第一章操作系統(tǒng)引論1

教材：計算機操作系統(tǒng)湯小丹、梁紅兵、哲鳳屏、湯子瀛編著西安電子科技大學出版社（第四版）任課教師：朱元輝

礪志樓207675788321@參考書張堯學，史美林，計算機操作系統(tǒng)教程(第3版)，清華大學出版社，2006年孫鐘秀，操作系統(tǒng)教程(第3版)

，高等教育出版社，2003年8月AbrahamSilberschatz,OperatingSystemConcepts(6rdedition),高等教育出版社，2002年5月WilliamStallings,操作系統(tǒng)－內核與設計原理(第四版),電子工業(yè)出版社,2005年1月課程目的不是如何使用操作系統(tǒng) 而是理解操作系統(tǒng)如何工作

OS工作方式

OS內部算法和數據結構設計OS過程中的問題、解決方案和折中權衡實踐性強（從實踐總結出原理）涉及面廣（并行程序，性能問題，結構問題，程序方法論，軟件工程，等等）錯綜復雜、縱橫交叉如何學好操作系統(tǒng)？

操作系統(tǒng)課程的特點設計操作系統(tǒng)或者修改現有的系統(tǒng)。存在人們意識不到的大量“操作系統(tǒng)”-嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedOS）加深對使用的OS的理解，有利于深入編程用戶為了開發(fā)應用程序必須與操作系統(tǒng)打交道編程時借鑒操作系統(tǒng)的設計思想和算法，操作系統(tǒng)中所用的許多概念和技巧可以推廣應用到其他領域選擇購買操作系統(tǒng)我們并不總使用Win98/NT/XP/Win7/Win10等WINDOWS系統(tǒng)，還有......為什么學習操作系統(tǒng)?

涉及到計算機科學的很多領域 計算機體系結構/硬件 軟件設計 程序設計語言 數據結構 算法 網絡

學習核心技術并能在其他地方應用之應聘工作、考研為什么學習操作系統(tǒng)?課程主要內容介紹用戶接口進程管理處理機管理存儲管理設備管理文件管理操作系統(tǒng)的功能管理系統(tǒng)軟硬件資源、擴展計算機的功能、向用戶提供服務。課程考核辦法平時（小測、作業(yè)及考勤）：20%實驗：20%期末考試：60%實驗課安排：實驗室鐘瑋老師安排,預計國慶后開始第一章緒論1.1什么是操作系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.3操作系統(tǒng)的分類1.4操作系統(tǒng)的特征1.5操作系統(tǒng)的功能1.6操作系統(tǒng)的結構1.7常用的操作系統(tǒng)教學目的與要求了解操作系統(tǒng)的發(fā)展過程理解操作系統(tǒng)的目標和作用理解操作系統(tǒng)的結構設計方法掌握操作系統(tǒng)的基本特征和功能掌握三種基本操作系統(tǒng)的基本原理和異同教學重點：

操作系統(tǒng)的基本特征和功能、系統(tǒng)功能調用教學難點：系統(tǒng)功能調用1.1什么是操作系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標1.1.2操作系統(tǒng)的作用和組成1.1.3操作系統(tǒng)舉例返回1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標圖1.1 計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)(層次結構)軟件硬件及固件（裸機）應用軟件系統(tǒng)軟件編輯軟件，編譯軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)的地位：緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境）引入操作系統(tǒng)的目標有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點）：管理和分配硬件、軟件資源，提高系統(tǒng)資源利用率；合理地組織計算機的工作流程，提高系統(tǒng)的吞吐量。方便性（用戶的觀點）：提供良好的、一致的用戶接口，彌補硬件系統(tǒng)的類型和數量差別可擴充性（開放的觀點）：硬件的類型和規(guī)模、操作系統(tǒng)本身的功能和管理策略、多個系統(tǒng)之間的資源共享和互操作開放性：遵循開放系統(tǒng)互連（OSI）國際標準，實現兼容、互連操作系統(tǒng)的作用(1)

