10-2009-操作系统设计【荐】.pdf

操作系统 北京大学计算机科学技术系 陈向群 2009-2010 第一学期 第10讲 操作系统设计 •操作系统设计目标 •操作系统结构 –整体式结构 –层次结构 –虚拟机结构 –微内核结构 • 内核 •Windows体系结构 •操作系统设计之哲学原理 一、操作系统设计目标(1/2) 1、可靠性  正确性 困难：并发性、共享性、随机性（中断）  健壮性（鲁棒性） 2、高效性 多道程序设计的目标是提高资源利用率，但系 统开销加大 Tu：运行目态程序所用的时间 Tsu：运行管态程序为用户服务所用的时间 Tsm：运行管态程序做系统管理工作所用的时间 系统运行效率：=(Tu+Tsu) / (Tu+Tsu+Tsm) 操作系统设计目标(2/2) 3、易维护 易读性、易扩充性、易修改性、易裁减性 4、可(易)移植性 5、安全性 6、可适应性 7、简洁性 二、操作系统的结构设计 设计一个操作系统主要包括： 功能设计 算法设计 结构设计 接口设计（用户界面、程序接口） 其他设计技术（策略与机制的分离， 静态结构与动态结构，自顶向下的实现与自底 向上的实现，隐藏硬件细节，间接处理等 ） 典型的操作系统的结构  整体式结构（单一内核结构）  层次式结构  虚拟机结构  微内核结构 1.整体式结构或单一内核结构(1/2) 又称模块接口法/无序模块法/模块组合法  确定操作系统的总体功能  将其分解为若干个子功能（模块）  继续分解，直至每个模块仅包含 单一功能 模块1  通过接口调用将所有模块连接， 形成一个整体 模块2 模块3 模块4 模块5 模块6 模块7 模块8 整体式结构(2/2) 优点：结构紧密 接口简单直接 模块间转接灵活，系统效率高 缺点：由于模块之间可以任意相互调用，各模块 互相联系，独立性差，系统结构不清晰 数据作为全局量处理，系统内各模块均可对 其进行存取和修改，造成模块间更为隐蔽的关系。 使得难于对软件结构作出综合性的理解，难于修 改，可靠性、易读性、适应性难以保证 由于模块接口法常以大型表格为中心，为保 证数据完整性，往往采用全局封中断的方法，从 而限制了系统的并发性 2.层次式结构 按此模型构造的第一个操作系统是 E.W.Dijkstra和他的学生在荷兰开发的THE系统 （1968年） 该系统分为六层： 层次 功能 5 操作员 4 用户程序 3 输入/输出管理 2 操作员-进程通信 1 内存和磁盘管理 0 处理器分配和多道程序 3、虚拟机结构(1/2)