第9章 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第九章第九章 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)一、操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)（1 1）可靠性）可靠性 正確性正確性 困難：困難：并發(fā)性、共享性、隨機(jī)性并發(fā)性、共享性、隨機(jī)性（中斷）（中斷） 健壯性（魯棒性）健壯性（魯棒性）（2）高效性）高效性 多道程序設(shè)計(jì)的目標(biāo)是提高資源利用率，多道程序設(shè)計(jì)的目標(biāo)是提高資源利用率，但系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)加大但系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)加大Tu：運(yùn)行目態(tài)程序所用的時(shí)間：運(yùn)行目態(tài)程序所用的時(shí)間Tsu：運(yùn)行管態(tài)程序?yàn)橛脩舴?wù)所用的時(shí)：運(yùn)行管態(tài)程序?yàn)橛脩舴?wù)所用的時(shí)間間Tsm：運(yùn)行管態(tài)程序做系統(tǒng)管理工作所：運(yùn)行管態(tài)程序做系統(tǒng)管理工作所用的時(shí)間用的時(shí)間系統(tǒng)運(yùn)行效率：系統(tǒng)運(yùn)行效率： =(Tu+Tsu

2、)/(Tu+Tsu+Tsm)（3）易維護(hù)）易維護(hù) 易讀性易讀性 易擴(kuò)充性易擴(kuò)充性 易修改性易修改性 易裁減性易裁減性（4）易移植性）易移植性（5）安全性）安全性（6）可適應(yīng)性）可適應(yīng)性（7）簡(jiǎn)明性）簡(jiǎn)明性二、操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)操作系統(tǒng)主要包括設(shè)計(jì)一個(gè)操作系統(tǒng)主要包括： 功能設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì) 算法設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)的功能和特性要求，選擇合適按照系統(tǒng)的功能和特性要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)，使用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法將系的結(jié)構(gòu)，使用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法將系統(tǒng)逐步地分解、抽象和綜合，使操作系統(tǒng)逐步地分解、抽象和綜合，使操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)單、可靠、易讀

3、、易修統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)單、可靠、易讀、易修改，而且使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)改，而且使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)層次式結(jié)構(gòu)層次式結(jié)構(gòu)進(jìn)程分層結(jié)構(gòu)進(jìn)程分層結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)層次管程結(jié)構(gòu)層次管程結(jié)構(gòu)客戶客戶- -服務(wù)器結(jié)構(gòu)服務(wù)器結(jié)構(gòu)（1）整體式結(jié)構(gòu)）整體式結(jié)構(gòu)模塊接口法，無(wú)序模塊法，模塊組合法模塊接口法，無(wú)序模塊法，模塊組合法 首先確定操作系統(tǒng)的總體功能，然后首先確定操作系統(tǒng)的總體功能，然后將總功能分解為若干個(gè)子功能，實(shí)現(xiàn)每將總功能分解為若干個(gè)子功能，實(shí)現(xiàn)每個(gè)子功能的模塊稱(chēng)為模塊。繼續(xù)分解，個(gè)子功能的模塊稱(chēng)為模塊。繼續(xù)分解，直至每個(gè)模塊僅包含單一功能為止。最直至每

4、個(gè)模塊僅包含單一功能為止。最后通過(guò)接口將所有模塊連接起來(lái)形成一后通過(guò)接口將所有模塊連接起來(lái)形成一個(gè)整體個(gè)整體模塊模塊3模塊模塊2模塊模塊7模塊模塊1模塊模塊6模塊模塊5模塊模塊8模塊模塊4特點(diǎn)：根據(jù)功能劃分模塊特點(diǎn)：根據(jù)功能劃分模塊 數(shù)據(jù)基本上作為全局量使用數(shù)據(jù)基本上作為全局量使用 在系統(tǒng)內(nèi)部，不同模塊的程序之在系統(tǒng)內(nèi)部，不同模塊的程序之間可以不加控制地互相調(diào)用和轉(zhuǎn)移間可以不加控制地互相調(diào)用和轉(zhuǎn)移 信息的傳遞方式可以根據(jù)需要隨信息的傳遞方式可以根據(jù)需要隨意約定，因而造成模塊間的循環(huán)調(diào)用意約定，因而造成模塊間的循環(huán)調(diào)用優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊密優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊密 接口簡(jiǎn)單直接接口簡(jiǎn)單直接 模塊之間轉(zhuǎn)接的靈活性使