1.1.2操作系統(tǒng)的作用系統(tǒng)命令（命令行、菜單式、命令腳本式）；系統(tǒng)調用（形式上類似于過程調用，在應用編程中使用）。圖形用戶接口GUIOS是用戶使用系統(tǒng)硬件、軟件的接口。操作系統(tǒng)的作用(2)

管理對象包括：CPU、存儲器、外部設備、信息（數據和軟件）；管理的內容：資源的當前狀態(tài)（數量和使用情況）、資源的分配、回收和訪問操作，相應管理策略（包括用戶權限）。OS是計算機硬件、軟件資源的管理者。操作系統(tǒng)的作用(3)

在裸機上添加：設備管理、文件管理、存儲管理（針對內存和外存）、處理機管理（針對CPU）；另外，為合理組織工作流程：作業(yè)管理、進程管理。操作系統(tǒng)的非形式化定義：系統(tǒng)軟件，程序模塊的集合，資源管理和用戶接口功能OS是擴展機(extendedmachine)/虛擬機(virtualmachine)。1.1.3推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力(1)提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計算機發(fā)展的初期，計算機系統(tǒng)昂貴，用作集中計算(2)方便用戶：用戶上機、調試程序，分散計算時的事務處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家庭）(3)器件的發(fā)展：CPU的位寬度（指令和數據）、快速外存(4)計算機體系結構的不斷發(fā)展：多處理機系統(tǒng)、網絡操作系統(tǒng)“需求推動發(fā)展”1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)(simplebatch processing)1.2.3多道批處理系統(tǒng)(multiprogrammingsystem)1.2.4分時系統(tǒng)(time-sharingsystem)1.2.5實時系統(tǒng)(real-timesystem)返回1.手工操作工作方式用戶：用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計算機專業(yè)人員；編程語言：為機器語言；輸入輸出：紙帶或卡片；計算機的工作特點用戶獨占全機：不出現資源被其他用戶占用，資源利用率低；CPU等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；1946~50年代（電子管），集中計算（計算中心），計算機資源昂貴；主要矛盾計算機處理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪費）；用戶獨占全機的所有資源；提高效率的途徑專門的操作員，批處理2.脫機輸入/輸出(Off-LineI/O)方式這種脫機I/O方式的主要優(yōu)點如下：減少了CPU的空閑時間。(2)提高I/O速度。圖1-2脫機I/O示意圖1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchProcessingSystem)的處理過程圖1-3單道批處理系統(tǒng)的處理流程

源程序有錯嗎？否裝配目標程序還有下一個作業(yè)？是否停止運行目標程序是開始把下一個作業(yè)的源程序轉換為目標程序MemoryLayoutforaSimpleBatchSystem單道批處理系統(tǒng)是最早出現的一種OS，嚴格地說，它只能算作是OS的前身而并非是現在人們所理解的OS。盡管如此，該系統(tǒng)比起人工操作方式的系統(tǒng)已有很大進步。該系統(tǒng)的主要特征如下：

(1)自動性。

(2)順序性。

(3)單道性。2.單道批處理系統(tǒng)的特征1.2.4多道批處理系統(tǒng)

(multiprogrammingsystem)60年代中~70年代中（集成電路），利用多道批處理提高資源的利用率。Severaljobsarekeptinmainmemoryatthesametime,andtheCPUismultiplexedamongthem.批處理系統(tǒng)中作業(yè)處理及狀態(tài)

1、引入多道程序設計技術帶來的好處提高CPU的利用率?？商岣邇却婧虸/O設備利用率。增加系統(tǒng)吞吐量。圖1-4單道和多道程序運行情況2、多道批處理的運行特征

