操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)ppt課件(參考版)
2025-01-24 21:38本頁(yè)面
【正文】 112 小節(jié) ?操作系統(tǒng)組成： – 進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、 I/O管理、保護(hù)系統(tǒng)、命令解釋程序 ?操作系統(tǒng)的服務(wù) ?系統(tǒng)調(diào)用 – 進(jìn)程控制、文件管理、設(shè)備管理、信息維護(hù)、通信 113 小節(jié) ?系統(tǒng)程序 ?操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) – 簡(jiǎn)單、分層、微內(nèi)核 – 虛擬機(jī) ?策略和實(shí)現(xiàn)（機(jī)制） 114 ?作業(yè) – 5, 10, 12, 15 。 110 ? 操作系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)成能運(yùn)行在某類計(jì)算機(jī)上，對(duì)于某個(gè)特定的計(jì)算機(jī)場(chǎng)所，必須要配置和生成系統(tǒng)，這一過程有時(shí)稱為系統(tǒng)生成（ system generation， SYSGEN）。 ? 然而： – 現(xiàn)代編譯器能對(duì)大型程序進(jìn)行復(fù)雜的分析并采用高級(jí)優(yōu)化技術(shù)以生成優(yōu)化代碼 – 操作系統(tǒng)的重要性能改善很可能是由于更好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，而不是由于優(yōu)秀的匯編語(yǔ)言代碼。當(dāng)兩者的優(yōu)先級(jí)發(fā)生變化時(shí)，策略無(wú)關(guān)的機(jī)制更加容易遷移。 最高層 (層 N) 是用戶接口 ? 選擇了分層后，每層只能利用較低層的功能（或操作）和服務(wù) – 簡(jiǎn)化了調(diào)試和系統(tǒng)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) – 不必知道如何實(shí)現(xiàn)這些操作，只需知道這些操作做什么 ? 與其它方法相比，分層法效率較差 – 每層為系統(tǒng)調(diào)用增加了額外開銷 (參數(shù)或數(shù)據(jù)的修改與傳遞 ) 94 一種操作系統(tǒng)層次 95 OS/2 層次結(jié)構(gòu) 96 微內(nèi)核 ?隨著 UNIX操作系統(tǒng)的擴(kuò)充， 內(nèi)核變得更大且更難管理 ?將所有非基本部分從內(nèi)核中移到 用戶空間 ?哪些服務(wù)保留在內(nèi)核內(nèi) ? – 最小的進(jìn)程和內(nèi)存管理 – 通信功能 ?通信以消息傳遞形式提供 97 微內(nèi)核 ? 優(yōu)點(diǎn) : – 便于擴(kuò)充 – 方便操作系統(tǒng)從一種硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)移植到另一種硬件平臺(tái)設(shè)計(jì) – 更好的可靠性 (內(nèi)核運(yùn)行更少的代碼 ) – 更好的安全性 ? 例 : – Mach (mid1980s, CMU) ? Tru64 UNIX (formerly Digital UNIX) ? Apple MacOS X Server – QNX (realtime OS) – Windows NT (hybrid structure) 98 Windows NT 客戶－服務(wù)器結(jié)構(gòu) ? 分層結(jié)構(gòu) ? 微內(nèi)核結(jié)構(gòu) ? 客戶－服務(wù)器結(jié)構(gòu) 99 虛擬機(jī) ?虛擬機(jī) : 應(yīng)用程序?qū)⑺鼈兊囊磺邢聦赢?dāng)成硬件的一部分而看作一個(gè)層次整體 ?操作系統(tǒng)創(chuàng)建一種幻覺，以至于進(jìn)程認(rèn)為有自己的處理器和自己的 (虛擬 )內(nèi)存 100 系統(tǒng)模型 非虛擬機(jī)模式 虛擬機(jī)模式 101 虛擬機(jī) ?物理計(jì)算機(jī)共享資源以創(chuàng)建虛擬機(jī) – CPU 調(diào)度能共享出 CPU以造成一種每個(gè)用戶都有自己的處理器的感覺 – 假脫機(jī)（ spooling） 和文件系統(tǒng)能提供虛擬讀卡機(jī)和虛擬行式打印機(jī) – 一個(gè)普通的用戶分時(shí)終端提供虛擬機(jī)操作員終端的功能 102 虛擬機(jī)優(yōu)缺點(diǎn) ? 每個(gè)虛擬機(jī)完全與其他虛擬機(jī)相隔離，由于各種系統(tǒng)資源完全被保護(hù)，就不存在安全問題 . – 沒有直接資源共享 ? 虛擬機(jī)系統(tǒng)是用于研究和開發(fā)操作系統(tǒng)的很好工具，虛擬機(jī)允許進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)而不必中斷正常的系統(tǒng)操作 ? 虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)困難，因?yàn)樾杼峁┡c底層機(jī)器完全一樣的拷貝需要大量的工作 . 