【正文】 的 維護性和可靠性 。? 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。– 資源分配策略 放在最外層，便于修改或適應(yīng)不同環(huán)境第一章 操作系統(tǒng)引論 分層式 OS結(jié)構(gòu) — 分層原則各系統(tǒng)對具體劃分多少層次有不同的看法。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進程原語、信號量、就緒隊列進程原語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用戶進程用戶進程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。? 對象 ，是指在現(xiàn)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，而其中的具體事物稱為對象的實例。第一章 操作系統(tǒng)引論 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念圖 17 一個對象的示意圖 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過程 1過程 2過程 3OS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。? 通過 “重用 ”提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率? 使系統(tǒng)具有更好的 易修改性 和 易擴展性? 更易于保證系統(tǒng)的 “正確性 ”和 “可靠性 ”。第一章 操作系統(tǒng)引論 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點 微內(nèi)核 OS結(jié)構(gòu)? 微內(nèi)核（ MicroKernel） OS能有效地支持多處理機運行，非常適用于分布式系統(tǒng)環(huán)境? 典型微內(nèi)核結(jié)構(gòu) OS： Carngie Mellon大學(xué)研制的 Mach OS、 Windows 2022/XP 操作系統(tǒng)第一章 操作系統(tǒng)引論 第一章 操作系統(tǒng)引論 微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本概念? 足夠小的內(nèi)核– 內(nèi)核： 精心設(shè)計的、能實現(xiàn)現(xiàn)代 OS最基本的核心功能的部分? 實現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的處理? 實現(xiàn)一些較基本的功能? 負責(zé)客戶和服務(wù)器之間的通信第一章 操作系統(tǒng)引論 微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本概念? 基于客戶 /服務(wù)器模式– 操作系統(tǒng)中最基本的部分放入內(nèi)核，操作系統(tǒng)的絕大部分功能都放在微內(nèi)核外面的一組服務(wù)器中實現(xiàn)– 服務(wù)器（進程）： 用于提供各種服務(wù)，運行在用戶態(tài)– 內(nèi)核： 用來處理客戶和服務(wù)器之間的通信圖 110 單機環(huán)境下的客戶 /服務(wù)器模式 第一章 操作系統(tǒng)引論 微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本概念? 應(yīng)用 “機制與策略分離 ”原理– 機制： 是指實現(xiàn)某一功能的具體執(zhí)行機構(gòu)– 策略： 在機制基礎(chǔ)上，借助于某些參數(shù)和算法來實現(xiàn)該功能的優(yōu)化，或達到不同的功能目標– 通常，機制處理一個系統(tǒng)的基層，而策略則處理系統(tǒng)的高層– 在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，通常將機制放在 OS的微內(nèi)核中。? 采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)– 基于 “抽象 ”和 “隱藏 ”原則控制系統(tǒng)的復(fù)雜性– 利用 “對象 ”、 “封裝 ”和 “繼承 ”確保系統(tǒng)的 “正確性 ”、 “可靠性 ”、 “易修改性 ”、 “易擴展性 ”等，并提高 OS的設(shè)計速度。第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 進程（線程）管理：? 采用 “機制與策略分離 ”的原理? 進程（線程）的調(diào)度、進程音的通信、進程的切換、多處理機間的同步等功能放在微內(nèi)核中? 進程優(yōu)先級的確定與修改等屬策略問題，置于微內(nèi)核外的進程（線程）管理服務(wù)器。? 低級存儲器管理：? 微內(nèi)核中配置最基本的低級存儲器管理機制，如用戶空間的邏輯地址變換為內(nèi)存空間的物理地址的頁表機制和地址變換機制。? 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，并進行相應(yīng)的前期處理。? 服務(wù)器根據(jù)中斷或陷入類型，調(diào)用相應(yīng)的處理程序來進行后期處理。? 在微內(nèi)核 OS中是將進程管理、存儲器管理以及 I/O管理的功能一分為二，屬于機制的很小一部分放入微內(nèi)核中，另外絕大部分放在微內(nèi)核外的各種服務(wù)器中來實現(xiàn)。微內(nèi)核 的基本功能第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 提高了系統(tǒng)的可擴展性? 新的硬件與軟件可以通過在相應(yīng)的服務(wù)器上增加新的功能實現(xiàn)，或增加一個專門的服務(wù)器。? 可在 OS中增加新的功能，修改或刪除原有功能? 增強了系統(tǒng)的可靠性? 微內(nèi)核是出于精心設(shè)計和嚴格測試，容易保證其正確性。? 微內(nèi)核提供了規(guī)范而精簡的應(yīng)用程序接口，為微內(nèi)核外部的程序編制高質(zhì)量的代碼創(chuàng)造了條件。? 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。微內(nèi)核 操作系統(tǒng)的優(yōu)點第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 可移植性? 所有與特定的 CPU和 I/O設(shè)備硬件相關(guān)的代碼均放在內(nèi)核與內(nèi)核下面的硬件隱藏層中，操作系統(tǒng)其他絕大部分均與硬件無關(guān)。? 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)多次交互和進行用戶 /內(nèi)核模式及上下文的多次切換。微內(nèi)核 操作系統(tǒng)存在的問題客戶機應(yīng)用 OS內(nèi)核(a) 在整體式內(nèi)核文件操作中的上下文切換返回客戶機應(yīng)用 文件服務(wù)器 磁盤設(shè)備驅(qū)動器微內(nèi)核(b) 在微內(nèi)核中等價操作的上下文切換作業(yè)提交規(guī)范? 每次作業(yè)提交一頁紙，寫上班級、學(xué)號、姓名、第 X章作業(yè)、時間；? 提交時間與方式：上課前由學(xué)習(xí)委員統(tǒng)一收集，并按學(xué)號排好序后提交，超過規(guī)定時間按缺交作業(yè)計；? 作業(yè)不要求抄寫題目，但答題時要求寫明題號；簡答題盡可能簡單，用幾句話說清楚就可以。第一章 操作系統(tǒng)引論 本章作業(yè)? 預(yù)習(xí)第二章 進程管理的內(nèi)容? 6道題：課后題 3道，補充題 3道第一章 操作系統(tǒng)引論