多道：內存中同時存放幾個作業(yè)；無序性：都處于運行狀態(tài)，完成無先后順序；調度性：1、作業(yè)調度；2、進程調度在當前運行的作業(yè)需作I/O處理時，CPU轉而執(zhí)行另一個作業(yè)。（I/O完成后是否立刻恢復執(zhí)行？要等到其他程序再次I/O時）單道和多道批處理的比較多道程序系統(tǒng)和多處理系統(tǒng)(multiprocessingsystem)的區(qū)別：前者指多個程序同時在內存中交替運行，后者指多個處理器。多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征是基于各作業(yè)對系統(tǒng)資源的需求差異得到的。例如：有3個作業(yè)A、B、C，分別為計算、檢索和打印作業(yè)，單道運行時間分別為5分、15分和10分鐘。它們可并行在15分鐘內完成3個作業(yè)。各資源的利用效率為：3、多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點：資源利用率高：CPU和內存利用率較高；作業(yè)吞吐量大：單位時間內完成的工作總量大；缺點：用戶交互性差：整個作業(yè)完成后或中間出錯時，才與用戶交互，不利于調試和修改；作業(yè)平均周轉時間長：短作業(yè)的周轉時間顯著增長；批處理：交互性差－－提高對CPU利用率；分時處理：用戶與應用程序隨時交互，控制程序運行，適于商業(yè)和辦公事務處理－－縮短響應時間處理機管理問題。內存管理問題。I/O設備管理問題。文件管理問題。作業(yè)管理問題。4、多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題

操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進行調度，以及方便用戶使用的程序的集合。1.2.5分時系統(tǒng)

(time-sharingsystem)“分時”的含義分時是指多個用戶分享使用同一臺計算機。多個程序分時共享硬件和軟件資源。多個用戶分時：單個用戶使用計算機的效率低，因而允許多個應用程序同時在內存中，分別服務于不同的用戶。有用戶輸入時由CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入－－時走時停70年代中期至今前臺和后臺程序(foreground&background)分時：后臺程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互－－現在的圖形用戶界面(GUI)，除當前交互的程序(輸入焦點)之外，其他程序均作為后臺通常按時間片(timeslice)分配：各個程序在CPU上執(zhí)行的輪換時間。分時系統(tǒng)的特點多路性：多個用戶同時使用。獨立性：對每個用戶而言好象獨占主機。及時性：用戶的請求能在其所能接受的等待時間間隔內（時間片）獲得響應。交互性：在調試和運行程序時由用戶自己操作?，F在的許多操作系統(tǒng)都具有分時處理的功能，在分時系統(tǒng)的基礎上，操作系統(tǒng)的發(fā)展開始分化，如實時系統(tǒng)、通用系統(tǒng)、個人系統(tǒng)等。1.2.6實時系統(tǒng)

(real-timesystem)要求：響應時間短，在一定范圍之內；系統(tǒng)可靠性高任務的類型：周期性實時任務：外設周期性地發(fā)出激勵信號給計算機非周期性實時任務：截止時間(deadline)，開始截止時間（最晚開始時間）和完成截止時間（最晚完成時間）用于工業(yè)過程控制、軍事實時控制、金融等領域，包括實時控制、實時信息處理目前的操作系統(tǒng)，通常具有分時、實時和批處理功能，又稱作通用操作系統(tǒng)?？蛇m用于計算、事務處理等多種領域，能運行在多種硬件平臺上，如UNIX系統(tǒng)、WindowsNT等。－－通用化、小型化實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較：多路性獨立性及時性交互性可靠性1.2.7多處理操作系統(tǒng)

(Multi-processorOperatingSystem)多處理機系統(tǒng)的特點增加系統(tǒng)的吞吐量：N個處理器加速比達不到N倍（額外的調度開銷，算法的并行化）提高系統(tǒng)可靠性：故障時系統(tǒng)降級運行多處理操作系統(tǒng)的出現是為了提高計算機系統(tǒng)性能和可靠性。提高性能有兩條途徑：提高各個組成部分的速度、增大處理的并行程度。1975年前后，出現多處理機系統(tǒng)(multi-processor)。1.2.8網絡操作系統(tǒng)

