【正文】 第一章 操作系統(tǒng)引論 本章作業(yè)? 預(yù)習(xí)第二章 進(jìn)程管理的內(nèi)容? 6道題：課后題 3道，補(bǔ)充題 3道第一章 操作系統(tǒng)引論 。? 提供了對(duì)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(jī)制進(jìn)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(diǎn)第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 較之早期 OS，微內(nèi)核 OS的運(yùn)行效率有所降低? 效率降低的主要原因： 在完成一次客戶對(duì) OS提出的服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，需要利用消息實(shí)現(xiàn)多次交互和進(jìn)行用戶 /內(nèi)核模式及上下文的多次切換。? 所有的服務(wù)器運(yùn)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(jī)制，某個(gè)服務(wù)器的錯(cuò)誤不會(huì)影響內(nèi)核與其他服務(wù)器。? 可在 OS中增加新的功能，修改或刪除原有功能? 增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性? 微內(nèi)核是出于精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)格測(cè)試，容易保證其正確性。? 在微內(nèi)核 OS中是將進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理以及 I/O管理的功能一分為二，屬于機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)。? 實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器管理的策略，如頁(yè)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(chǔ)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(jìn)行相應(yīng)的前期處理。第一章 操作系統(tǒng)引論 ? 進(jìn)程（線程）管理：? 采用 “機(jī)制與策略分離 ”的原理? 進(jìn)程（線程）的調(diào)度、進(jìn)程音的通信、進(jìn)程的切換、多處理機(jī)間的同步等功能放在微內(nèi)核中? 進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的確定與修改等屬策略問(wèn)題，置于微內(nèi)核外的進(jìn)程（線程）管理服務(wù)器。第一章 操作系統(tǒng)引論 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn) 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(jī)運(yùn)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(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代 OS最基本的核心功能的部分? 實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的處理? 實(shí)現(xiàn)一些較基本的功能? 負(fù)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(shí)現(xiàn)– 服務(wù)器（進(jìn)程）： 用于提供各種服務(wù)，運(yùn)行在用戶態(tài)– 內(nèi)核： 用來(lái)處理客戶和服務(wù)器之間的通信圖 110 單機(jī)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(jī)制與策略分離 ”原理– 機(jī)制： 是指實(shí)現(xiàn)某一功能的具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)– 策略： 在機(jī)制基礎(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)– 通常，機(jī)制處理一個(gè)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(jī)制放在 OS的微內(nèi)核中。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(gè)對(duì)象的示意圖 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過(guò)程 1過(guò)程 2過(guò)程 3OS中的各類實(shí)體如進(jìn)程、線程、消息、存儲(chǔ)器等，都使用了對(duì)象這一概念。第一章 操作系統(tǒng)引論 * 寄存器電路1計(jì)算棧、微程序解釋器指令集2過(guò)程、調(diào)用棧、顯示過(guò)程3 處理器硬件中斷處理程序中斷4進(jìn)程原語(yǔ)、信號(hào)量、就緒隊(duì)列進(jìn)程原語(yǔ)5數(shù)據(jù)塊、設(shè)備通道本地輔存6 單處理器資源段、頁(yè)虛擬存儲(chǔ)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(jìn)程用戶進(jìn)程12外部對(duì)象用戶程序設(shè)計(jì)環(huán)境shell13功能范圍對(duì)象名稱層常見(jiàn)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(jì)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(lái)提供各種服務(wù)的服務(wù)器（進(jìn)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(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的和較基本功能的進(jìn)程所在的層次? 內(nèi)核接收用戶請(qǐng)求，啟動(dòng)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(qǐng)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(jī)? 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(qǐng)求消息? 服務(wù)器接收消息? 服務(wù)器回送消息? 客戶機(jī)接收消息? 數(shù)據(jù)的分布處理和存儲(chǔ)? 便于集中管理? 靈活性和可擴(kuò)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(diǎn) 客戶 /服務(wù)器模式的缺點(diǎn)? 存在著不可靠性和瓶頸問(wèn)題 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)? 面向?qū)ο蠹夹g(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。? 分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：– 易保證系統(tǒng)的正確性– 易擴(kuò)充、易維護(hù)性? 分層結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：– 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(dòng)程序– 活躍功能 在低層：提高運(yùn)行效率– 資源管理的 公用模塊 放在最低層：如緩沖區(qū)隊(duì)列、堆棧操作– 存儲(chǔ)器管理 放在次低層：便于利用虛擬存儲(chǔ)功能– 最低層的 硬件抽象層 ：與機(jī)器特點(diǎn)緊密相關(guān)的軟件放在最低層。系統(tǒng)每加一層，就 構(gòu)成一個(gè)比原來(lái)功能更強(qiáng)的虛擬機(jī) 。第一章 操作系統(tǒng)引論 模塊化 OS結(jié)構(gòu)? 從 資源管理觀點(diǎn) 出發(fā)， 劃分層次 。并規(guī)定好各模塊間的接口，使各模塊之間能通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)交互，然后再進(jìn)一步將各模塊細(xì)分為若干個(gè)具有一定管理功能的子模塊– 內(nèi)聚性– 耦合度第一章 操作系統(tǒng)引論 模塊化 OS結(jié)構(gòu)第一章 操作系統(tǒng)引論 圖 16 模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模塊化 OS結(jié)構(gòu)? 模塊化 OS的優(yōu)點(diǎn)– 提高了 OS設(shè)計(jì)的正確性、可理解性和可維護(hù)性；– 增強(qiáng)了 OS的可適應(yīng)性；– 加速了 OS的開(kāi)發(fā)過(guò)程。第一章 操作系統(tǒng)引論 無(wú)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)? 模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)： 是基于 “分解 ”和 “模塊化 ”原則來(lái)控制大型軟件的復(fù)雜度的。 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章 操作系統(tǒng)引論 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展史? 第一代的 OS：是無(wú)結(jié)構(gòu)的? 第二代的 OS：采用模塊式結(jié)構(gòu)? 第三代的 OS：層次式結(jié)構(gòu)? 現(xiàn)代 OS：微內(nèi) 核結(jié)構(gòu)第一章 操作系統(tǒng)引論 模塊化的 OS 分層式 OS無(wú)結(jié)構(gòu) OS 現(xiàn)代結(jié)構(gòu) OS 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)? OS是一組過(guò)程的集合，各過(guò)程之間可以相互調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)。? Xerox Star： 1981– 最初只是一個(gè)研究項(xiàng)目（ Alto）– 第一個(gè) “鼠標(biāo) ”、 “視窗 ”? Apple Lisa/Machintosh： 1984– “Look and Feel” suit 1988? Microsoft Windows：– Win 7 (1985)第一章 操作系統(tǒng)引論 程序接口? 程序接口是為用戶程序在執(zhí)行中訪問(wèn)系統(tǒng)資源而設(shè)置的，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。– 聯(lián)機(jī)用戶接口 ：為聯(lián)機(jī)用戶提供的? 由一組鍵盤(pán)操作命令及命令解釋程序組成– 脫機(jī)用戶接口 ：為批處理作業(yè)的用戶提供的? 由一組作業(yè)控制語(yǔ)言 JCL組成。幾乎各種操作系統(tǒng)都提供了系統(tǒng)調(diào)用，供程序設(shè)計(jì)。第一章 操作系統(tǒng)引論 文件的讀 /寫(xiě)管理和保護(hù)