5、系統(tǒng)效模塊之間轉(zhuǎn)接的靈活性使系統(tǒng)效率高率高缺點(diǎn)：由于模塊之間可以任意相互調(diào)用，缺點(diǎn)：由于模塊之間可以任意相互調(diào)用，形成網(wǎng)絡(luò)，各模塊互相聯(lián)系，獨(dú)立性差，形成網(wǎng)絡(luò)，各模塊互相聯(lián)系，獨(dú)立性差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不清晰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不清晰 數(shù)據(jù)作為全局量處理，系統(tǒng)內(nèi)各模數(shù)據(jù)作為全局量處理，系統(tǒng)內(nèi)各模塊均可對(duì)其進(jìn)行存取和修改，造成模塊塊均可對(duì)其進(jìn)行存取和修改，造成模塊間更為隱蔽的關(guān)系。使得難于對(duì)軟件結(jié)間更為隱蔽的關(guān)系。使得難于對(duì)軟件結(jié)構(gòu)作出綜合性的理解，難于修改，可靠構(gòu)作出綜合性的理解，難于修改，可靠性、易讀性、適應(yīng)性難以保證性、易讀性、適應(yīng)性難以保證 由于模塊接口法常以大型表格為中心，由于模塊接口法常以大型表格為中心

6、，為保證數(shù)據(jù)完整性，往往采用全局封中為保證數(shù)據(jù)完整性，往往采用全局封中斷的方法，從而限制了系統(tǒng)的并發(fā)性斷的方法，從而限制了系統(tǒng)的并發(fā)性 結(jié)論：可適應(yīng)性較差，適用于規(guī)模較小、結(jié)論：可適應(yīng)性較差，適用于規(guī)模較小、使用環(huán)境比較穩(wěn)定卻要求效率較高的系使用環(huán)境比較穩(wěn)定卻要求效率較高的系統(tǒng)統(tǒng)（2）層次式結(jié)構(gòu)）層次式結(jié)構(gòu) 按此模型構(gòu)造的第一個(gè)操作系統(tǒng)是按此模型構(gòu)造的第一個(gè)操作系統(tǒng)是E.W.Dijkstra和他的學(xué)生在荷蘭開(kāi)發(fā)的和他的學(xué)生在荷蘭開(kāi)發(fā)的THE系統(tǒng)（系統(tǒng)（1968年）年）該系統(tǒng)分為六層：該系統(tǒng)分為六層：層次層次 功能功能 5 操作員操作員 4用戶程序用戶程序 3 輸入輸入/輸出管理輸出管理 2 操

7、作員操作員-進(jìn)程通信進(jìn)程通信 1內(nèi)存和磁盤(pán)管理內(nèi)存和磁盤(pán)管理 0 處理器分配和多道程序處理器分配和多道程序（3）進(jìn)程分層結(jié)構(gòu)）進(jìn)程分層結(jié)構(gòu)采用進(jìn)程概念后，把含有并發(fā)活動(dòng)的系采用進(jìn)程概念后，把含有并發(fā)活動(dòng)的系統(tǒng)劃分為若干異步運(yùn)行的、與時(shí)間無(wú)關(guān)統(tǒng)劃分為若干異步運(yùn)行的、與時(shí)間無(wú)關(guān)的順序程序模塊。操作系統(tǒng)的任務(wù)就是的順序程序模塊。操作系統(tǒng)的任務(wù)就是協(xié)調(diào)這些異步運(yùn)行的進(jìn)程，使它們能夠協(xié)調(diào)這些異步運(yùn)行的進(jìn)程，使它們能夠協(xié)調(diào)工作協(xié)調(diào)工作 進(jìn)程分層結(jié)構(gòu)是把系統(tǒng)中所有的進(jìn)程模進(jìn)程分層結(jié)構(gòu)是把系統(tǒng)中所有的進(jìn)程模塊按照一定的原則排列在若干層上，并且塊按照一定的原則排列在若干層上，并且要求這些層之間是一種單向依賴(lài)關(guān)系

