【正文】 4．微內(nèi)核操作系統(tǒng)存在的問(wèn)題 在傳統(tǒng) OS和微內(nèi)核 OS中的上下文切換 客戶機(jī)應(yīng)用客戶機(jī)應(yīng)用 O S 內(nèi)核文件服務(wù)器 磁盤設(shè)備驅(qū)動(dòng)器返回( a ) 在整體式內(nèi)核文件操作中的上下文切換微內(nèi)核( b) 在微內(nèi)核中等價(jià)操作的上下文切換 4．微內(nèi)核操作系統(tǒng)存在的問(wèn)題 。其中最主要的是，較之早期 OS，微內(nèi)核 OS的運(yùn)行效率有所降低。 3．微內(nèi)核操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 5) 融入了面向?qū)ο蠹夹g(shù) 在設(shè)計(jì)微內(nèi)核 OS時(shí)，采用了面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，其中的 “ 封裝 ” ， “ 繼承 ” ， “ 對(duì)象類 ” 和 “ 多態(tài)性 ” ，以及在對(duì)象之間采用消息傳遞機(jī)制等，都十分有利于提高系統(tǒng)的“ 正確性 ” 、 “ 可靠性 ” 、 “ 易修改性 ” 、“ 易擴(kuò)展性 ” 等，而且還能顯著地減少開發(fā)系統(tǒng)所付出的開銷。在微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)中，所有與特定硬件有關(guān)的代碼，均放在內(nèi)核和內(nèi)核下面的硬件隱藏層中，而操作系統(tǒng)其它絕大部分 (即各種服務(wù)器 )均與硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)，因而，把操作系統(tǒng)移植到另一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)上所需作的修改是比較小的。此外，服務(wù)器與服務(wù)器之間采用的是消息傳遞通信機(jī)制，因此，當(dāng)某個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，不會(huì)影響內(nèi)核，也不會(huì)影響其它服務(wù)器。與此同時(shí)，也必然改善系統(tǒng)的靈活性，不僅可在操作系統(tǒng)中增加新的功能，還可修改原有功能，以及刪除已過(guò)時(shí)的功能。由服務(wù)器調(diào)用相應(yīng)的處理程序來(lái)進(jìn)行后期處理。此時(shí)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。而將實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器管理的策略，放在微內(nèi)核外的存儲(chǔ)器管理服務(wù)器中去實(shí)現(xiàn)。 2．微內(nèi)核的基本功能 2) 低級(jí)存儲(chǔ)器管理 通常在微內(nèi)核中，只配置最基本的低級(jí)存儲(chǔ)器管理機(jī)制。例如，為實(shí)現(xiàn)進(jìn)程 (線程 )調(diào)度功能，對(duì)屬于調(diào)度功能的機(jī)制部分的內(nèi)容放入微內(nèi)核中。 1．微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本概念 4) 采用面向?qū)ο蠹夹g(shù) 操作系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的大型軟件系統(tǒng)，我們不僅可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)分解操作系統(tǒng)的復(fù)雜度，還可以基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的 “ 抽象 ”和 “ 隱蔽 ” 原則控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，再進(jìn)一步利用 “ 對(duì)象 ” 、 “ 封裝 ” 和 “ 繼承 ” 等概念來(lái)確保操作系統(tǒng)的 “ 正確性 ” 、 “ 可靠性 ” 、“ 易修改性 ” 、 “ 易擴(kuò)展性 ” 等。而策略，則是在機(jī)制的基礎(chǔ)上，借助于某些參數(shù)和算法來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能的優(yōu)化，或達(dá)到不同的功能目標(biāo)。 