《操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)》ppt課件(文件)
【正文】 遞 ) 94 一種操作系統(tǒng)層次 95 OS/2 層次結(jié)構(gòu) 96 微內(nèi)核 ?隨著 UNIX操作系統(tǒng)的擴(kuò)充， 內(nèi)核變得更大且更難管理 ?將所有非基本部分從內(nèi)核中移到 用戶空間 ?哪些服務(wù)保留在內(nèi)核內(nèi) ? – 最小的進(jìn)程和內(nèi)存管理 – 通信功能 ?通信以消息傳遞形式提供 97 微內(nèi)核 ? 優(yōu)點(diǎn) : – 便于擴(kuò)充 – 方便操作系統(tǒng)從一種硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)移植到另一種硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) – 更好的可靠性 (內(nèi)核運(yùn)行更少的代碼 ) – 更好的安全性 ? 例 : – Mach (mid1980s, CMU) ? Tru64 UNIX (formerly Digital UNIX) ? Apple MacOS X Server – QNX (realtime OS) – Windows NT (hybrid structure) 98 Windows NT 客戶－服務(wù)器結(jié)構(gòu) ? 分層結(jié)構(gòu) ? 微內(nèi)核結(jié)構(gòu) ? 客戶－服務(wù)器結(jié)構(gòu) 99 虛擬機(jī) ?虛擬機(jī) : 應(yīng)用程序?qū)⑺鼈兊囊磺邢聦赢?dāng)成硬件的一部分而看作一個(gè)層次整體 ?操作系統(tǒng)創(chuàng)建一種幻覺(jué)，以至于進(jìn)程認(rèn)為有自己的處理器和自己的 (虛擬 )內(nèi)存 100 系統(tǒng)模型 非虛擬機(jī)模式 虛擬機(jī)模式 101 虛擬機(jī) ?物理計(jì)算機(jī)共享資源以創(chuàng)建虛擬機(jī) – CPU 調(diào)度能共享出 CPU以造成一種每個(gè)用戶都有自己的處理器的感覺(jué) – 假脫機(jī)（ spooling） 和文件系統(tǒng)能提供虛擬讀卡機(jī)和虛擬行式打印機(jī) – 一個(gè)普通的用戶分時(shí)終端提供虛擬機(jī)操作員終端的功能 102 虛擬機(jī)優(yōu)缺點(diǎn) ? 每個(gè)虛擬機(jī)完全與其他虛擬機(jī)相隔離，由于各種系統(tǒng)資源完全被保護(hù)，就不存在安全問(wèn)題 . – 沒(méi)有直接資源共享 ? 虛擬機(jī)系統(tǒng)是用于研究和開發(fā)操作系統(tǒng)的很好工具，虛擬機(jī)允許進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)而不必中斷正常的系統(tǒng)操作 ? 虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)困難，因?yàn)樾杼峁┡c底層機(jī)器完全一樣的拷貝需要大量的工作 . 103 Java 虛擬機(jī) (JVM) ? Java 是由 Sun Microsystems 公司于 1995年底退出的一種很受歡迎的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言 ? 對(duì)于每個(gè) Java類， Java編譯器會(huì)生成與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的字節(jié)代碼輸出文件（ .class）， 它可運(yùn)行于在任何 JVM的實(shí)現(xiàn)上。 ? 然而： – 現(xiàn)代編譯器能對(duì)大型程序進(jìn)行復(fù)雜的分析并采用高級(jí)優(yōu)化技術(shù)以生成優(yōu)化代碼 – 操作系統(tǒng)的重要性能改善很可能是由于更好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，而不是由于優(yōu)秀的匯編語(yǔ)言代碼。 112 小節(jié) ?操作系統(tǒng)組成： – 進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、 I/O管理、保護(hù)系統(tǒng)、命令解釋程序 ?操作系統(tǒng)的服務(wù) ?系統(tǒng)調(diào)用 – 進(jìn)程控制、文件管理、設(shè)備管理、信息維護(hù)、通信 113 小節(jié) ?系統(tǒng)程序 ?操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) – 簡(jiǎn)單、分層、微內(nèi)核 – 虛擬機(jī) ?策略和實(shí)現(xiàn)（機(jī)制） 114 ?作業(yè) – 5, 10, 12, 15 。 110 ? 操作系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成能運(yùn)行在某類計(jì)算機(jī)上，對(duì)于某個(gè)特定的計(jì)算機(jī)場(chǎng)所，必須要配置和生成系統(tǒng)，這一過(guò)程有時(shí)稱為系統(tǒng)生成（ system generation， SYSGEN）。當(dāng)兩者的優(yōu)先級(jí)發(fā)生變化時(shí)，策略無(wú)關(guān)的機(jī)制更加容易遷移。