8、。系要求這些層之間是一種單向依賴(lài)關(guān)系。系統(tǒng)有一個(gè)核心和位于各層上的若干進(jìn)程組統(tǒng)有一個(gè)核心和位于各層上的若干進(jìn)程組成成 優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)程模塊的獨(dú)立性強(qiáng)、易維護(hù)、易優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)程模塊的獨(dú)立性強(qiáng)、易維護(hù)、易調(diào)整，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、形式整齊劃一調(diào)整，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、形式整齊劃一 缺點(diǎn)：由于系統(tǒng)中所有進(jìn)程的控制轉(zhuǎn)移、缺點(diǎn)：由于系統(tǒng)中所有進(jìn)程的控制轉(zhuǎn)移、通訊等任務(wù)全部交給系統(tǒng)的核心去管理，通訊等任務(wù)全部交給系統(tǒng)的核心去管理，要花費(fèi)一定的代價(jià)要花費(fèi)一定的代價(jià) 主要有：主要有： （1）每一個(gè)進(jìn)程必須設(shè)立進(jìn)程控制塊，）每一個(gè)進(jìn)程必須設(shè)立進(jìn)程控制塊，用以保留進(jìn)程的狀態(tài)信息，增加了內(nèi)存開(kāi)用以保留進(jìn)程的狀態(tài)信息，增加了內(nèi)存開(kāi)

9、銷(xiāo)銷(xiāo) （2）進(jìn)程之間的控制轉(zhuǎn)移、狀態(tài)保留及）進(jìn)程之間的控制轉(zhuǎn)移、狀態(tài)保留及信息傳送，均由核心管理，時(shí)間消耗多，信息傳送，均由核心管理，時(shí)間消耗多，效率下降效率下降 （3）系統(tǒng)并發(fā)活動(dòng)過(guò)多，調(diào)度負(fù)擔(dān)過(guò)重，）系統(tǒng)并發(fā)活動(dòng)過(guò)多，調(diào)度負(fù)擔(dān)過(guò)重，且同步操作過(guò)于分散，易于造成死鎖，影且同步操作過(guò)于分散，易于造成死鎖，影響了系統(tǒng)的安全性響了系統(tǒng)的安全性（4 4）虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)）虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用陷入陷入陷入陷入I/O指令指令CMSCMSCMS370虛擬機(jī)虛擬機(jī)VM/370370裸機(jī)裸機(jī)虛擬機(jī)思想的應(yīng)用：在奔騰虛擬機(jī)思想的應(yīng)用：在奔騰CPUCPU上運(yùn)行老上運(yùn)行老的的MS-DOSMS-DOS程序程序Inte

10、lIntel在奔騰芯片上提供了一個(gè)虛擬在奔騰芯片上提供了一個(gè)虛擬80868086模式，在此模式下，奔騰機(jī)就像一臺(tái)模式，在此模式下，奔騰機(jī)就像一臺(tái)80868086計(jì)算機(jī)一樣，包括計(jì)算機(jī)一樣，包括1M1M字節(jié)內(nèi)的字節(jié)內(nèi)的1616位位尋址方式尋址方式 虛擬虛擬8086模式被模式被Windows、OS/2及其他及其他操作系統(tǒng)用于運(yùn)行操作系統(tǒng)用于運(yùn)行MS-DOS程序。程序程序。程序在虛擬在虛擬8086模式下啟動(dòng)，執(zhí)行一般的指模式下啟動(dòng)，執(zhí)行一般的指令時(shí)它們?cè)诼銠C(jī)上運(yùn)行。但是，當(dāng)一個(gè)令時(shí)它們?cè)诼銠C(jī)上運(yùn)行。但是，當(dāng)一個(gè)程序試圖陷入系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行一條系統(tǒng)調(diào)用程序試圖陷入系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行一條系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，或者試圖執(zhí)行受保護(hù)

