【導讀】通常在計算機硬件上配置的OS，其目。或者說，用戶在OS幫助下，能夠方便、快捷、安全、可靠地操縱計算機硬件和運行自己的程序。這是指由OS提供了一組聯機命令(語。圖形、窗口方式。歸納起來可將資源分為四類：處理器、存儲器、相應地，OS的主要功能也。正是針對這四類資源進行有效的管理，即：處理機管理，事實上，當今世界上廣為流行的。能再強，也必定是難于使用的。進行數據輸入和打印輸出。臺比裸機功能更強、使用更方便的機器。的機器稱為擴充機器或虛機器。件存取命令，來進行文件的存取。于第一代，這時還未出現OS。當程序運行完畢并取走計算結果后，才。CPU等待人工操作。減少了CPU的空閑時間。單道批處理系統(tǒng)是最早出現的一種OS，嚴格地說，它只能算作是OS的前身而并非是現在人們所理解的OS。其因I/O設備的低速性，更使CPU的利用率顯著降低。另一道程序運行，從而保持了CPU處于忙碌狀態(tài)?？商岣邇却婧虸/O設備利用率。的I/O設備，在單道程序環(huán)境下也不能充分利用。

　　

【正文】 負擔 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 2. 模塊化 OS 1) 模塊化程序設計技術 ， 是最早 (20世紀 60年代 )出現的一種程序設計技術 。 該技術是基于 “ 分解 ” 和 “ 模塊化 ” 原則來控制大型軟件的復雜度的 。 為使 OS具有較清晰的結構 ， OS不再是由眾多的過程直接構成 ， 而是將 OS按其功能劃分為若干個具有一定獨立性和大小的模塊 。 每個模塊具有某方面的管理功能 ， 如進程管理模塊 、 存儲器管理模塊 、 I/O設備管理模塊和文件管理模塊等 ， 并規(guī)定好各模塊間的接口 ， 使各模塊之間能通過該接口實現交互 ， 然后再進一步將各模塊細分為若干個具有一定管理功能的子模塊 ， 如把進程管理模塊又分為進程控制 、 進程同步 、 進程通信和進程調度等子模塊 ， 同樣也要規(guī)定各子模塊之間的接口 。 若子模塊較大時 ， 再進一步將它細分 。 圖 15 示出了由模塊 、 子模塊等組成的模塊化 OS結構 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 圖 15 模塊化操作系統(tǒng)結構 進程控制 ? 進程調度 內存分配 內存保護 磁盤管理 目錄管理進程管理 存儲器管理 文件管理操作系統(tǒng)模塊子模塊第一章 操作系統(tǒng)引論 2) 模塊化 OS (1) 提高了 OS設計的正確性、 可理解性和可維護性。 (2) 增強了 OS的可適應性。 (3) 加速了 OS的開發(fā)過程。 模塊化結構設計的缺點有二 。 首先 ， 在開始設計 OS時 ， 對模塊的劃分及對接口的規(guī)定并不精確 ， 而且還可能存在錯誤 ， 因而很難保證按此規(guī)定所設計出的模塊會完全正確 ， 這將使在把這些模塊裝配成OS時發(fā)生困難；其次 ， 從功能觀點來劃分模塊時 ， 未能將共享資源和獨占資源加以區(qū)別； 由于管理上的差異 ， 又會使模塊間存在著復雜的依賴關系使 OS結構變得不清晰 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 3. 分層式 OS 1) 從改進設計方式上說 ， 應使我們的每一步設計都是建立在可靠的基礎上 。 我們可以從物理機器開始 ， 在其上面先添加一層具有一定功能的軟件 A1, 由于 A1是建立在完全確定的物理機器上的 ， 在經過精心設計和幾乎是窮盡無遺的測試后 ， 可以認為 A1是正確的；然后再在 A1上添加一層新軟件 A2， ……， 如此一層一層地自底向上增添軟件層 ，每一層都實現若干功能 ， 最后總能構成一個能滿足需要的OS。 第一章 操作系統(tǒng)引論 分層式結構設計的基本原則是：每一層都僅使用其底層所提供的功能和服務 ， 這樣可使系統(tǒng)的調試和驗證都變得容易 ， 例如 ， 在調試第一層軟件 A1時 ， 由于它只使用了物理機器提供的功能 ， 因此它將與其所有的高層軟件 A2， ……，An無關； 同樣在調試 A2時 ， 它也只使用了 A1和物理機器所提供的功能 ， 而與其高層軟件 A3, ……， An無關 ， 這樣 ， 一旦發(fā)現 Ai出現錯誤時 ， 通常該錯誤只會局限于 Ai， 因為它與所有其高層的軟件無關 ， 而 Ai層以下的各層軟件 ， 又都經過仔細的調試 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 2) (1) 程序嵌套 。 通常 OS的每個功能的實現 ， 并非是只用一個程序便能完成的 ， 而是要經由若干個軟件層才有可能完成 。 因此在劃分 OS層次時 ， 首先要考慮在實現OS 的每個功能時所形成的程序嵌套 。 例如 ， 作業(yè)調度模塊須調用進程控制模塊；在為某作業(yè)創(chuàng)建一進程時 ， 進程控制模塊又須調用內存管理模塊為新進程分配內存空間 ， 可見 ， 進程控制模塊應在內存管理模塊之上； 而作業(yè)調度模塊又應在更高層 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 (2) 運行頻率 。 