Linux操作系统功能概述续3

作者:佚名来源:mmkey.com搜集更新日期：2004-10-1 阅读次数：

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4.分时【文摘园地】
4.1 许多进程，那么轮换吧【文摘园地】
分时是一种使许多正在运行的程序看上去是同时运行一样的方法。因为系统仅仅拥有一块CPU（在这里我们排除多处理器系统的特例），所以这种“同时”只是一种假象，因为在一个给定的时间里，只能运行一个程序，不过正如我们将要看到的，这是一种很有价值的假象。
第一个问题是，我们如果获得这种假象呢？答案是，我们让所有程序轮换着运行，使每个程序能占用的轮循时间-—-称为量子或时间片-—-都很短，比如50毫秒。假设我们马上就要运行四个程序，u，v，x和y，想想下面这样会造成什么：首先u运行50毫秒，接着u被挂起、v运行50毫秒，然后v被挂起、x运行50毫秒......就象这样继续（当y完成它的50毫秒后，u开始第二次运行）。因为轮循（一般称为现场交换）发生的如此之快（每50毫秒一次），所以我们人类会觉得每个程序都是同时在运行的（虽然只有四分之一的实际速度），而不会查觉到程序的运行、挂起、运行挂起......
但是OS是如何强话这些时间片的呢？举例来说，OS如何使上面的程序u在运行50毫秒之后准时停止呢？结合前面的想想，答案是：“操作系统不能，因为在u运行的时候，OS并没有运行！”取而代之的，这些轮换是通过一个计数设备来实现的，这个设备会在合适时间发送一个硬件中断。比如，我们可以让这个设备每50毫秒发出一个中断，我们可以编写一个计时设备的驱动，并将它并入OS中。
计数设备驱动可以储存u程序的所有寄存器值，包括它的PC指针值和EFLAGS寄存器值。稍后，当u程序获得执行机会时，这些值会恢复，这样u程序就可以看似连续的执行下去了。不过现在，按照OS的计划，最后将恢复程序v先前的所有寄存器值，特别要保证恢复上一轮的PC值，这最后一步会强制执行一个从OS到程序v的跳转，跳转到它上一次时间片挂起的正确位置。（另外，CPU“只操心自己的事情”，而并不会知道OS已经把控制权交给另一个程序v了；CPU只是不断循环获取PC指针指向的数据并且处理这些数据罢了。）
最新的CPU会运行于两个或多个特权级别。我们的例子由于安全原因不会涉及到普通的存取I/O设备的应用程序，比如磁盘驱动。因此CPU被设计为让一定的指令-—-比如那些处理I/O的-—-只能在运行在高特权级别上，这个级别称为内核模式（内核这个术语取决于OS）。除了别的之外，计数器发出的中断就会将CPU置于内核模式，所以该中断不仅使OS得以运行，还是OS获得它需要的权限。
在任何给定时间，内存中都会有许多不同的进程。它们是程序执行的实例。如果现在有三个用户在同一台给定设备上运行gcc编译程序，那么会对应于一个程序产生三个进程。

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