11、的時(shí)，或者試圖執(zhí)行受保護(hù)的I/O操作時(shí)，操作時(shí)，將發(fā)生一條虛擬機(jī)監(jiān)控程序的陷入將發(fā)生一條虛擬機(jī)監(jiān)控程序的陷入兩種設(shè)計(jì)方法：兩種設(shè)計(jì)方法：第一種：第一種：MS-DOS本身被裝入虛擬本身被裝入虛擬8086模式的地址空間，虛擬機(jī)僅僅將該陷入模式的地址空間，虛擬機(jī)僅僅將該陷入傳回給傳回給DOS第二種：虛擬機(jī)監(jiān)控程序僅僅捕獲第一第二種：虛擬機(jī)監(jiān)控程序僅僅捕獲第一條陷入并自己執(zhí)行條陷入并自己執(zhí)行I/O操作操作IBM390與與Linux：Linux在在S/390下有三種實(shí)現(xiàn)模式：下有三種實(shí)現(xiàn)模式：本地運(yùn)行模式：即獨(dú)立運(yùn)行模式，本地運(yùn)行模式：即獨(dú)立運(yùn)行模式，Linux可以可以不依賴(lài)不依賴(lài)S/390自己的任何操

12、作系統(tǒng)完整地運(yùn)行自己的任何操作系統(tǒng)完整地運(yùn)行邏輯分區(qū)運(yùn)行模式：邏輯分區(qū)運(yùn)行模式：Linux在在S/390的硬件邏輯的硬件邏輯分區(qū)內(nèi)運(yùn)行，分區(qū)內(nèi)運(yùn)行，S/390最大支持最大支持15個(gè)獨(dú)立的邏輯個(gè)獨(dú)立的邏輯分區(qū)分區(qū) VM/ESA模式：把模式：把Linux當(dāng)成一個(gè)虛擬機(jī)來(lái)運(yùn)當(dāng)成一個(gè)虛擬機(jī)來(lái)運(yùn)行，行，VM提供虛擬的提供虛擬的CPU、I/O子系統(tǒng)和內(nèi)存資子系統(tǒng)和內(nèi)存資源源IBM390與與Linux：用戶既可以選擇把用戶既可以選擇把OS/390與與Linux共存，共存，只是簡(jiǎn)單地共享硬件，也可以將兩者設(shè)只是簡(jiǎn)單地共享硬件，也可以將兩者設(shè)置成客戶置成客戶/服務(wù)器模式來(lái)應(yīng)用，非常靈活服務(wù)器模式來(lái)應(yīng)用，非常靈活

13、 （5）層次管程結(jié)構(gòu)）層次管程結(jié)構(gòu)為了控制并發(fā)程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使并為了控制并發(fā)程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使并發(fā)程序易于理解和易于保證其正確性，發(fā)程序易于理解和易于保證其正確性，人們?cè)谖∧K組合結(jié)構(gòu)和進(jìn)程分層結(jié)人們?cè)谖∧K組合結(jié)構(gòu)和進(jìn)程分層結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，不斷尋求一種抽象的構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，不斷尋求一種抽象的概念和嚴(yán)格的表示法，從而發(fā)展了以數(shù)概念和嚴(yán)格的表示法，從而發(fā)展了以數(shù)據(jù)為中心的模塊概念和操作系統(tǒng)的層次據(jù)為中心的模塊概念和操作系統(tǒng)的層次管程結(jié)構(gòu)管程結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)按資源管理的觀點(diǎn)分解成若干模塊，系統(tǒng)按資源管理的觀點(diǎn)分解成若干模塊，用數(shù)據(jù)表示抽象系統(tǒng)資源，同時(shí)分析了共用數(shù)據(jù)表示抽象系統(tǒng)資源，同時(shí)分析