這些程序稱為系統(tǒng)工具或應(yīng)用程序 – 命令解釋 ? 從操作系統(tǒng)的角度而言，并不區(qū)分用戶程序和系統(tǒng)程序 88 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?現(xiàn)代操作系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，必須要設(shè)計(jì)一個(gè) 好的結(jié)構(gòu) 以便能正常工作并能容易修改 ?通常是將這一任務(wù)分成小模塊而不只是一個(gè)單塊系統(tǒng) 89 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu) ?MSDOS – 利用最小的空間提供最多的功能 ?內(nèi)存大小從 256到 640KB, OS 占用 48 到 128 KB – 以較小、簡(jiǎn)單且功能有限的系統(tǒng)形式啟動(dòng) – 沒(méi)有被劃分成模塊 90 MSDOS 層次結(jié)構(gòu) 91 UNIX 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?UNIX – 最初受硬件功能的限制 ?由兩個(gè)獨(dú)立部分組成 : – 系統(tǒng)程序 – 內(nèi)核 ?包括物理硬件之上和系統(tǒng)調(diào)用接口之下的所有部分 ?提供文件系統(tǒng)、 CPU調(diào)度、內(nèi)存管理和其它操作系統(tǒng)功能 ?大多數(shù)的功能都結(jié)合放在這一層 92 UNIX 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 93 分層方法 ? 操作系統(tǒng)分成若干層，每層建立在較低層之上。 ? 文件系統(tǒng)操作 – 程序需要讀、寫、創(chuàng)建、刪除文件 ? 通信 – 進(jìn)程間交換信息一種發(fā)生在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的兩個(gè)進(jìn)程之間，另一種發(fā)生在由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的不同計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程之間。 3） 作業(yè)控制： 作業(yè)控制是指作業(yè)從進(jìn)入系統(tǒng)開始 ， 直到運(yùn)行完成的整個(gè)過(guò)程中 ， 用戶可通過(guò)某種形式向系統(tǒng)發(fā)出各種命令 ， 以對(duì)自己的作業(yè)進(jìn)行控制和管理 。 系統(tǒng)可通過(guò)某種技術(shù)使該設(shè)備成為能被多個(gè)用戶共享的設(shè)備 ， 以提高設(shè)備利用率及加速程序的執(zhí)行過(guò)程 。 65 2)設(shè)備管理程序應(yīng)具有的功能 ? 緩沖管理： 幾乎所有的外圍設(shè)備于處理機(jī)交換信息時(shí) ， 都要利用緩沖來(lái)緩和 CPU和 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 ， 和提高CPU與設(shè)備 、 設(shè)備與設(shè)備間操作的并行程度 ， 以提高 CPU和 I/O設(shè)備的利用率 。 地址映射功能可使用戶不必過(guò)問(wèn)物理存儲(chǔ)空間的分配細(xì)節(jié) ， 從而為用戶編程提供了方便 。 62 存儲(chǔ)器管理的功能 ? 內(nèi)存分配： 多道程序能并發(fā)執(zhí)行的首要條件是 ， 各道程序都有自己的內(nèi)存空間 ，因此 ， 為每道程序分配內(nèi)存是存儲(chǔ)器管理的最基本功能 。 ? 進(jìn)程通信：對(duì)于相互合作的進(jìn)程 ， 在它們運(yùn)行時(shí) ，相互之間往往要交換一定的信息 ， 這種進(jìn)程間所進(jìn)行的信息交換稱為進(jìn)程通信 。 進(jìn)程控制的基本功能就是創(chuàng)建和撤消進(jìn)程以及控制進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 。 53 計(jì)算環(huán)境 ?傳統(tǒng)計(jì)算 – 大型機(jī)，小型機(jī)，終端 ?基于 Web的計(jì)算 – PC, PDA, 手機(jī) 可上網(wǎng) – 負(fù)載平衡技術(shù) ?嵌入式計(jì)算 – 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) – 汽車 , 微波爐 , 照相機(jī) , 等 54 小結(jié) ?兩個(gè)目標(biāo) : 性能和方便 ?操作員和批處理任務(wù) ?批處理系統(tǒng) , 自動(dòng)切換作業(yè) , CPU 利用率低 ?多道程序設(shè)計(jì) , CPU 切換 ?分時(shí)系統(tǒng)，交互 ?PC, 得益于大型機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展成果 55 小結(jié) ?吞吐量 , 可靠性 , 資源共享 – 并行系統(tǒng) (SMP) – 分布式系統(tǒng) – 集群系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)系統(tǒng) ?趨勢(shì) :
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