操作系統(tǒng)教程4版1-2章-ch11.4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，–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.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)造它的過程和方法；二.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.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)程線程管程類程操作系統(tǒng)的內(nèi)核(1)內(nèi)核?內(nèi)核分類：微內(nèi)核和單內(nèi)核。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)。內(nèi)核?(2)內(nèi)核(kernel)是作為

來提供支持進(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)行于態(tài)，具有

硬設(shè)備和所有主存空間的權(quán)限，是僅有的能執(zhí)行

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)內(nèi)核結(jié)構(gòu)單用戶態(tài)系統(tǒng)庫(函數(shù)庫)應(yīng)用程序系統(tǒng)調(diào)用接口模塊內(nèi)核(進(jìn)程管理、管理、文件管理、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理)設(shè)備驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)硬件態(tài)單內(nèi)核單內(nèi)核操作系統(tǒng)(4)兩種基本設(shè)計(jì)方法整體式結(jié)構(gòu)(1)設(shè)計(jì)思想和步驟

(2)缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)(3)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)操作系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程務(wù)器 務(wù)器 務(wù)器客戶 客戶

文件服

進(jìn)程服

主存服

……進(jìn)程1 進(jìn)程2微內(nèi) (消息傳遞)計(jì)算機(jī)硬件用戶進(jìn)程用戶態(tài)核心態(tài)客戶通過微內(nèi)核發(fā)送消息給文件服務(wù)器內(nèi)核的基本功能基本功能資源抽象資源分配資源共享內(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)核部分程序在內(nèi)核可以使用中斷狀態(tài)下執(zhí)行指令虛擬機(jī)具有以下特性虛擬機(jī)沒有中斷，虛擬機(jī)為每個(gè)進(jìn)程提供了一臺(tái)虛擬處理器，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)。內(nèi)核和

機(jī)組成虛擬機(jī)機(jī)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)用問題均可分成兩部分：提供及實(shí)現(xiàn)確定的功能(機(jī)制)，常常將機(jī)制作為系統(tǒng)的來實(shí)現(xiàn)如何使用這些功能(策略)，可在不 的環(huán)境中定義策略機(jī)制與策略分離(2)例子：調(diào)度機(jī)制與調(diào)度策略的分離模塊化裝載機(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

；(3)機(jī)制集中在少數(shù)模塊，策略擬散布在多處。進(jìn)程進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行的程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次計(jì)算活動(dòng)，也是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和保護(hù)的基本單位。進(jìn)程是一個(gè)既能用來共享資源，又能描述程序并發(fā)執(zhí)行過程的一個(gè)基本單位。–刻畫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性，解決系統(tǒng)資源的“共享性”，提高資源利用率，–正確描述程序的執(zhí)行狀態(tài)，發(fā)揮系統(tǒng)的并發(fā)性。進(jìn)程控制轉(zhuǎn)移由調(diào)度機(jī)制

管理進(jìn)程交互由通信、同步機(jī)制完成線程基本思路把進(jìn)程的兩項(xiàng)功能：“獨(dú)立分配資源”與“被調(diào)度分派執(zhí)行”，分離開來，進(jìn)程作為系統(tǒng)資源分配和保護(hù)的獨(dú)立單位，不需要頻繁地切換；線程作為系統(tǒng)調(diào)度和分派的基本單位，能輕裝運(yùn)行，會(huì)被頻繁地調(diào)度和切換，在這種指導(dǎo)思想下，產(chǎn)生了線程的概念。管程管程是由局部于自己的若干公共變量及其說明和所有這些公共變量的過程所組成的模塊。管程的屬性共享性安全性互斥性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)行方式來看，可分成：非進(jìn)程的內(nèi)核模型OS功能(函數(shù))在用戶進(jìn)程內(nèi)執(zhí)行的模型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)核模型應(yīng)用進(jìn)程應(yīng)用進(jìn)程內(nèi)核應(yīng)用進(jìn)程…態(tài)用戶態(tài)操作系統(tǒng)運(yùn)行模型(2)2)OS功能在用戶進(jìn)程內(nèi)執(zhí)行的模型態(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)程操作系統(tǒng)的運(yùn)行模型(3)3)OS功能作為獨(dú)立進(jìn)程執(zhí)行的模型微內(nèi)核（進(jìn)程切換函數(shù)）……用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)

應(yīng)用

用進(jìn)

進(jìn)程

程應(yīng)

OS

OS用

函

函進(jìn)

數(shù)

數(shù)程OS函數(shù)Windows2000/XP客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)框系統(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)庫用戶態(tài)態(tài)執(zhí)行體設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序硬件抽象層圖形引擎Windows2000/

XP客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)(2)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)Win32UserGDI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管理器虛存

進(jìn)程線

表