第六講 操作系統(tǒng)的運(yùn)行模型

1、.教學(xué)目標(biāo) 讓學(xué)生理解三種操作系統(tǒng)的運(yùn)行模型 讓學(xué)生了解Windows操作系統(tǒng)的運(yùn)行模型教學(xué)重點(diǎn) 三種操作系統(tǒng)運(yùn)行模型教學(xué)難點(diǎn) 理解三種操作系統(tǒng)運(yùn)行模型操作系統(tǒng)本身是一組程序，也在處理器上運(yùn)行，那么，操作系統(tǒng)程序是否組織成進(jìn)程?它是如何控制的、怎樣執(zhí)行的呢?它在什么模式下運(yùn)行呢? 從操作系統(tǒng)的運(yùn)行方式來(lái)看，可分成： 1)非進(jìn)程內(nèi)核模型、 2)OS功能(函數(shù))在用戶進(jìn)程內(nèi)執(zhí)行的模型、 3)OS功能(函數(shù))作為進(jìn)程執(zhí)行的模型。.注意：實(shí)際上，這里討論的注意：實(shí)際上，這里討論的應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程內(nèi)核應(yīng)用進(jìn)程核心態(tài)用戶態(tài)n早期操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，系統(tǒng)的執(zhí)行與應(yīng)用進(jìn)程不存在關(guān)聯(lián)n內(nèi)核具有獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，也

2、可以訪問(wèn)應(yīng)用進(jìn)程的空間。n在這種模式下，進(jìn)程的概念僅僅是針對(duì)用戶程序而言，操作系統(tǒng)代碼作為一個(gè)獨(dú)立實(shí)體在內(nèi)核模式下運(yùn)行。n內(nèi)核函數(shù)不可以并發(fā)執(zhí)行。核心態(tài)用戶態(tài)內(nèi)核函數(shù)內(nèi)核函數(shù)內(nèi)核函數(shù)應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)程切換函數(shù)應(yīng)用進(jìn)程為提高內(nèi)核函數(shù)的并發(fā)行，在創(chuàng)建應(yīng)用進(jìn)程時(shí)，同時(shí)為其分配一個(gè)核心棧，用于運(yùn)行操作系統(tǒng)的內(nèi)核函數(shù)，形成操作系統(tǒng)在應(yīng)用進(jìn)程內(nèi)執(zhí)行的方式。.大部分的操作系統(tǒng)功能組織成一組內(nèi)核函數(shù)供應(yīng)用程序調(diào)用，操作系統(tǒng)的地址空間位于共享地址空間中，不與應(yīng)用程序的地址空間重疊，但被所有的應(yīng)用進(jìn)程共享。當(dāng)發(fā)生一次中斷或系統(tǒng)調(diào)用后，處理器狀態(tài)將從用戶態(tài)切換到核心態(tài)，控制權(quán)被傳遞給操作系統(tǒng)；此時(shí)，發(fā)生了模式切換

3、，模式上下文（現(xiàn)場(chǎng)）信息被保存，但是進(jìn)程上下文切換并沒(méi)有發(fā)生，操作系統(tǒng)仍在該用戶進(jìn)程中執(zhí)行。當(dāng)操作系統(tǒng)的內(nèi)核函數(shù)完成工作后，如果讓當(dāng)前進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，執(zhí)行一次模式切換恢復(fù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的用戶進(jìn)程。如果應(yīng)該發(fā)生進(jìn)程切換，控制權(quán)就被傳遞給操作系統(tǒng)的進(jìn)程切換函數(shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程切換，指派另一個(gè)就緒進(jìn)程來(lái)占有處理器運(yùn)行。 核心：每一次中斷時(shí)，操作系統(tǒng)的一個(gè)模塊程序被執(zhí)行，核心：每一次中斷時(shí)，操作系統(tǒng)的一個(gè)模塊程序被執(zhí)行，然而這個(gè)執(zhí)行過(guò)程依然從屬于用戶進(jìn)程的執(zhí)行過(guò)程然而這個(gè)執(zhí)行過(guò)程依然從屬于用戶進(jìn)程的執(zhí)行過(guò)程。微內(nèi)核（進(jìn)程切換函數(shù)）應(yīng)用進(jìn)程OS函數(shù)用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用進(jìn)程OS函數(shù)應(yīng)用進(jìn)程OS函數(shù)nOS功能(函數(shù))作