14、了共享資源和專(zhuān)用資源在管理上的差別，按不享資源和專(zhuān)用資源在管理上的差別，按不同的管理方式定義模塊的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)，使同的管理方式定義模塊的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)，使同步操作相對(duì)集中，從而增加了模塊的相同步操作相對(duì)集中，從而增加了模塊的相對(duì)獨(dú)立性對(duì)獨(dú)立性 從功能和實(shí)現(xiàn)相結(jié)合的觀點(diǎn)出發(fā)，從系統(tǒng)中提從功能和實(shí)現(xiàn)相結(jié)合的觀點(diǎn)出發(fā)，從系統(tǒng)中提煉出管程、類(lèi)程、一般模塊和進(jìn)程等幾種基本成煉出管程、類(lèi)程、一般模塊和進(jìn)程等幾種基本成分，使一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可分解為由這幾種基本成分，使一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可分解為由這幾種基本成分構(gòu)成的模型。同時(shí)，在分解和提煉這些模塊的分構(gòu)成的模型。同時(shí)，在分解和提煉這些模塊的基礎(chǔ)上，將它們按照一定的準(zhǔn)則編

15、入各層，包括基礎(chǔ)上，將它們按照一定的準(zhǔn)則編入各層，包括核心在內(nèi)。核心是最內(nèi)層，可看成是管理中央處核心在內(nèi)。核心是最內(nèi)層，可看成是管理中央處理機(jī)的一個(gè)專(zhuān)門(mén)管程。最外層是反映系統(tǒng)并發(fā)度理機(jī)的一個(gè)專(zhuān)門(mén)管程。最外層是反映系統(tǒng)并發(fā)度的若干管程、類(lèi)程和一般模塊。我們稱(chēng)操作系統(tǒng)的若干管程、類(lèi)程和一般模塊。我們稱(chēng)操作系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)為層次管程結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的這種結(jié)構(gòu)為層次管程結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為為PCM方法方法層次管程結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：層次管程結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是： （1）結(jié)構(gòu)清晰統(tǒng)一）結(jié)構(gòu)清晰統(tǒng)一 （2）同步操作相對(duì)集中，增加了系統(tǒng)的）同步操作相對(duì)集中，增加了系統(tǒng)的安全性安全性 （3）用高級(jí)語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)程序，可以

16、縮短系）用高級(jí)語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)程序，可以縮短系統(tǒng)的研制周期，利用編譯時(shí)的檢查取代硬統(tǒng)的研制周期，利用編譯時(shí)的檢查取代硬件保護(hù)機(jī)構(gòu)，不僅更加靈活，而且降低了件保護(hù)機(jī)構(gòu)，不僅更加靈活，而且降低了運(yùn)行時(shí)檢查的開(kāi)銷(xiāo)運(yùn)行時(shí)檢查的開(kāi)銷(xiāo)（4）由于只有進(jìn)程是系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行的單）由于只有進(jìn)程是系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行的單位，因此可以按照系統(tǒng)要求的并發(fā)度來(lái)設(shè)位，因此可以按照系統(tǒng)要求的并發(fā)度來(lái)設(shè)置進(jìn)程。由于去掉了不必要的平行性，從置進(jìn)程。由于去掉了不必要的平行性，從而減少了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)而減少了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo) 層次管程結(jié)構(gòu)的局限性主要有兩點(diǎn)：層次管程結(jié)構(gòu)的局限性主要有兩點(diǎn)： 第一，由于管程概念的一個(gè)重要特征是保證第一，由于管程概念的一個(gè)重要特征

