ch1-1.4操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu).ppt

1、1.4 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模型,1.4.1 操作系統(tǒng)的構(gòu)件和結(jié)構(gòu) 1.4.2 操作系統(tǒng)的運(yùn)行模型 1.4.3 Windows 2003客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu),1.4.1 操作系統(tǒng)構(gòu)件和結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出以下特征： 復(fù)雜程度高， 生成周期長(zhǎng)， 正確性難保證 。 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有三層含義： 一、是研究操作系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，如功能如何分塊，相互如何交互，及考慮構(gòu)造它的過(guò)程和方法； 二、是研究操作系統(tǒng)程序局部結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)； 三、是操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的組織，如系統(tǒng)是否組織成進(jìn)程或線程?在系統(tǒng)空間還是在用戶空間運(yùn)行?,操作系統(tǒng)的構(gòu)件,內(nèi)核 進(jìn)程 線程 類程 管程,操作系統(tǒng)的內(nèi)核(1),1)什么是

2、內(nèi)核? 2)內(nèi)核分類：微內(nèi)核和單內(nèi)核。 3)Linux是單內(nèi)核操作系統(tǒng) ，Mach是微內(nèi)核操作系統(tǒng) ，Windows2003是C/S結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)。,什么是內(nèi)核?(2),內(nèi)核(kernel)是作為可信軟件來(lái)提供支持進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的基本功能和基本操作的一組程序模塊， 內(nèi)核通常駐留在內(nèi)核空間，運(yùn)行于核心態(tài)，具有訪問(wèn)硬設(shè)備和所有主存空間的權(quán)限，是僅有的能執(zhí)行特權(quán)指令的那部分程序。 在內(nèi)核的支撐下，機(jī)器功能得到擴(kuò)展、進(jìn)程運(yùn)行環(huán)境得到改善，安全性得到保證，系統(tǒng)效率得到提高。,操作系統(tǒng)的內(nèi)核(3) Linux單內(nèi)核結(jié)構(gòu),單內(nèi)核操作系統(tǒng)兩種基本設(shè)計(jì)方法(4),整體式結(jié)構(gòu) (1)設(shè)計(jì)思想和步驟 (2)缺點(diǎn) 和優(yōu)點(diǎn)

3、 (3)早期(IBM)操作系統(tǒng)使用 層次式結(jié)構(gòu) (1)設(shè)計(jì)思路 (2)缺點(diǎn) 和優(yōu)點(diǎn) (3)THE多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)中第一次提出操作系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,操作系統(tǒng)的內(nèi)核(5)微內(nèi)核結(jié)構(gòu),微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),一對(duì)進(jìn)程的請(qǐng)求提供一致性接口，不必區(qū)別內(nèi)核級(jí)服務(wù)或用戶級(jí)服務(wù)，所有服務(wù)均借助消息傳遞機(jī)制提供； 二可擴(kuò)充性和易修改性好，增加新服務(wù)和替換老功能，只需增加或替換服務(wù)器； 三可移植性好，與特定CPU有關(guān)代碼均在微內(nèi)核中，把系統(tǒng)移植到新平臺(tái)上所作修改較小； 四提供對(duì)分布式系統(tǒng)的有力支撐，當(dāng)消息從客戶機(jī)發(fā)送給服務(wù)器進(jìn)程時(shí)，不必知道它駐留在哪臺(tái)機(jī)器上，處理都是發(fā)送請(qǐng)求和接收回答。 缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低，因

4、為進(jìn)程間必須通過(guò)內(nèi)核的通信機(jī)制才能進(jìn)行通信。,內(nèi)核的基本功能,基本功能: 資源抽象-用軟件抽象硬件資源，屏蔽底層細(xì)節(jié)，簡(jiǎn)化操作。 資源分配-把抽象的資源分配給多個(gè)應(yīng)用程序使用，并負(fù)責(zé)回收資源。 資源共享-根據(jù)資源的類型和特性，提供不同的機(jī)制確保進(jìn)程獲得資源，允許進(jìn)程共享資源提供資源共享的同步互斥機(jī)制。,內(nèi)核的基本屬性,基本屬性: 內(nèi)核是由中斷驅(qū)動(dòng)的 內(nèi)核是不可搶占的 內(nèi)核部分程序在屏蔽中斷狀態(tài)下執(zhí)行 內(nèi)核可以使用特權(quán)指令,內(nèi)核和裸機(jī)組成的虛擬機(jī)具有以下特性： 1）虛擬機(jī)沒(méi)有中斷， 2）虛擬機(jī)為每個(gè)進(jìn)程提供了一臺(tái)虛擬處理器， 3）虛擬機(jī)為進(jìn)程或模塊提供了功能較強(qiáng)的指令系統(tǒng)。,虛擬機(jī)具有的特性,機(jī)

5、制與策略分離(1),在策略與機(jī)制分離的操作系統(tǒng)中，解決應(yīng)用問(wèn)題均可分成兩部分：“提供及實(shí)現(xiàn)確定的功能(機(jī)制)，將機(jī)制作為系統(tǒng)的可信軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)”和“如何使用這些功能(策略)，可在不可信的環(huán)境中定義策略”。,機(jī)制與策略分離(2),例子1：調(diào)度機(jī)制與調(diào)度策略的分離 例子2：操作系統(tǒng)模塊加載的機(jī)制和策略分離 機(jī)制與策略分離的原則： (1)機(jī)制由OS實(shí)現(xiàn)，策略留給用戶完成； (2)機(jī)制放在底層，策略放在高層； (3)機(jī)制集中在少數(shù)模塊，策略擬散布在多處。,操作系統(tǒng)的構(gòu)件,進(jìn)程 是對(duì)處理器的抽象，描述系統(tǒng)內(nèi)部的并發(fā)性，解決系統(tǒng)資源共享。每個(gè)進(jìn)程相對(duì)獨(dú)立，提高系統(tǒng)的安全和可靠性。 線程 為了提高系統(tǒng)并發(fā)性，

6、降低進(jìn)程間通訊和系統(tǒng)開(kāi)銷，允許每個(gè)進(jìn)程有多個(gè)線程，線程是系統(tǒng)調(diào)度的獨(dú)立單位。 管程 管理共享資源的同步機(jī)制，對(duì)管程的調(diào)用表示是對(duì)共享資源的請(qǐng)求和釋放；管程統(tǒng)一控制和管理了分散在進(jìn)程中的臨界資源。 類程 管理私有資源,被它的父進(jìn)程或同一個(gè)父進(jìn)程的其他管程或類程調(diào)用。,1.4.2 操作系統(tǒng)的運(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。,操作系統(tǒng)的運(yùn)行模型(1)1）非進(jìn)程內(nèi)核模型,操作系統(tǒng)運(yùn)行模型(2)2）O