(NOS,NetworkOperatingSystem)網絡操作系統(tǒng)是在通常操作系統(tǒng)功能的基礎上提供網絡通信和網絡服務功能的操作系統(tǒng)。網絡操作系統(tǒng)為網上計算機進行方便而有效的網絡資源共享，提供網絡用戶所需各種服務的軟件和相關規(guī)程的集合。網絡功能與操作系統(tǒng)的結合程度是網絡操作系統(tǒng)的重要性能指標。早期的作法是通常操作系統(tǒng)附加網絡軟件，過渡到網絡功能成為操作系統(tǒng)的有機組成部分。它們的區(qū)別在于：網絡功能的強弱、使用是否方便等。計算機網絡一些自主的計算機系統(tǒng)，通過通信設施相互連接，完成信息交換、資源共享、互操作和協(xié)同工作等功能。引入計算機網絡的目的：完成新的應用（進行自動的信息交換），提高性能－價格比（共享昂貴資源）計算機網絡的分類按網絡拓撲（傳輸媒體和網絡設備所連接的幾何形狀）：星形、環(huán)形、總線形、不規(guī)則形等；按地理范圍：局域網（LAN,LocalAreaNetwork）、城域網(MAN,MetropolitanAreaNetwork)、廣域網(WAN,WideAreaNetwork)；按網絡標準－－內在特性，決定其性能（如效率隨負載的變化、實時性、優(yōu)先級）Ethernet,TokenRing,FDDI,X.25,ATM網絡操作系統(tǒng)的功能通常操作系統(tǒng)的功能：處理機管理、存儲器管理、設備管理、文件管理等；網絡通信功能：通過網絡協(xié)議進行高效、可靠的數據傳輸；網絡資源管理：協(xié)調各用戶使用；網絡服務：文件和設備共享，信息發(fā)布；網絡管理：安全管理、故障管理、性能管理等；互操作：直接控制對方比交換數據更為困難；1.2.9分布式操作系統(tǒng)(DistributedOperatingSystem)分布式系統(tǒng)：處理和控制的分散（相對于集中式系統(tǒng)）分布式系統(tǒng)是以計算機網絡為基礎的，它的基本特征是處理上的分布，即功能和任務的分布。分布式操作系統(tǒng)的所有系統(tǒng)任務可在系統(tǒng)中任何處理機上運行，自動實現全系統(tǒng)范圍內的任務分配并自動調度各處理機的工作負載。1.2.10嵌入式操作系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)？在各種設備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)它們是一個大設備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個大設備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計算機”由于它們被嵌入在各種設備、裝置或系統(tǒng)中，因此稱為嵌入式系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)，是運行在嵌入式智能芯片環(huán)境中，對整個智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進行統(tǒng)一協(xié)調、調度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件.在嵌入式系統(tǒng)中的OS，稱為嵌入式操作系統(tǒng)1.3操作系統(tǒng)的特征1.3.1操作系統(tǒng)的特征1.3.2操作系統(tǒng)的服務返回1.3.1操作系統(tǒng)的特征并發(fā)(concurrency)共享(sharing)虛擬(virtual)異步性(asynchronism)并發(fā)(concurrency)在多道程序處理時，宏觀上并發(fā)，微觀上交替執(zhí)行（在單處理器情況下）。程序的靜態(tài)實體是可執(zhí)行文件，而動態(tài)實體是進程（或稱作任務），并發(fā)指的是進程。并行性(parallel)是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生。并發(fā)性（concurrence）是指兩個或多個事件在同一時間間隔內發(fā)生。操作系統(tǒng)是一個并發(fā)系統(tǒng)，各進程間的并發(fā)，系統(tǒng)與應用間的并發(fā)。操作系統(tǒng)要完成這些并發(fā)過程的管理。共享(sharing)互斥共享（如音頻設備）：資源分配后到釋放前，不能被其他進程所用。同時訪問（如可重入代碼，磁盤文件）多個進程共享有限的計算機系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)要對系統(tǒng)資源進行合理分配和使用。資源在一個時間段內交替被多個進程所用。虛擬(virtual)CPU－－每個用戶（進程）的"虛處理機"虛擬存儲器－－每個進程都占有的地址空間（指令＋數據＋堆棧）虛擬設備技術－－多窗口或虛擬終端(virtualterminal)，SPOOLINg技術，虛擬信道虛擬是指通過某種技術（分時或分空間）把一個物理實體映射為若干個對應的邏輯實體。虛擬是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可提高資源利用率。兩種方式實現虛擬技術：時分復用和空分復用異步性(asynchronism)進程的運行速度不可預知：分時系統(tǒng)中，多個進程并發(fā)執(zhí)行，"時走時停"，不可預知每個進程的運行推進快慢判據：無論快慢，應該結果相同－－通過進程互斥和同步手段來保證難以重現系統(tǒng)在某個時刻的狀態(tài)（包括重現運行中的錯誤）也稱不確定性，指進程的執(zhí)行順序和執(zhí)行時間的不確定性；操作系統(tǒng)的各特征之間的關系并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)最基本的特征。