客戶與服務(wù)器之間是借助微內(nèi)核提供的消息傳遞機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)信息交互的 。它通常用于： ① 實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的處理； ② 實(shí)現(xiàn)一些較基本的功能； ③ 負(fù)責(zé)客戶和服務(wù)器之間的通信。至于什么是微內(nèi)核操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在尚無(wú)一致公認(rèn)的定義，但我們可以從下面四個(gè)方面，對(duì)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)進(jìn)行描述。 (4) I/O設(shè)備管理。 (2) 存儲(chǔ)器管理。 微內(nèi)核 OS結(jié)構(gòu) 微內(nèi)核技術(shù)的引入 微內(nèi)核技術(shù) ， 是指精心設(shè)計(jì)的 、 能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代 OS核心功能的小型內(nèi)核 ， 它運(yùn)行在核心態(tài) ， 且開機(jī)后常駐內(nèi)存 。 (2) 使系統(tǒng)具有更好的易修改性和易擴(kuò)展性。 繼承是父類和子類之間共享變量和方法的機(jī)制 ， 該機(jī)制規(guī)定 ， 子類自動(dòng)繼承父類中定義的變量和方法 ， 并允許子類再增加新的內(nèi)容 。對(duì)象類中所定義的變量在實(shí)例中均有具體的值。一個(gè)類同樣定義了一組變量和針對(duì)該變量的一組方法，用它們來(lái)描述一組對(duì)象的共同屬性和行為。 1. 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念 ? 2) 對(duì)象類 ? 在實(shí)踐中，有許多對(duì)象可能表示的是同一類事物，每個(gè)對(duì)象具有自己的變量集合，而它們所具有的方法是相同的。 1. 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念 ? 1) 對(duì)象 ? 在面向?qū)ο蟮募夹g(shù)中，是利用被封裝的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (變量 )和一組對(duì)它進(jìn)行操作的過(guò)程(方法 )，來(lái)表示系統(tǒng)中的某個(gè)對(duì)象的。 該技術(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 。 ? (4) 易于改編應(yīng)用軟件。 ? (2) 便于集中管理。 /服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn) ? C/S模式之所以能成為當(dāng)前分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下軟件的主要工作模式，是由于該模式具有傳統(tǒng)集中模式所無(wú)法比擬的一系列優(yōu)點(diǎn)。 ? (3) 服務(wù)器回送消息。一次完整的交互過(guò)程可分成以下四步： 2．客戶 /服務(wù)器之間的交互 ? (1) 客戶發(fā)送請(qǐng)求消息。 2．客戶 /服務(wù)器之間的交互 ? 在采用客戶 /服務(wù)器的系統(tǒng)中，通常是客戶機(jī)和服務(wù)器共同完成對(duì)應(yīng)用 (程序 )的處理。平時(shí)它一直處于工作狀態(tài)，被動(dòng)地等待來(lái)自客戶機(jī)的請(qǐng)求，一旦檢查到有客戶提出服務(wù)請(qǐng)求，便去完成客戶的請(qǐng)求，并將結(jié)果送回客戶。 (1) 客戶機(jī)：通常在一個(gè) LAN網(wǎng)絡(luò)上連接有多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)工作站 (簡(jiǎn)稱客戶機(jī) )，每臺(tái)客戶機(jī)都是一個(gè)自主計(jì)算機(jī)，具有一定的處理能力，客戶進(jìn)程在其上運(yùn)行，平時(shí)它處理一些本地業(yè)務(wù)，也可發(fā)送一個(gè)消息給服務(wù)器，以請(qǐng)求某項(xiàng)服務(wù)。 