在分層結構中 ， 各層次軟件的運行速度是不同的 ， 因為 A1層軟件能直接在物理機器上運行 ， 故它有最高的運行速度 。 隨著層次的增高 ， 其相應軟件的運行速度就隨之下降 ， 因而 An層軟件的運行速度最低 。 為了提高 OS的運行效率 ， 應該將那些經?；钴S的模塊放在最接近硬件的 A1層 ， 如時鐘管理 、 進程調度 ， 通常都放在 A1層 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 (3) 公用模塊 。 應把供多種資源管程程序調用的公用模塊 ， 設置在最低層 ， 不然 ， 會使比它低的層次模塊由于無法調用它而須另外配置相應功能的模塊 。 例如 ， 用于對信號量進行操作的原語 Signal和 Wait。 (4) 用戶接口 。 為方便用戶 (程序 )， OS向用戶提供了“ 用戶與 OS的接口 ” ， 如命令接口 、 程序接口以及圖形用戶接口 。 這些接口應設置在 OS的最高層 ， 直接提供給用戶使用 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 微內核 OS結構 1. 客戶 /服務器模式 (ClientServer Model) 1) 為了提高 OS的靈活性和可擴充性而將 OS劃分為兩部分 ， 一部分是用于提供各種服務的一組服務器 (進程 )， 如用于提供進程管理的進程服務器 、 提供存儲器管理的存儲器服務器提供文件管理的文件服務器等 ，所有這些服務器 (進程 )都運行在用戶態(tài) 。 當有一用戶進程 (現在稱為客戶進程 )要求讀文件的一個盤塊時 ， 該進程便向文件服務器 (進程 )發(fā)出一個請求；當服務器完成了該客戶的請求后 ， 便給該客戶回送一個響應 。 操作系統(tǒng)的另一部分是內核 ， 用來處理客戶和服務器之間的通信 ， 即由內核來接收客戶的請求 ， 再將該請求送至相應的服務器；同時它也接收服務器的應答 ， 并將此應答回送給請求客戶 。 此外 ， 在內核中還應具有其它一些機構 ， 用于實現與硬件緊密相關的和一些較基本的功能 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 圖 16 單機環(huán)境下的客戶 /服務器模式 客戶進程客戶進程進程服務器終端服務器?文件服務器存儲器服務器用戶方式核心方式回答核心請求第一章 操作系統(tǒng)引論 2) 客戶 / (1) 提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴充性。 (2) 提高了 OS的可靠性。 (3) 可運行于分布式系統(tǒng)中。 第一章 操作系統(tǒng)引論 2. 面向對象的程序設計技術 (ObjectOrientated Programming) 1) 面向對象技術是 20世紀 80年代初提出并很快流行起來的 。 該技術是基于 “ 抽象 ” 和 “ 隱蔽 ” 原則來控制大型軟件的復雜度的 。 所謂對象 ， 是指在現實世界中具有相同屬性 、 服從相同規(guī)則的一系列事物的抽象 ， 而把其中的具體事物稱為對象的實例 。 OS中的各類實體如進程 、 線程 、 消息 、 存儲器等 ， 都使用了對象這一概念 ， 相應地 ， 便有進程對象線程對象 、 存儲器對象等 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 圖 17 一個對象的示意圖 數據結構 過程 1 過程 2 過程 3 第一章 操作系統(tǒng)引論 2) (1) 可修改性和可擴充性 。 由于隱蔽了表示實體的數據和操作 ， 因而可以改變對象的表示而不會影響其它部分 ， 從而可以方便地改變老的對象和增加新的對象 。 (2) 繼承性 。 繼承性是面向對象技術所具有的重要特性 。 繼承性是指子對象可以繼承父對象的屬性 ， 這樣 ，在創(chuàng)建一個新的對象時 ， 便可減少大量的時空開銷 。 (3) 正確性和可靠性 。 由于對象是構成操作系統(tǒng)的基本單元 ， 可以獨立地對它進行測試 ， 這樣 ， 比較易于保證其正確性和可靠性 ， 從而比較容易保證整個系統(tǒng)的正確性和可靠性 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 3. 1) 微內核技術的引入 所謂微內核技術 ， 是指精心設計的 、 能實現現代 OS核心功能的小型內核 ， 它與一般的 OS(程序 )不同 ， 它更小更精煉 ， 它不僅運行在核心態(tài) ， 而且開機后常駐內存 ， 它不會因內存緊張而被換出內存 。 微內核并非是一個完整的 OS， 而只是為構建通用 OS提供一個重要基礎 。 由于在微內核 OS結構中 ， 通常都采用了客戶 /服務器模式 ， 因此 OS的大部分功能和服務 ， 都是由若干服務器來提供的 ， 如文件服務器 、 作業(yè)服務器和網絡服務器等 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 2) 微內核所提供的功能 ， 通常都是一些最基本的功能 ，如進程管理 、 存儲器管理 、 進程間通信 、 低級 I/O功能 。 (1) 進程管理 。 (2) 存儲器管理。 (3) 進程通信管理。 (4) I/O設備管理。