為了提高計算機資源的利用率，OS必然要采用多道程序設計技術，使多個程序共享系統(tǒng)的資源，并發(fā)地執(zhí)行。并發(fā)和共享互為存在的條件。一方面，資源的共享以程序（進程）的并發(fā)執(zhí)行為條件，如系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題；另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效的管理，協(xié)調好諸進程對共享資源的訪問，也將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。操作系統(tǒng)的各特征之間的關系虛擬以并發(fā)和資源共享為前提。為了使并發(fā)進程能更方便、更有效地共享資源，操作系統(tǒng)常采用多種虛擬技術來在邏輯上增加CPU和設備的數量以及存儲器的容量，從而解決眾多并發(fā)進程對有限的系統(tǒng)資源的爭用問題。異步性是并發(fā)和共享的必然結果。操作系統(tǒng)允許進程共享資源、相互合作，使得每個進程的運行過程受到其他進程的制約，不再“一氣呵成”，這必然導致異步性特征的產生。1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機管理1.4.2存儲管理1.4.3設備管理1.4.4文件管理1.4.5用戶接口1.4.1處理機管理進程控制：創(chuàng)建、撤銷、掛起、改變運行優(yōu)先級等－－主動改變進程的狀態(tài)進程同步：協(xié)調并發(fā)進程之間的推進步驟，以協(xié)調資源共享；－－交換信息能力弱管理目標：完成處理機資源的分配調度等功能。處理機調度的單位可為進程或線程。1.4.1處理機管理進程通信：進程之間傳送數據，以協(xié)調進程間的協(xié)作；－－交換信息能力強，也可以用來協(xié)調進程之間的推進調度：作業(yè)和進程的運行切換，以充分利用處理機資源和提高系統(tǒng)性能；－－未必是進程控制操作所引起（可能是時間片輪轉、I/O操作）同一類型內的公平性、高效率（吞吐量大）、作業(yè)周轉時間等1.4.2存儲管理內存分配與回收:內存保護：保證進程間互不干擾、相互保密；如：訪問合法性檢查、甚至要防止從"垃圾"中竊取其他進程的信息；地址映射（變換）：進程邏輯地址到內存物理地址的映射；內存擴充（覆蓋、交換和虛擬存儲）：提高內存利用率、擴大進程的內存空間；管理目標：提高利用率、方便用戶使用、提供足夠的存儲空間、方便進程并發(fā)運行。1.4.3設備管理設備處理：利用設備驅動程序（通常在內核中）完成對設備的操作。還需處理外設的IRQ。設備獨立性(deviceindependence)：提供統(tǒng)一的I/O設備接口，使應用程序獨立于物理設備，提高可適應性；在同樣的接口和操作下完成不同的內容（如FAXModem作為Windows上的打印機設備）。管理目標：方便的設備使用、提高CPU與I/O設備利用率；提高I/O速度；1.4.3設備管理設備分配與回收：在多用戶間共享I/O設備資源。虛擬設備(virtualdevice)：設備由多個進程共享，每個進程如同獨占。緩沖區(qū)管理：匹配CPU和外設的速度，提高兩者的利用率（單緩沖區(qū)、雙緩沖區(qū)和公用緩沖區(qū)）1.4.4文件管理文件存儲空間管理：解決如何存放信息，以提高空間利用率和讀寫性能。目錄管理：解決信息檢索問題。文件的屬性（如文件名）、單一副本賦予多文件名文件的讀寫管理和存取控制：解決信息安全問題。系統(tǒng)設口令"哪個用戶"、用戶分類"哪個用戶組"、文件權限"針對用戶或用戶組的讀寫權“軟件管理：軟件的版本、相互依賴關系、安裝和拆除等管理目標：解決軟件資源的存儲、共享、保密和保護。1.4.5用戶接口命令接口：供用戶用于組織和控制自己的作業(yè)運行。命令行"聯(lián)機"；命令腳本"脫機"編程接口：供用戶程序和系統(tǒng)程序調用操作系統(tǒng)功能。系統(tǒng)調用和高級語言庫函數；圖形接口：采用了圖形化的操作界面，用非常容易識別的各種圖標(icon)來將系統(tǒng)的各項功能、各種應用程序和文件，直觀、逼真地表示出來。用戶可用鼠標或通過菜單和對話框，來完成對應用程序和文件的操作。管理目標：提供一個友好的用戶訪問操作系統(tǒng)的接口。操作系統(tǒng)向上提供兩種接口；1.5操作系統(tǒng)的結構設計1.5.1整體或模塊結構1.5.2分層結構或虛擬機1.5.3客戶/服務器模型或微內核結構隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展，功能越強，OS自身代碼量越大－－采用良好的結構：有利于保證正確性以及自身修改和擴充。返回操作系統(tǒng)的設計原則可維護性：容易修改與否稱為可維護性；有三種可能的維護：改錯性維護：改正已發(fā)現的錯誤；適應性維護：修改軟件，使之適應新的運行環(huán)境（硬件環(huán)境和軟件環(huán)境）；如：操作系統(tǒng)的移植。完善性維護：增加新功能；可靠性：可靠性包括兩方面：正確性：正確實現所要求的功能和性能；穩(wěn)健性：對意外（故障和誤操作）作出適當的處理；操作系統(tǒng)的設計原則可理解性：易于理解，以方便測試、維護和交流；性能：有效地使用系統(tǒng)資源；盡可能快地響應用戶請求；1.5.1整體或模塊結構