17、是保證模塊內(nèi)數(shù)據(jù)的完整性，因而，為了保證每一模塊內(nèi)數(shù)據(jù)的完整性，因而，為了保證每一個(gè)管程所管理的數(shù)據(jù)的完整性，可以采用局個(gè)管程所管理的數(shù)據(jù)的完整性，可以采用局部互斥技術(shù)，或用縮小臨界區(qū)的辦法。但在部互斥技術(shù)，或用縮小臨界區(qū)的辦法。但在解決任意管程嵌套調(diào)用問(wèn)題時(shí)，僅是局部互解決任意管程嵌套調(diào)用問(wèn)題時(shí)，僅是局部互斥就難于實(shí)現(xiàn)了，就要根據(jù)具體情況，或者斥就難于實(shí)現(xiàn)了，就要根據(jù)具體情況，或者采用全局互斥，或者采用限制嵌套類(lèi)型與重采用全局互斥，或者采用限制嵌套類(lèi)型與重?cái)?shù)等策略，這些都限制了使用范圍數(shù)等策略，這些都限制了使用范圍 第二，雖然資源管理的局部化增加了模第二，雖然資源管理的局部化增加了模塊的獨(dú)立

18、性和系統(tǒng)的安全性，但對(duì)全局塊的獨(dú)立性和系統(tǒng)的安全性，但對(duì)全局性資源，或者同時(shí)涉及多個(gè)資源的管理性資源，或者同時(shí)涉及多個(gè)資源的管理時(shí)就不方便了，這也是引起管程嵌套調(diào)時(shí)就不方便了，這也是引起管程嵌套調(diào)用的一個(gè)因素用的一個(gè)因素管程：記錄、協(xié)調(diào)各進(jìn)程對(duì)臨界資源的使管程：記錄、協(xié)調(diào)各進(jìn)程對(duì)臨界資源的使用要求，供進(jìn)程實(shí)現(xiàn)同步與互斥，并完用要求，供進(jìn)程實(shí)現(xiàn)同步與互斥，并完成對(duì)共享變量的修改成對(duì)共享變量的修改類(lèi)程：指一個(gè)專(zhuān)用（獨(dú)占）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類(lèi)程：指一個(gè)專(zhuān)用（獨(dú)占）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及在此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上定義的所有操作以及在此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上定義的所有操作進(jìn)程：執(zhí)行單位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中并發(fā)工作的進(jìn)程：執(zhí)行單位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中并發(fā)工

19、作的基本成分基本成分建立于進(jìn)程、類(lèi)程、管程基礎(chǔ)上的系統(tǒng)建立于進(jìn)程、類(lèi)程、管程基礎(chǔ)上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式是從各進(jìn)程出發(fā)，對(duì)類(lèi)程和管結(jié)構(gòu)模式是從各進(jìn)程出發(fā)，對(duì)類(lèi)程和管程的一系列嵌套調(diào)用，直到系統(tǒng)核心程的一系列嵌套調(diào)用，直到系統(tǒng)核心PPPMMCC（6）客戶）客戶-服務(wù)器結(jié)構(gòu)服務(wù)器結(jié)構(gòu)微內(nèi)核微內(nèi)核 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)趨勢(shì)，將傳統(tǒng)操現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)趨勢(shì)，將傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的大部分代碼分離出來(lái)放在更高作系統(tǒng)的大部分代碼分離出來(lái)放在更高的層次上。即從操作系統(tǒng)中去掉盡可能的層次上。即從操作系統(tǒng)中去掉盡可能多的東西，而只留一個(gè)最小的核心多的東西，而只留一個(gè)最小的核心通常的實(shí)現(xiàn)方法是將大多數(shù)操作系統(tǒng)功能通常的實(shí)現(xiàn)方法是將

