【正文】 然后再進(jìn)一步將各模塊細(xì)分為若干個(gè)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(diǎn)– 提高了 OS設(shè)計(jì)的正確性、可理解性和可維護(hù)性；– 增強(qiáng)了 OS的可適應(yīng)性；– 加速了 OS的開發(fā)過(guò)程。第一章 操作系統(tǒng)引論 * 寄存器電路1計(jì)算棧、微程序解釋器指令集2過(guò)程、調(diào)用棧、顯示過(guò)程3 處理器硬件中斷處理程序中斷4進(jìn)程原語(yǔ)、信號(hào)量、就緒隊(duì)列進(jìn)程原語(yǔ)5數(shù)據(jù)塊、設(shè)備通道本地輔存6 單處理器資源段、頁(yè)虛擬存儲(chǔ)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(duì)象用戶程序設(shè)計(jì)環(huán)境shell13功能范圍對(duì)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(jì)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(lái)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(shí)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(qǐng)求，啟動(dòng)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(qǐng)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(jī)? 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(qǐng)求消息? 服務(wù)器接收消息? 服務(wù)器回送消息? 客戶機(jī)接收消息? 數(shù)據(jù)的分布處理和存儲(chǔ)? 便于集中管理? 靈活性和可擴(kuò)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(diǎn) 客戶 /服務(wù)器模式的缺點(diǎn)? 存在著不可靠性和瓶頸問(wèn)題 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)? 面向?qū)ο蠹夹g(shù) 是基于 “抽象 ”和“隱蔽 ”原則來(lái)控制大型軟件的復(fù)雜度的。? 實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器管理的策略，如頁(yè)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(chǔ)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(duì)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(jī)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(diǎn)第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 較之早期 OS，微內(nèi)核 OS的運(yùn)行效率有所降低? 效率降低的主要原因： 在完成一次客戶對(duì) OS提出的服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，需要利用消息實(shí)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(yùn)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(jī)制，某個(gè)服務(wù)器的錯(cuò)誤不會(huì)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(jī)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(jī)間的同步等功能放在微內(nèi)核中? 進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的確定與修改等屬策略問(wèn)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(diǎn)：– 易保證系統(tǒng)的正確性– 易擴(kuò)充、易維護(hù)性? 分層結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：– 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(dòng)程序– 活躍功能 在低層：提高運(yùn)行效率– 資源管理的 公用模塊 放在最低層：如緩沖區(qū)隊(duì)列、堆棧操作– 存儲(chǔ)器管理 放在次低層：便于利用虛擬存儲(chǔ)功能– 最低層的 硬件抽象層 ：與機(jī)器特點(diǎn)緊密相關(guān)的軟件放在最低層。第一章 操作系統(tǒng)引論 無(wú)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)? 模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)： 是基于 “分解 ”和 “模塊化 ”原則來(lái)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(jì)。? 為了提高存儲(chǔ)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(chǔ)空間的管理? 文件目錄項(xiàng)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(gè)文件建立目錄項(xiàng)– 對(duì)眾多的目錄項(xiàng)進(jìn)行有效組織，以實(shí)現(xiàn)按名存取。? 設(shè)備分配機(jī)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(dú)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(dòng)程序 。? 內(nèi)存分配方式– 靜態(tài)分配：作業(yè)裝入時(shí)確定，運(yùn)行時(shí)不能更改與移動(dòng)。? 處理機(jī)管理的主要功能：– 創(chuàng)建和撤消進(jìn)程（線程）– 對(duì)諸進(jìn)程（線程）的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)– 實(shí)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(jī)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(guò) “請(qǐng)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(yùn)行，實(shí)現(xiàn)用戶的各部分分時(shí)進(jìn)行內(nèi)存運(yùn)行的功能。如，采用分時(shí)技術(shù)，將一臺(tái)處理機(jī)虛擬為若干臺(tái)處理機(jī)。? 微觀上，在單處理機(jī)系統(tǒng)中，多個(gè)任務(wù)在單個(gè)處理機(jī)上交替運(yùn)行稱為任務(wù) 并發(fā) ；多處理機(jī)系統(tǒng)中，多個(gè)任務(wù)在多個(gè)處理機(jī)上同時(shí)運(yùn)行稱為任務(wù) 并行 。? 可靠性。– 實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)中，每個(gè)終端向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)提出請(qǐng)求時(shí)，是彼此獨(dú)立操作，互不干擾。? 交互性： 能進(jìn)行廣泛的人機(jī)交互 適合辦公自動(dòng)化、教學(xué)及事務(wù)處理等要求人機(jī)會(huì)話的場(chǎng)合。第一章 操作系統(tǒng)引論 多道程序設(shè)計(jì)的基本概念? OS中引入多道程序技術(shù)可帶來(lái)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(jì)的基本概念用戶程序監(jiān)督程序I/O操作I/O中斷請(qǐng)求t1結(jié)束中斷I/O完成啟動(dòng) I/OI/O中斷請(qǐng)求結(jié)束中斷I/O完成啟動(dòng) I/Ot2 t3 t4 t5 t6 t7 t8從黑色的實(shí)線來(lái)看 CPU是斷續(xù)性運(yùn)作第一章 操作系統(tǒng)引論 多道程序設(shè)計(jì)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(qǐng)求 A I/O完成A再次被調(diào)度B I/O請(qǐng)求C I/O請(qǐng)求D I/O請(qǐng)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(shí)線來(lái)看 CPU是持續(xù)性運(yùn)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(wú)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(diǎn)? 資源利用率高? 系統(tǒng)吞吐量大? 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)? 無(wú)交互能力適合大型科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理。? 不管作業(yè)大小，只要它一旦占用處理機(jī)開始執(zhí)行，則它必須一直占據(jù)處理機(jī)，直到運(yùn)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(duì)于不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)會(huì)有差異。 Sons. Inc. 2022課程內(nèi)容安排本門課程總計(jì) 64個(gè)學(xué)時(shí)，另外安排了二周的課程設(shè)計(jì) 章 節(jié) 課堂授課 習(xí)題課 實(shí)驗(yàn)課第一章 操作系統(tǒng)引論 4 4第二章 進(jìn)程管理 10