monolithicsystemormodularsystem模塊結構的特點：模塊由眾多服務過程（模塊接口）組成，可以隨意調用其他模塊中的服務過程.優(yōu)點：具有一定靈活性，運行效率高缺點：功能劃分和模塊接口難保正確和合理；模塊之間的依賴關系（功能調用關系）復雜（調用深度和方向），降低了模塊之間的相對獨立性,不利于修改整個系統(tǒng)按功能進行設計和模塊劃分。系統(tǒng)是一個單一的、龐大的的軟件系統(tǒng)。這種結構思想來源于服務功能觀點，而不是資源管理的觀點。1.5.2分層結構或虛擬機

layeredsystemorvirtualmachine從資源管理觀點出發(fā)，劃分層次。在某一層次上代碼只能調用低層次上的代碼，使模塊間的調用變?yōu)橛行蛐?。系統(tǒng)每加一層，就構成一個比原來功能更強的虛擬機。有利于系統(tǒng)的維護性和可靠性。分層結構的特點優(yōu)點：功能明確，調用關系清晰（高層對低層單向依賴），有利于保證設計和實現的正確性低層和高層可分別實現（便于擴充）；高層錯誤不會影響到低層；避免遞歸調用缺點：降低了運行效率（為什么？）各系統(tǒng)對具體劃分多少層次有不同的看法。分層原則被調用功能在低層：如文件系統(tǒng)管理－－設備管理－－設備驅動程序活躍功能在低層：提高運行效率資源管理的公用模塊放在最低層：如緩沖區(qū)隊列、堆棧操作分層原則存儲器管理放在次低層：便于利用虛擬存儲功能最低層的硬件抽象層：與機器特點緊密相關的軟件放在最低層。如WindowsNT中的HAL(HardwareabstractLayer)－－單處理、多處理資源分配策略放在最外層，便于修改或適應不同環(huán)境分層式結構與模塊式結構的異同分層式結構與模塊式結構一樣具有模塊化的特征。分層式結構也要將復雜的操作系統(tǒng)按其功能分成若干個比較簡單、相對獨立的模塊。為了使模塊之間能夠交互，它也必須規(guī)定模塊之間的接口。因此，分層式結構具有模塊式結構的優(yōu)點1.5.3客戶/服務器模型或微內核結構

