【正文】 然后再進(jìn)一步將各模塊細(xì)分為若干個具有一定管理功能的子模塊– 內(nèi)聚性– 耦合度第一章 操作系統(tǒng)引論 模塊化 OS結(jié)構(gòu)第一章 操作系統(tǒng)引論 圖 16 模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模塊化 OS結(jié)構(gòu)? 模塊化 OS的優(yōu)點– 提高了 OS設(shè)計的正確性、可理解性和可維護(hù)性；– 增強了 OS的可適應(yīng)性；– 加速了 OS的開發(fā)過程。第一章 操作系統(tǒng)引論 * 寄存器電路1計算棧、微程序解釋器指令集2過程、調(diào)用棧、顯示過程3 處理器硬件中斷處理程序中斷4進(jìn)程原語、信號量、就緒隊列進(jìn)程原語5數(shù)據(jù)塊、設(shè)備通道本地輔存6 單處理器資源段、頁虛擬存儲器7管道通信8文件文件系統(tǒng)9外設(shè)設(shè)備10目錄目錄11用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程12外部對象用戶程序設(shè)計環(huán)境shell13功能范圍對象名稱層常見操作系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第四代 OS? 客戶 /服務(wù)器模式? 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計技術(shù)? 微內(nèi)核 OS第一章 操作系統(tǒng)引論 客戶 /服務(wù)器模式? 用戶態(tài)： 用來提供各種服務(wù)的服務(wù)器（進(jìn)程）所在的層次? 內(nèi)核態(tài)： 處理用戶和服務(wù)器間的通信，實現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的和較基本功能的進(jìn)程所在的層次? 內(nèi)核接收用戶請求，啟動相應(yīng)服務(wù)器，接著接收服務(wù)器的應(yīng)答，回送給發(fā)送請求的用戶第一章 操作系統(tǒng)引論 C/S模式 客戶 /服務(wù)器模式? 客戶機? 服務(wù)器? 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第一章 操作系統(tǒng)引論 客戶 /服務(wù)器（ C/S）模式的組成 客戶 /服務(wù)器之間的交互? 客戶請求消息? 服務(wù)器接收消息? 服務(wù)器回送消息? 客戶機接收消息? 數(shù)據(jù)的分布處理和存儲? 便于集中管理? 靈活性和可擴充性? 易于改編應(yīng)用程序第一章 操作系統(tǒng)引論 客戶 /服務(wù)器模式的優(yōu)點 客戶 /服務(wù)器模式的缺點? 存在著不可靠性和瓶頸問題 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計? 面向?qū)ο蠹夹g(shù) 是基于 “抽象 ”和“隱蔽 ”原則來控制大型軟件的復(fù)雜度的。? 實現(xiàn)虛擬存儲器管理的策略，如頁面置換算法，內(nèi)存分配與回收策略等，則置于微內(nèi)核外的存儲器管理服務(wù)器微內(nèi)核 的基本功能第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 中斷和陷入處理：? 微內(nèi)核的主要功能是捕獲所發(fā)生的中斷和陷入事件，并進(jìn)行相應(yīng)的前期處理。? 提供了對分布式系統(tǒng)的支持? 在微內(nèi)核 OS中，客戶和服務(wù)器之間以及服務(wù)器之間的通信，是采用消息傳遞通信機制進(jìn)行的，所以能很好地支持分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)? 融入了面向?qū)ο蠹夹g(shù)微內(nèi)核 操作系統(tǒng)的優(yōu)點第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 較之早期 OS，微內(nèi)核 OS的運行效率有所降低? 效率降低的主要原因： 在完成一次客戶對 OS提出的服務(wù)請求時，需要利用消息實現(xiàn)多次交互和進(jìn)行用戶 /內(nèi)核模式及上下文的多次切換。? 所有的服務(wù)器運行在用戶態(tài)，服務(wù)器與服務(wù)器之間采用的是消息傳遞通信機制，某個服務(wù)器的錯誤不會影響內(nèi)核與其他服務(wù)器。第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 進(jìn)程（線程）管理：? 采用 “機制與策略分離 ”的原理? 進(jìn)程（線程）的調(diào)度、進(jìn)程音的通信、進(jìn)程的切換、多處理機間的同步等功能放在微內(nèi)核中? 進(jìn)程優(yōu)先級的確定與修改等屬策略問題，置于微內(nèi)核外的進(jìn)程（線程）管理服務(wù)器。? 分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：– 易保證系統(tǒng)的正確性– 易擴充、易維護(hù)性? 