第1章操作系統(tǒng)筆記(參考版)
2024-08-08 04:53本頁(yè)面
【正文】 試分析比較流行操作系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)，并就計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)闡明你的觀點(diǎn)？（20分） 提供了對(duì)分布式系統(tǒng)的支持n 消息通信機(jī)制n 客戶服務(wù)器n 服務(wù)器服務(wù)器n 只要賦予分布式系統(tǒng)中所有進(jìn)程和服務(wù)器唯一的標(biāo)識(shí)符，消息通過(guò)標(biāo)識(shí)符識(shí)別目標(biāo)，無(wú)論其駐留在那臺(tái)機(jī)器 增強(qiáng)了可靠性n 小的內(nèi)核更容易充分測(cè)試，保證其正確性n 為外部程序提供的規(guī)范而精簡(jiǎn)的接口(API)n 服務(wù)器運(yùn)行在用戶態(tài)，出錯(cuò)時(shí)不會(huì)危及內(nèi)核和其他服務(wù)器 提高了可擴(kuò)展性n 修改和增加服務(wù)，只需修改相應(yīng)的服務(wù)器，或增加新的服務(wù)器。 這樣，微內(nèi)核起消息交換功能，它驗(yàn)證消息，在構(gòu)件之間傳送消息，并授權(quán)存取硬件。 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)則把大量的操作系統(tǒng)功能放到內(nèi)核外實(shí)現(xiàn)，這些外部的操作系統(tǒng)構(gòu)件是作為服務(wù)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們之間的信息相互均借助微內(nèi)核提供的消息傳送機(jī)制實(shí)現(xiàn)。 分層結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的內(nèi)核很大，互相之間調(diào)用關(guān)系復(fù)雜。 服務(wù)器部分：n 根據(jù)中斷和陷入的類型，調(diào)用相應(yīng)的處理程序進(jìn)行后期處理。 實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器管理的策略放入存儲(chǔ)器管理器中：n 頁(yè)面置換算法n 內(nèi)存分配和回收策略中斷和陷入處理 策略部分放入進(jìn)程(線程)管理服務(wù)器，如：n 如何確定優(yōu)先級(jí)n 如何修改優(yōu)先級(jí)低級(jí)存儲(chǔ)器管理 微內(nèi)核功能：1. 進(jìn)程（線程）管理2. 低級(jí)存儲(chǔ)器管理3. 中斷和陷入處理進(jìn)程(線程)管理 一般采用“機(jī)制與策略分類”的原理，將機(jī)制部分，以及與硬件緊密相關(guān)的部分放入微內(nèi)核。 因此微內(nèi)核OS仍然是復(fù)雜的大型系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)有益于其設(shè)計(jì)和開發(fā)。 內(nèi)核雖然小，微內(nèi)核OS還必須包括服務(wù)器部分，才能實(shí)現(xiàn)其作為操作系統(tǒng)應(yīng)有的功能。 面向?qū)ο蠹夹g(shù)作為一種先進(jìn)的軟件工程技術(shù)，對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)具有普遍的優(yōu)越性，故廣泛地應(yīng)用現(xiàn)代OS設(shè)計(jì)。 策略：借助于某些參數(shù)和算法來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能的優(yōu)化。應(yīng)用“機(jī)制與策略分離”原理因此，系統(tǒng)采用了區(qū)分處理機(jī)狀態(tài)的辦法，為操作系統(tǒng)程序建立一個(gè)保護(hù)環(huán)境。 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為什么要區(qū)分管態(tài)與目態(tài)？（西安電子科技大學(xué)1999年試題） 服務(wù)完畢后，由核態(tài)返回用戶態(tài)，繼續(xù)讓用戶程序執(zhí)行。 當(dāng)用戶程序執(zhí)行時(shí)，如果需要請(qǐng)求操作系統(tǒng)服務(wù)，則必然由用戶態(tài)轉(zhuǎn)為核態(tài)，即由操作系統(tǒng)得到控制權(quán)，在核態(tài)下執(zhí)行其管理程序。 在此狀態(tài)下禁止使用特權(quán)指令，不能直接使用系統(tǒng)資源與改變CPU狀態(tài)，并且只能訪問(wèn)用戶程序所在的存儲(chǔ)空間。用戶程序執(zhí)行時(shí)CPU所處的狀態(tài)。 是操作系統(tǒng)內(nèi)核所運(yùn)行的模式，運(yùn)行在該模式的代碼，可以無(wú)限制地對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)、外部設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)。 在此狀態(tài)下允許CPU使用全部資源和全部指令，其中包括一組特權(quán)指令（如涉及外設(shè)的I/O、改變處理機(jī)狀態(tài)、修改存儲(chǔ)保護(hù)的指令） 。 核心態(tài)（Kernel Mode)，又稱管態(tài)或系統(tǒng)態(tài)： CPU執(zhí)行管理程序時(shí)所處的狀態(tài)。 而為此根據(jù)對(duì)資源和機(jī)器指令的使用權(quán)限，把處理執(zhí)行時(shí)的兩種工作狀態(tài)分為核態(tài)和用戶態(tài)。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行上述兩種不同類型的程序時(shí)，就應(yīng)該有不同的權(quán)限。 處理機(jī)的態(tài)——處理機(jī)的工作狀態(tài)，即處理機(jī)當(dāng)前正在執(zhí)行哪一類程序，依此來(lái)區(qū)分處理機(jī)的狀態(tài)。 為此系統(tǒng)應(yīng)能建立一個(gè)保護(hù)環(huán)境，采用的辦法就是區(qū)分處理機(jī)的狀態(tài) 微內(nèi)核運(yùn)行在核心態(tài) 微內(nèi)核不是一個(gè)完整的OS，只是操作系統(tǒng)最基本的部分：n 與硬件緊密相關(guān)的n 較基本的功能n 客戶和服務(wù)器的通信基于客戶/服務(wù)器模式 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)趨勢(shì)是將這種把代碼移到更高層次的思想進(jìn)一步發(fā)展，從操作系統(tǒng)中去掉盡可能多的東西，而只留一個(gè)最小的核心。其它服務(wù)和應(yīng)用則建立在微內(nèi)核之外，在用戶模式下運(yùn)行。 使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)OS的優(yōu)點(diǎn)n 易重用、修改、擴(kuò)展n 易保證正確性和可靠性 微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu) OS中的各種實(shí)體n 進(jìn)程、線程、消息、存儲(chǔ)器和文件 交互過(guò)程：n 客戶發(fā)送請(qǐng)求消息n 服務(wù)器接收消息n 服務(wù)器回送消息n 客戶機(jī)接收消息 缺點(diǎn)n 系統(tǒng)效率降低了w 層間通信，OS執(zhí)行一個(gè)功能要穿越多個(gè)層次 客戶/服務(wù)器模式n 每層可包括若干模塊。n 每一層僅能使用其底層提供的功能和服務(wù)。 優(yōu)點(diǎn)：n 比無(wú)結(jié)構(gòu)OS，更容易設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)，錯(cuò)誤更少，適應(yīng)性更好 關(guān)鍵問(wèn)題：n 模塊的劃分n 規(guī)定好模塊之間的接口 仔細(xì)地規(guī)定好各模塊之間的接口，使各模塊之間能通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)交互。2. 模塊化結(jié)構(gòu)OS 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。 文件的讀/寫管理和保護(hù)n 向外存讀取/寫入數(shù)據(jù)n 防止文件被非法竊取或破壞—存取控制（五）OS與用
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