【正文】 算機(jī)資源通過(guò)多重化和共享技術(shù)可改變成多個(gè)虛擬機(jī)。 ?基本做法：通過(guò)用一類(lèi)物理設(shè)備來(lái)模擬另一類(lèi)物理設(shè)備，或通過(guò)分時(shí)地使用一類(lèi)物理設(shè)備，把一個(gè)物理實(shí)體改變成若干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。物理實(shí)體是實(shí)際存在的，而邏輯上的對(duì)應(yīng)物是虛幻的、感覺(jué)上的。 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 60 程序設(shè) 計(jì)接口 進(jìn)程 內(nèi)核 虛機(jī)器 硬件 進(jìn)程 內(nèi)核 進(jìn)程 內(nèi)核 CMS CMS CMS 370虛擬機(jī) 系統(tǒng)調(diào)用 陷入 陷入 I/O指令 運(yùn)行 CMS的 VM370虛擬機(jī)器 虛擬機(jī)概念結(jié)構(gòu) 370裸機(jī) VM370 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 61 ?客戶服務(wù)器及微內(nèi)核結(jié)構(gòu) ?客戶 /服務(wù)器與微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 客戶 /服務(wù)器結(jié)構(gòu)的思想：將操作系統(tǒng)分成兩大部分， 一是運(yùn)行在用戶態(tài)并以 C/S方式活動(dòng)的進(jìn)程 。 二是運(yùn)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(wù)器結(jié)構(gòu)的思想 ?每個(gè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)一類(lèi)服務(wù) ， 稱(chēng)服務(wù)器進(jìn)程 (如文件服務(wù) 、 進(jìn)程管理服務(wù) 、 存儲(chǔ)管理服務(wù) 、 網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)等 )。 它 的任務(wù)是檢查是否有客戶提出服務(wù)請(qǐng)求 ， 如果有請(qǐng)求則在滿足客戶的要求后返回結(jié)果 ， 于是 ， 用戶進(jìn)程與服務(wù)器進(jìn)程形成了 C/S關(guān)系 。 ?運(yùn)行在核心態(tài)的內(nèi)核把該消息傳給服務(wù)器 。服務(wù)器執(zhí)行相應(yīng)操作 ， 再通過(guò)內(nèi)核用消息把結(jié)果返回給用戶 。 內(nèi)核只實(shí)現(xiàn)極少任務(wù) ， 主要起信息驗(yàn)證 、 交換的作用 ， 因而 ， 稱(chēng)微內(nèi)核(Microkernel)， 這種結(jié)構(gòu)也就稱(chēng)為客戶 /服務(wù)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(wù)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(jìn)程管理 硬件 存儲(chǔ)管理 設(shè)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(jìn)程 安全服務(wù) 虛存管理器 文件服務(wù)器 設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(diǎn)有 : ?一致性接口 ?可擴(kuò)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(shè)計(jì) ?基本的存儲(chǔ)管理 微內(nèi)核支持內(nèi)核外部的頁(yè)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(yè)面管理程序做缺頁(yè)處理 微內(nèi)核 應(yīng)用進(jìn)程 頁(yè)面管理程序 缺頁(yè)中斷 恢 復(fù) 地址空間函數(shù)調(diào)用 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 67 ?進(jìn)程間通信 ?微內(nèi)核操作系統(tǒng)中 ， 進(jìn)程和線程通信的基本形式是消息 。 進(jìn)程間通信基于進(jìn)程間相關(guān)聯(lián)的端口 （ Ports） ， 一個(gè)端口是一個(gè)特定進(jìn)程的消息隊(duì)列 ， 與端口相關(guān)的是一張能力表 ， 記錄了可以與這個(gè)進(jìn)程通信的進(jìn)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(yùn)行模型 ?操作系統(tǒng)本身是一組程序 ， 也在處理器上運(yùn)行 ， 那么 ， 操作系統(tǒng)程序是否組織成進(jìn)程 ?它是如何控制的 、怎樣執(zhí)行的呢 ?它在什么模式下運(yùn)行呢 ? ?從操作系統(tǒng)的運(yùn)行方式來(lái)看 ， 可分成：非進(jìn)程內(nèi)核模型 、 OS功能 (函數(shù) )在用戶進(jìn)程內(nèi)執(zhí)行的模型和 OS功能 (函數(shù) )作為進(jìn)程執(zhí)行的模型 。 CUIT 徐虹 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 75 1）非進(jìn)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(jìn)程內(nèi)執(zhí)行的模型 進(jìn)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(jìn)程內(nèi)執(zhí)行模型 的進(jìn)程映像 進(jìn)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(dú)立進(jìn)程執(zhí)行的模型 進(jìn)程切換函數(shù) P1 P2 … Pn OS1 OS2 … OSm