103 Java 虛擬機(jī) (JVM) ? Java 是由 Sun Microsystems 公司于 1995年底退出的一種很受歡迎的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言 ? 對(duì)于每個(gè) Java類， Java編譯器會(huì)生成與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的字節(jié)代碼輸出文件（ .class）， 它可運(yùn)行于在任何 JVM的實(shí)現(xiàn)上。這些程序稱為系統(tǒng)工具或應(yīng)用程序 – 命令解釋 ? 從操作系統(tǒng)的角度而言，并不區(qū)分用戶程序和系統(tǒng)程序 88 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?現(xiàn)代操作系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，必須要設(shè)計(jì)一個(gè) 好的結(jié)構(gòu) 以便能正常工作并能容易修改 ?通常是將這一任務(wù)分成小模塊而不只是一個(gè)單塊系統(tǒng) 89 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu) ?MSDOS – 利用最小的空間提供最多的功能 ?內(nèi)存大小從 256到 640KB, OS 占用 48 到 128 KB – 以較小、簡(jiǎn)單且功能有限的系統(tǒng)形式啟動(dòng) – 沒有被劃分成模塊 90 MSDOS 層次結(jié)構(gòu) 91 UNIX 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?UNIX – 最初受硬件功能的限制 ?由兩個(gè)獨(dú)立部分組成 : – 系統(tǒng)程序 – 內(nèi)核 ?包括物理硬件之上和系統(tǒng)調(diào)用接口之下的所有部分 ?提供文件系統(tǒng)、 CPU調(diào)度、內(nèi)存管理和其它操作系統(tǒng)功能 ?大多數(shù)的功能都結(jié)合放在這一層 92 UNIX 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 93 分層方法 ? 操作系統(tǒng)分成若干層，每層建立在較低層之上。這種記錄用于記帳或建立使用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) ?保護(hù) – 確保所有訪問都是受控制的，特別是在多用戶計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 75 系統(tǒng)調(diào)用 ?系統(tǒng)調(diào)用 提供了進(jìn)程與操作系統(tǒng)之間的接口 – 調(diào)用通常以匯編語(yǔ)言指令的形式提供 – 有些語(yǔ)言 (. C, C++)已經(jīng)取代了匯編語(yǔ)言而直接用于系統(tǒng)編程，允許直接調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，這時(shí)系統(tǒng)調(diào)用通常類似預(yù)定義的函數(shù)或子程序調(diào)用 ?Win32 application programming interface (API) for Microsoft Windows ?例：從一個(gè)文件讀取數(shù)據(jù)并復(fù)制到另一個(gè)文件 76 系統(tǒng)調(diào)用 ?運(yùn)行程序向操作系統(tǒng)傳遞參數(shù)通常用三種方法 – 通過 寄存器 來(lái)傳遞參數(shù) – 將參數(shù)存放在內(nèi)存的塊或表中，并將塊的 地址 作為參數(shù)傳遞給寄存器 – 參數(shù)也可放在或壓到 堆棧 中，并通過操作系統(tǒng)彈出堆棧。 ? 文件系統(tǒng)操作 – 程序需要讀、寫、創(chuàng)建、刪除文件 ? 通信 – 進(jìn)程間交換信息一種發(fā)生在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的兩個(gè)進(jìn)程之間，另一種發(fā)生在由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的不同計(jì)算機(jī)上的進(jìn)程之間。 ? 每個(gè)處理器都有各自的內(nèi)存 ? 系統(tǒng)中的處理器通過通信網(wǎng)絡(luò)相連 ? 通過協(xié)議通信 ? 分布式系統(tǒng)為用戶提供了多樣的系統(tǒng)資源 ? 對(duì)共享資源的訪問可以使 : – 計(jì)算加速 – 功能加強(qiáng)，提高數(shù)據(jù)可用性 – 增強(qiáng)可靠性 71 保護(hù)系統(tǒng) ?保護(hù) 是控制程序、進(jìn)程或用戶訪問由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)定義的資源的機(jī)制。 3） 作業(yè)控制： 作業(yè)控制是指作業(yè)從進(jìn)入系統(tǒng)開始 ， 直到運(yùn)行完成的整個(gè)過程中 ， 用戶可通過某種形式向系統(tǒng)發(fā)出各種命令 ， 以對(duì)自己的作業(yè)進(jìn)行控制和管理 。 67 ?文件存儲(chǔ)空間的管理
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