在內(nèi)核中還應(yīng)具有其它一些機(jī)構(gòu) ， 用于實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的一些較基本的功能 。在系統(tǒng)中增加、修改或替換一個(gè)層次中的模塊或整個(gè)層次，只要不改變相應(yīng)層次間的接口，就不會(huì)影響其它層次。自下而上的設(shè)計(jì)方式，使所有設(shè)計(jì)中的決定都是有序的，或者說(shuō)是建立在較為可靠的基礎(chǔ)上的，這樣容易保證整個(gè)系統(tǒng)的正確性。在操作系統(tǒng)中，常采用自底向上法來(lái)鋪設(shè)這些中間層。 OS結(jié)構(gòu) ? 為了將模塊 ― 接口法中“決定順序”的無(wú)序性變?yōu)橛行蛐裕肓擞行蚍謱臃ā? ? 缺點(diǎn)： ? 在 OS設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)各模塊間的接口規(guī)定很難滿足在模塊完成后對(duì)接口的實(shí)際需求。顯然，耦合度越低，模塊的獨(dú)立性越好。內(nèi)聚性越高，模塊的獨(dú)立性越強(qiáng)。 2. 模塊化 OS結(jié)構(gòu) 2. 模塊化 OS結(jié)構(gòu) ? 模塊的獨(dú)立性 ? 模塊獨(dú)立性指每個(gè)模塊只完成系統(tǒng)要求的獨(dú)立的子功能 ,并且與其他模塊的聯(lián)系最少且接口簡(jiǎn)單 . 。 將 OS按其功能劃分為若干個(gè)具有一定獨(dú)立性和大小的模塊 。 ? 主要是編制緊湊程序 ， 便于利用內(nèi)存 ， 對(duì)go to無(wú)限制 ， 缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu) ， 難以維護(hù)和理解 ， 增加了維護(hù)人員的負(fù)擔(dān) 。 ? 無(wú)結(jié)構(gòu) OS ? 模塊化 OS結(jié)構(gòu) ? 分層式 OS結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ? 在早期開發(fā)操作系統(tǒng)時(shí) ， 設(shè)計(jì)者只是把他的注意力放在功能的實(shí)現(xiàn)和獲得高的效率上 ， 缺乏首尾一致的設(shè)計(jì)思想 。 2. 軟件工程是指運(yùn)用系統(tǒng)的 、 規(guī)范的和可定量的方法 ， 來(lái)開發(fā) 、 運(yùn)行和維護(hù)軟件 。在 C語(yǔ)言和其它高級(jí)語(yǔ)言中都提供了與系統(tǒng)調(diào)用相對(duì)應(yīng)的庫(kù)函數(shù)，應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用庫(kù)函數(shù)來(lái)使用系統(tǒng)調(diào)用。 2．程序接口 ? 它與一般程序和庫(kù)函數(shù)的區(qū)別是：系統(tǒng)調(diào)用代碼在核心態(tài)執(zhí)行，調(diào)用時(shí)使用類似于硬件中斷一樣的中斷處理機(jī)制來(lái)提供系統(tǒng)服務(wù)。用戶程序可通過(guò)調(diào)用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用獲取系統(tǒng)服務(wù)，如 DOS的INT 21H、 INT 25H等， Windows系統(tǒng)的API函數(shù)，如 CreateProcess等， Linux系統(tǒng)的 fork、 wait調(diào)用等。 2．程序接口 程序接口就是系統(tǒng)調(diào)用方式。 幾乎所有的現(xiàn)代操作系統(tǒng)都提供了這種圖形化的接口方式，用戶以操縱鼠標(biāo)為主、鍵盤為輔，通過(guò)對(duì)屏幕上的窗口、菜單、圖標(biāo)和按鈕等標(biāo)準(zhǔn)界面元素進(jìn)行操作來(lái)向操作系統(tǒng)請(qǐng)求服務(wù)，系統(tǒng)把服務(wù)結(jié)果以圖形方式顯示給用戶。用戶使用作業(yè)控制語(yǔ)言把自身對(duì)作業(yè)的控制干預(yù)信息寫到作業(yè)說(shuō)明書上，由系統(tǒng)按照作業(yè)說(shuō)明書的命令自行運(yùn)行用戶的作業(yè)，無(wú)須用戶的干預(yù)。 (2)脫機(jī)命令接口是為批處理作業(yè)的用戶提供的，所以也稱為批處理用戶接口。在完成指定功能后，控制又返回到終端或控制臺(tái)上，等待用戶鍵入下一條命令。這是為聯(lián)機(jī)用戶提供的，它由一