操作系统结构与功能分析.pdfVIP

第tO卷第l期 软件导刊 Vbl．10N0．1 Software 2011年1月 Guide Jan．20ll 操作系统结构与功能分析 于 莉 (天津市财贸管理干部学院，天津300170) 摘 要：对操作系统的结构进行分析比较，提出了操作系统在功能上的改进，并以L4微内核操作系统为例，说明如 何提高操作系统的运行效率。 关键词：操作系统；结构；LA 中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1672—7800(2011)01—0029—02 的矛盾，尝试为大系统、复杂系统的构造制定规则。进程 1操作系统的结构 分层结构中，系统服务模块按其语义和依赖关系分层实 现，下层模块为上层模块实现功能调用接口，并利用更下 软件是典型的知识产品，是有结构的，操作系统也不 层模块所提供的接口服务来构造本层服务。规定严格的 例外。软件结构是由软件组成成分构造软件的过程、方法 调用层次关系，只能由上层模块调用下层模块，这样约束 和表示。由于软件反映的是客观事物，而客观世界总是处 了系统中模块间交互方式，使得系统结构更为清晰。不 在不断的发展与变化中，软件系统不可能一成不变。新需 过，层次结构也带来一些问题：②任务控制块存储开销大； 求、新技术、新方法的出现都是促进软件发展的重要因素。 ②同步比较分散；③层次过多时降低了性能；④无限制的 对软件结构的研究在整个软件技术发展历程中贯穿始终， 分层造成系统膨胀；⑤不适合本可顺序执行的程序。层次 人们一直在寻找构造软件的更好办法。 管程结构中，系统分别用管程和类程来实现对并发资源访 结构设计是一个具有普遍性的问题。任何大型的工程 问和专用资源访问的控制，在此基础上改进了并发支持， 任务都要认真地考虑结构问题，具有并发特征的操作系统 但在全局互斥问题上仍有不足，层次结构中其他问题仍然 同样如此。操作系统的结构分为整体式(monolithic)结存在。20世纪80年代后期，出于分布式操作系统、网络 构、模块组合结构(如UNIX)、层次结构(如Muhics)以及操作系统的研究需要，人们提出了微内核结构，试图解决 微内核结构(如Mach、Chorus、LA)。后面发展的结构通层次结构中存在的问题．同时，在分布式系统中各节点上 常都吸收了以前的结构的优点。新的结构设计方法的出 提供最小化的虚拟机器，屏蔽物理机器的硬件特性差异。 现也往往伴随着新的结构概念和新的结构工具。 微内核结构也称客户／服务器结构。微内核结构中， 早期的模块组合结构(也称无序模块结构)体现了。分 大部分传统的系统服务被放到用户空间执行，以服务器进 而治之”的系统开发思路。结构化程序设计方法为这种结 程的形态与用户应用并存于同一特权级(用户模式)，而将 构的系统开发提供了有效支持。为支持多道程序运行，操 系统中最基本的功能放在内核模式下执行。内核中最基 作系统的研究人员提出了进程的概念，设计了分时系统； 本的功能包括中断与异常处理、线程管理、地址空间映射 提出了虚拟存储的概念，在紧张的内存中可运行较大的程 及基于消息机制的任务间通信。内核所提供的消息机制 序、可运行多个程序。为更好地处理系统中的并发问题， 支持多个用户进程间及其与服务器进程间的通信。微内 人们设计了PV原语、信号量、管程与条件变量等机制；针 核结