4、為進(jìn)程執(zhí)行的模型把操作系統(tǒng)組織成一組系統(tǒng)把操作系統(tǒng)組織成一組系統(tǒng)進(jìn)程，即操作系統(tǒng)功能是這些系統(tǒng)進(jìn)程集合運(yùn)行的結(jié)果，這些系進(jìn)程，即操作系統(tǒng)功能是這些系統(tǒng)進(jìn)程集合運(yùn)行的結(jié)果，這些系統(tǒng)進(jìn)程也稱為服務(wù)器或服務(wù)器進(jìn)程統(tǒng)進(jìn)程也稱為服務(wù)器或服務(wù)器進(jìn)程，于是與用戶進(jìn)程或其他服務(wù)器進(jìn)程之間構(gòu)成了客戶/服務(wù)器關(guān)系。Windows 2000/ XP采用了這種結(jié)構(gòu)。n核心：操作系統(tǒng)本身（除了內(nèi)核之外）也作為幾個(gè)進(jìn)程工作，操作系統(tǒng)本身（除了內(nèi)核之外）也作為幾個(gè)進(jìn)程工作，它可以接收用戶進(jìn)程的指令，向用戶進(jìn)程提供服務(wù)。它可以接收用戶進(jìn)程的指令，向用戶進(jìn)程提供服務(wù)。 .優(yōu)點(diǎn)： 首先，它采用了模塊化的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。其次，原

5、來(lái)由內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的多種操作系統(tǒng)功能被組織成獨(dú)立的進(jìn)程，有利于操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、配置和擴(kuò)充。最后，這一結(jié)構(gòu)在多處理器多計(jì)算機(jī)的環(huán)境下非常有效，一些操作系統(tǒng)服務(wù)可指派到專門處理器上執(zhí)行。 系統(tǒng)進(jìn)程服務(wù)進(jìn)程應(yīng)用程序環(huán)境子系統(tǒng) 子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)用戶態(tài)核心態(tài) 執(zhí)行體 核心 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 硬件抽象層圖形引擎系統(tǒng)線程N(yùn)TDLL.DLLService.exeRPCSpooler事件日志服務(wù)進(jìn)程任務(wù)管理器IE瀏覽器用戶程序子系統(tǒng)DLL應(yīng)用程序POSIXOS2WIN32環(huán)境子系統(tǒng)服務(wù)管理器安全驗(yàn)證Win登錄會(huì)話管理器系統(tǒng)進(jìn)程核心態(tài)用戶態(tài)Win32 UserGDI圖形驅(qū)動(dòng)器硬件抽象層(HAL)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序內(nèi)核對(duì)象管理器核

6、心態(tài)可調(diào)用接口(執(zhí)行程序API)系統(tǒng)服務(wù)調(diào)度進(jìn)程I/O管理器文件緩存管理 進(jìn)程線 程管理安全訪問(wèn)監(jiān)視虛存管理局部過(guò)程調(diào)用注冊(cè)表配置管理器電源管理器即插即用管理硬件接口（總線、I/O、時(shí)鐘、計(jì)時(shí)器、中斷、DMA、CACHE控制器） .1）可擴(kuò)充性：適應(yīng)市場(chǎng)需求易于擴(kuò)充和改動(dòng)。2）可移植性：3）可靠性與堅(jiān)固性：防止內(nèi)部故障和外部侵?jǐn)_。4）兼容性：與DOS、Windows舊版本兼容，與UNIX、OS2、Netware等其他操作系統(tǒng)互操作。5）高性能： .Windows 20003設(shè)計(jì)者認(rèn)為：采用整體式或?qū)哟问讲僮飨到y(tǒng)體系結(jié)構(gòu)在可擴(kuò)充性和可移植性方面效果不好；純的微內(nèi)核運(yùn)算成本太高，不適用于商業(yè)。因而，Windows 2003把許多系統(tǒng)服務(wù)代碼放在核心態(tài)運(yùn)行，包括：文件服務(wù)、設(shè)備管理、圖形引擎等。采用基于對(duì)象技術(shù)，提出了一種C/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在純微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做了擴(kuò)展，融合了層次式結(jié)構(gòu)和純微內(nèi)核結(jié)構(gòu)