【正文】 算機資源通過多重化和共享技術可改變成多個虛擬機。 ?基本做法：通過用一類物理設備來模擬另一類物理設備，或通過分時地使用一類物理設備，把一個物理實體改變成若干個邏輯上的對應物。物理實體是實際存在的，而邏輯上的對應物是虛幻的、感覺上的。 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 60 程序設 計接口 進程 內(nèi)核 虛機器 硬件 進程 內(nèi)核 進程 內(nèi)核 CMS CMS CMS 370虛擬機 系統(tǒng)調(diào)用 陷入 陷入 I/O指令 運行 CMS的 VM370虛擬機器 虛擬機概念結(jié)構(gòu) 370裸機 VM370 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 61 ?客戶服務器及微內(nèi)核結(jié)構(gòu) ?客戶 /服務器與微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 客戶 /服務器結(jié)構(gòu)的思想：將操作系統(tǒng)分成兩大部分， 一是運行在用戶態(tài)并以 C/S方式活動的進程 。 二是運行在核心態(tài)的內(nèi)核。 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 62 ?客戶 /服務器結(jié)構(gòu)的思想 ?每個進程實現(xiàn)一類服務 ， 稱服務器進程 (如文件服務 、 進程管理服務 、 存儲管理服務 、 網(wǎng)絡通信服務等 )。 它 的任務是檢查是否有客戶提出服務請求 ， 如果有請求則在滿足客戶的要求后返回結(jié)果 ， 于是 ， 用戶進程與服務器進程形成了 C/S關系 。 ?運行在核心態(tài)的內(nèi)核把該消息傳給服務器 。服務器執(zhí)行相應操作 ， 再通過內(nèi)核用消息把結(jié)果返回給用戶 。 內(nèi)核只實現(xiàn)極少任務 ， 主要起信息驗證 、 交換的作用 ， 因而 ， 稱微內(nèi)核(Microkernel)， 這種結(jié)構(gòu)也就稱為客戶 /服務器與微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 。 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 63 客戶 /服務器與微內(nèi)核 結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng) 1） 分層結(jié)構(gòu)內(nèi)核 2） 微內(nèi)核 進程管理 硬件 存儲管理 設備管理 文件管理 作業(yè)管理 內(nèi) 核 模 式 微內(nèi)核 硬件 客戶進程 安全服務 虛存管理器 文件服務器 設備驅(qū)動程序 用 戶 模 式 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 64 ?微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有 : ?一致性接口 ?可擴充性 ?可移植性 ?可靠性 ?支持分布式系統(tǒng) ?支持面向?qū)ο蟮牟僮飨到y(tǒng) CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 65 ?微內(nèi)核的設計 ?基本的存儲管理 微內(nèi)核支持內(nèi)核外部的頁面管理和虛存管理： ?轉(zhuǎn)讓 （ Grant） ?映射 (Map) ?刷新 （ Flush） CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 66 內(nèi)核外的頁面管理程序做缺頁處理 微內(nèi)核 應用進程 頁面管理程序 缺頁中斷 恢 復 地址空間函數(shù)調(diào)用 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 67 ?進程間通信 ?微內(nèi)核操作系統(tǒng)中 ， 進程和線程通信的基本形式是消息 。 進程間通信基于進程間相關聯(lián)的端口 （ Ports） ， 一個端口是一個特定進程的消息隊列 ， 與端口相關的是一張能力表 ， 記錄了可以與這個進程通信的進程 。 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 68 ?I/O和中斷管理 driver thread。 do wait for (mhg， sender)。 if sender = my_hardware_interrupt { read/writer I/O ports。 reset hardware interrut } else … while (true)。 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 69 Microkernels ?Microkernels ?Small operating system core ?Contains only essential operating systems functions ?Many services traditionally included in the operating system are now external subsystems ?device drivers ?file systems ?virtual memory manager ?windowing system ?security services CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 70 ?Benefits of a Microkernel Organization ?Uniform interface on request made by a process ?All services are provided by means of message passing ?Extensibility ?Allows the addition of new services ?Flexibility ?New features added ?Existing features can be subtracted CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 71 ?Portability ?Changes needed to port the system to a new processor is changed in the microkernel not in the other services ?Reliability ?Modular design ?Small microkernel can be rigorously tested CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 72 ?Distributed system support ?Message are sent without knowing what the target machine is ?Objectoriented operating system ?Components are objects with clearly defined interfaces that can be interconnected to form software CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 73 ?Microkernel Design ?Lowlevel memory management ?mapping each virtual page to a physical page frame ?Interprocess munication ?I/O and interrupt management CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 74 操作系統(tǒng)的運行模型 ?操作系統(tǒng)本身是一組程序 ， 也在處理器上運行 ， 那么 ， 操作系統(tǒng)程序是否組織成進程 ?它是如何控制的 、怎樣執(zhí)行的呢 ?它在什么模式下運行呢 ? ?從操作系統(tǒng)的運行方式來看 ， 可分成：非進程內(nèi)核模型 、 OS功能 (函數(shù) )在用戶進程內(nèi)執(zhí)行的模型和 OS功能 (函數(shù) )作為進程執(zhí)行的模型 。 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 75 1）非進程內(nèi)核模型 操作系統(tǒng)內(nèi)核 P1 P2 … Pn CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 76 2） OS功能在用戶進程內(nèi)執(zhí)行的模型 進程切換函數(shù) OS func OS func OS func P1 P2 … Pn CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 77 OS功能在用戶進程內(nèi)執(zhí)行模型 的進程映像 進程控制塊 用戶堆棧 用戶私有地址空間 (程序、數(shù)據(jù) ) 共享地址空間 內(nèi)核堆棧 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 78 3） OS功能作為獨立進程執(zhí)行的模型 進程切換函數(shù) P1 P2 … Pn OS1 OS2 … OSm