนั้นสิ่งที่อยู่ภายในคอมพิวเตอร์ทำไมฮาร์ดแวร์ได้ให้การสนับสนุนผู้ใช้/ เคอร์เนล ? โหมด17 CS317 ระบบปฏิบัติการ•ให้CPU เพื่อการประยุกต์ใช้•ทำไม: ประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพ•ระบบปฏิบัติการจะไม่ได้รับการดำเนินการ•โดยความช่วยเหลือของฮาร์ดแวร์ของระบบปฏิบัติการสูญเสียการควบคุมเครื่อง! •เปรียบเทียบ: ให้กุญแจรถกับคนอย่างไร คุณทราบว่าเขาจะกลับรถหรือไม่•นี่คือหนึ่งในเหตุผลที่พื้นฐานที่สุดว่าทำไมOS จะต้องการการสนับสนุนฮาร์ดแวร์--- ไม่เพียง แต่สำหรับผู้ใช้ / โหมดเคอร์เนลคุณสมบัติของฮาร์ดแวร์สำหรับOS •คุณลักษณะที่สนับสนุนโดยตรง OS รวมถึง•การป้องกัน( เคอร์เนล / โหมดผู้ใช้) •คำแนะนำการป้องกัน•การป้องกันหน่วยความจำ•เรียกระบบ• Interrupts และข้อยกเว้น•ตั้งเวลา(นาฬิกา) • I / O การควบคุมและการดำเนินงาน•การประสานข้อมูลประเภทของการสนับสนุนฮาร์ดแวร์•จัดการรัฐเครื่องสิทธิพิเศษ•คำแนะนำการป้องกัน•จัดการการลงทะเบียนอุปกรณ์TLB รายการ ฯลฯ•ผลิตและการจัดการ "เหตุการณ์ที่เกิดขึ้น" • Interrupts ข้อยกเว้นสายระบบ ฯลฯ•การตอบสนองต่อเหตุการณ์ภายนอก• CPU ต้องมีการแทรกแซงซอฟแวร์ที่จะจัดการกับความผิดหรือกับดัก•กลไกในการจัดการกับการทำงานพร้อมกัน• Interrupts คำแนะนำอะตอมป้องกันคำแนะนำได้• ส่วนหนึ่งของคำแนะนำของ CPU ของทุกคนจะถูก จำกัด การใช้งานโดยเฉพาะระบบปฏิบัติการ•ที่รู้จักกันในการป้องกัน(สิทธิพิเศษ) คำแนะนำ•เฉพาะระบบปฏิบัติการสามารถ•โดยตรงเข้าถึงอุปกรณ์I / O (ดิสก์, เครื่องพิมพ์ ฯลฯ ) •การรักษาความปลอดภัย, ความเป็นธรรม (ทำไม? ) •รัฐจัดการหน่วยความจำจัดการตัวชี้ตาราง•หน้าป้องกันหน้าการจัดการ TLB ฯลฯ •ลงทะเบียนการควบคุมจัดการการป้องกัน•โหมดเคอร์เนลระดับขัดจังหวะ•หยุดการเรียนการสอน(ทำไม?)

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

สถาปัตยกรรม
( ฮาร์ดแวร์ ) การสนับสนุนระบบปฏิบัติการ
-

- รีวิวแนะนำฮาร์ดแวร์ภาพรวม
-
- แอบดูฮาร์ดแวร์ยูนิกซ์ ( สถาปัตยกรรม ) สนับสนุน


- - สรุปทบทวนสิ่งที่มี 2 หน้าที่หลักของระบบปฏิบัติการ ?
-
- จัดการทรัพยากรฮาร์ดแวร์ให้ทำความสะอาดชุดของอินเตอร์เฟซโปรแกรมการจัดการทรัพยากร :
-
-
-
- ป้องกันการเวนคืน
-
- ) คำถาม ?
ทำไมต้องเริ่มด้วยฮาร์ดแวร์ ? ฟังก์ชันการทำงานระบบปฏิบัติการ
-

- บนฮาร์ดแวร์พื้นฐานขึ้นอยู่กับเป้าหมายหลักของ OS คือการจัดการบริการฮาร์ดแวร์
ถ้าทำได้ดี การใช้งานที่สามารถลบเลือนไป HW รายละเอียด
- สนับสนุนฮาร์ดแวร์สามารถง่ายหรือซับซ้อน––งาน
-
OS ระบบปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ก่อน ( DOS , MacOS ) ขาดเสมือน
หน่วยความจำใน ส่วนหนึ่งเพราะอุปกรณ์ไม่สนับสนุนมัน
ดังนั้น สิ่งที่อยู่ภายในคอมพิวเตอร์ฮาร์ดแวร์เพื่อสนับสนุน

ทำไมมีโหมด / โปรแกรมผู้ใช้
-
17 cs317 ระบบปฏิบัติการให้ CPU ผู้ใช้โปรแกรม
-
ทำไม : สมรรถนะและประสิทธิภาพของแต่ละ OS จะไม่ถูกรัน
- โดยไม่ต้องฮาร์ดแวร์ช่วยให้ OS สูญเสียการควบคุมของเครื่องจักร
- คล้ายคลึงให้กุญแจรถกับใคร คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าเขาจะ
กลับรถ
- นี้เป็นหนึ่งในเหตุผลพื้นฐานที่สุดทำไม OS จะต้องสนับสนุนฮาร์ดแวร์ ---
ไม่เพียง แต่สำหรับผู้ใช้ / คุณสมบัติของฮาร์ดแวร์สำหรับระบบปฏิบัติการเคอร์เนลโหมด

แต่ละคุณลักษณะที่สนับสนุนโดยตรง OS รวมถึงการป้องกัน -
( kernel / ผู้ใช้โหมด )
-

- ใช้หน่วยความจำการคุ้มครองป้องกัน - และ - ระบบโทรศัพท์
ขัดจังหวะตัวตั้งเวลา ( นาฬิกา ) ข้อยกเว้น
-
- I / O
-
และประสานงานควบคุม