分層結(jié)構(gòu)的缺點：– 系統(tǒng)效率降低了第一章 操作系統(tǒng)引論 分層式 OS結(jié)構(gòu)– 被調(diào)用功能 在低層：如文件系統(tǒng)管理 設(shè)備管理 設(shè)備驅(qū)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– 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(guān)的軟件放在最低層。第一章 操作系統(tǒng)引論 無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)? 模塊化程序設(shè)計技術(shù)： 是基于 “分解 ”和 “模塊化 ”原則來控制大型軟件的復(fù)雜度的。幾乎各種操作系統(tǒng)都提供了系統(tǒng)調(diào)用，供程序設(shè)計。? 為了提高存儲空間的利用率，通常采用離散分配方式第一章 操作系統(tǒng)引論 文件存儲空間的管理? 文件目錄項包括：– 文件名– 文件屬性– 文件在磁盤上的物理位置等? 任務(wù)：– 為每個文件建立目錄項– 對眾多的目錄項進(jìn)行有效組織，以實現(xiàn)按名存取。? 設(shè)備分配機制具有的結(jié)構(gòu)和功能– 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：設(shè)備控制表、控制器控制表等– 設(shè)備分配? 獨占設(shè)備分配的安全性檢查– 設(shè)備回收設(shè)備分配第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 設(shè)備處理程序 又稱 設(shè)備驅(qū)動程序 。? 內(nèi)存分配方式– 靜態(tài)分配：作業(yè)裝入時確定，運行時不能更改與移動。? 處理機管理的主要功能：– 創(chuàng)建和撤消進(jìn)程（線程）– 對諸進(jìn)程（線程）的運行進(jìn)行協(xié)調(diào)– 實現(xiàn)進(jìn)程（線程）之間的信息交換– 按照一定的算法把處理機分配給進(jìn)程（線程）第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 進(jìn)程控制： 創(chuàng)建和撤消進(jìn)程以及控制進(jìn)程的轉(zhuǎn)換。通過 “請求調(diào)入功能 ”和 “置換功能 ”每次只把用戶程序的一部分調(diào)用內(nèi)存運行，實現(xiàn)用戶的各部分分時進(jìn)行內(nèi)存運行的功能。如，采用分時技術(shù)，將一臺處理機虛擬為若干臺處理機。? 微觀上，在單處理機系統(tǒng)中，多個任務(wù)在單個處理機上交替運行稱為任務(wù) 并發(fā) ；多處理機系統(tǒng)中，多個任務(wù)在多個處理機上同時運行稱為任務(wù) 并行 。? 可靠性。– 實時信息處理系統(tǒng)中，每個終端向?qū)崟r系統(tǒng)提出請求時，是彼此獨立操作，互不干擾。? 交互性： 能進(jìn)行廣泛的人機交互 適合辦公自動化、教學(xué)及事務(wù)處理等要求人機會話的場合。第一章 操作系統(tǒng)引論 多道程序設(shè)計的基本概念? OS中引入多道程序技術(shù)可帶來的好處：– 提高 CPU的利用率– 提高內(nèi)存和 I/O設(shè)備利用率– 增加系統(tǒng)吞吐量第一章 操作系統(tǒng)引論 多道程序設(shè)計的基本概念用戶程序監(jiān)督程序I/O操作I/O中斷請求t1結(jié)束中斷I/O完成啟動 I/OI/O中斷請求結(jié)束中斷I/O完成啟動 I/Ot2 t3 t4 t5 t6 t7 t8從黑色的實線來看 CPU是斷續(xù)性運作第一章 操作系統(tǒng)引論 多道程序設(shè)計的基本概念程序 A程序 C程序 B程序 D調(diào)度程序A I/O請求 A I/O完成A再次被調(diào)度B I/O請求C I/O請求D I/O請求程序 B I/O完成C I/O完成 C再次被調(diào)度A 完成從黑色的實線來看 CPU是持續(xù)性運作第一章 操作系統(tǒng)引論 多道批處理系統(tǒng)的特征? 多道性? 無序性? 調(diào)度性? 作業(yè)調(diào)度? 進(jìn)程調(diào)度 多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點? 資源利用率高? 系統(tǒng)吞吐量大? 平均周轉(zhuǎn)時間長? 無交互能力適合大型科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理。? 不管作業(yè)大小，只要它一旦占用處理機開始執(zhí)行，則它必須一直占據(jù)處理機，直到運行完畢。 ? 提高 I/O速度。 操作系統(tǒng)的目標(biāo)第一章 操作系統(tǒng)引論 操作系統(tǒng)的目標(biāo)：? 對于不同的計算機系統(tǒng)，操作系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)會有差異。 Sons. Inc. 2022課程內(nèi)容安排本門課程總計 64個學(xué)時，另外安排了二周的課程設(shè)計 章 節(jié) 課堂授課 習(xí)題課 實驗課第一章 操作系統(tǒng)引論 4 4第二章 進(jìn)程管理 10