client-servermodelormicro

kernel微內核(micro-kernel)：將更多操作系統(tǒng)功能放在核心之外，作為獨立的服務進程運行；服務進程（或稱作“保護子系統(tǒng)”）客戶進程（系統(tǒng)客戶和應用客戶）－需支持多進程把操作系統(tǒng)分成若干分別完成一組特定功能的服務進程，等待客戶提出請求；而系統(tǒng)內核只實現操作系統(tǒng)的基本功能(如：虛擬存儲、消息傳遞)。本地過程調用(LPC,LocalProcedureCall)：一種進程之間請求-應答式的消息（Message）傳遞機制。消息：是一定格式的數據結構。①發(fā)起調用，送出請求消息②請求消息到達并進行處理③送出回答消息④整理回答消息，返回結果；如：對文件create,read,write1.5.3客戶/服務器模型或微內核結構

client-servermodelormicrokernel微內核模式的特點

優(yōu)點：良好的擴充性：只需添加支持新功能的服務進程即可可靠性好：調用關系明確，執(zhí)行轉移不易混亂便于網絡服務，實現分布式處理：以同樣的調用形式，在下層可通過核心中的網絡傳送到遠方服務器上(遠地過程調用RPC,RemoteProcedureCall)缺點：消息傳遞比直接調用效率要低一些(但可以通過提高硬件性能來補償)RPC的過程：RPC應用程序－－RPCStub(client)－－Network－－RPCServer－－進行本地調用微內核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能如進程管理、存儲器管理、進程間通信、低級I/O功能。

(1)進程管理。

(2)存儲器管理。

(3)進程通信管理。

(4)I/O設備管理。微內核的基本功能1.6常用的操作系統(tǒng)1.6.1MSDOS1.6.2MSWindows3.x,Windows95,WindowsNT,Windows2000，20031.6.3UNIX/Liunx返回1.6.1MSDOS1981年：PC-DOS1.1：IBMPC，只支持軟盤的個人操作系統(tǒng)；1983年：DOS2.0：PCXT，支持硬盤和目錄的層次結構，并提供豐富的系統(tǒng)命令；1984年：DOS3.0：PCAT(Intel80286CPU)，它把286作為一個快速的8086使用；1987年：DOS3.3：提供對IBMPS/2的支持（如3.5"軟驅），提供了更多的應用；1988年：DOS4.0：支持大于32M的硬盤；1991年：DOS5.0：改進對擴展內存的支持；IBMPC,CPU8088/8086,BIOS單用戶單任務，簡單分層結構，16位MSDOS的歷史MSDOS的結構DOSBIOS(BasicInput/OutputSystem)：由一組與硬件相關的設備驅動程序組成，實現基本的輸入/輸出功能；DOS核心：提供一套獨立于硬件的系統(tǒng)功能：內存管理、文件管理、字符設備和輸入/輸出、實時時鐘等；命令處理程序：對用戶命令進行分析和執(zhí)行；MSDOS的特點字符用戶界面。"準多任務"：通過內存駐留程序TSR(TerminatedandStayResident)來實現，通過時鐘中斷或鍵盤中斷"熱鍵hotkey"來激活其他任務。不支持虛擬存儲，沒有存儲保護。XMS是段式分配，通過內存數據搬移來使用XMS區(qū)域EMS是頁式分配，通過頁面的映射來使用EMS區(qū)域或者用支持保護方式的編程工具文件系統(tǒng)為FAT(FileAllocationTable)格式（磁盤卷，多級目錄，文件名8+3個字符；設備驅動程序在系統(tǒng)起動時加載。分為字符設備和塊設備。1.6.2MSWindows3.x,Windows95,WindowsNT,Windows20001990年：Windows3.0（成功版本），16位OS，借見AppleMacintosh給出友好的用戶界面；1993年：WindowsNT3.1,32位OS，支持DOS和Windows應用程序；1999