20、大多數(shù)操作系統(tǒng)功能由用戶進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)由用戶進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)核心的全部工作是處理客戶與服務(wù)器間的核心的全部工作是處理客戶與服務(wù)器間的通信。操作系統(tǒng)被分割成許多部分，每一通信。操作系統(tǒng)被分割成許多部分，每一部分只處理一方面的功能，如文件服務(wù)、部分只處理一方面的功能，如文件服務(wù)、進(jìn)程服務(wù)、終端服務(wù)或存儲(chǔ)器服務(wù)進(jìn)程服務(wù)、終端服務(wù)或存儲(chǔ)器服務(wù) 在微內(nèi)核之上建有應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境的服務(wù)器在微內(nèi)核之上建有應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境的服務(wù)器（Workspace OS稱(chēng)之為個(gè)性服務(wù)器，稱(chēng)之為個(gè)性服務(wù)器，Windows NT稱(chēng)之為保護(hù)子系統(tǒng)），微內(nèi)稱(chēng)之為保護(hù)子系統(tǒng)），微內(nèi)核操作系統(tǒng)可以提供多種核操作系統(tǒng)可以提供多種OS運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行環(huán)境微內(nèi)核

21、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)：n為構(gòu)造其他操作系統(tǒng)提供基礎(chǔ)為構(gòu)造其他操作系統(tǒng)提供基礎(chǔ)n支持大而稀疏的空間支持大而稀疏的空間n能透明地使用網(wǎng)絡(luò)資源能透明地使用網(wǎng)絡(luò)資源n在系統(tǒng)一級(jí)和應(yīng)用一級(jí)均可拓展并行性在系統(tǒng)一級(jí)和應(yīng)用一級(jí)均可拓展并行性n高度的可移植性高度的可移植性途徑：途徑：n把傳統(tǒng)意義上屬于操作系統(tǒng)的代碼由低把傳統(tǒng)意義上屬于操作系統(tǒng)的代碼由低層移向高層，由核心移向用戶，要增加層移向高層，由核心移向用戶，要增加新功能僅需加結(jié)點(diǎn)新功能僅需加結(jié)點(diǎn)n消息傳送機(jī)制消息傳送機(jī)制 Client/Server 特點(diǎn)：每一部分變得很小，更易于管理。特點(diǎn)：每一部分變得很小，更易于管理。而且，由于所有服務(wù)

22、器以用戶進(jìn)程的形式而且，由于所有服務(wù)器以用戶進(jìn)程的形式運(yùn)行，而不是運(yùn)行在核心態(tài)，所以它們不運(yùn)行，而不是運(yùn)行在核心態(tài)，所以它們不直接訪問(wèn)硬件。這樣處理的結(jié)果是：假如直接訪問(wèn)硬件。這樣處理的結(jié)果是：假如在文件服務(wù)器中發(fā)生錯(cuò)誤，文件服務(wù)器可在文件服務(wù)器中發(fā)生錯(cuò)誤，文件服務(wù)器可能崩潰，但不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰能崩潰，但不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰 客戶一服務(wù)器模型的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它適用客戶一服務(wù)器模型的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它適用于分布式系統(tǒng)，如果一個(gè)客戶通過(guò)消息傳于分布式系統(tǒng)，如果一個(gè)客戶通過(guò)消息傳遞與服務(wù)器通信，客戶無(wú)需知道這條消息遞與服務(wù)器通信，客戶無(wú)需知道這條消息是在本機(jī)處理還是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送給遠(yuǎn)程機(jī)器是在本機(jī)處理還是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送給遠(yuǎn)程機(jī)器上的服務(wù)器上的服務(wù)器 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 易于擴(kuò)充，易于移植易于擴(kuò)充，易于移植 提高系統(tǒng)的可靠性提高系統(tǒng)的可靠性 提供多種操作環(huán)境提供多種操作環(huán)境 適宜于分布計(jì)算模式適宜于分布計(jì)算模式 有助于多處理器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)有助于多處理器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 支