ch1-1.4操作系统结构.ppt

1.4 操作系统结构和运行模型  1.4.1 操作系统的构件和结构 1.4.2 操作系统的运行模型 1.4.3 Windows 2003客户/服务器结构 1.4.1 操作系统构件和结构 操作系统设计呈现出以下特征： 复杂程度高， 生成周期长， 正确性难保证 。 操作系统结构设计有三层含义： 一、是研究操作系统整体结构，如功能如何分块，相互如何交互，及考虑构造它的过程和方法； 二、是研究操作系统程序局部结构，包括数据结构和控制结构； 三、是操作系统运行时的组织，如系统是否组织成进程或线程?在系统空间还是在用户空间运行? 操作系统的构件 内核 进程 线程 类程 管程 操作系统的内核(1) 1)什么是内核? 2)内核分类：微内核和单内核。 3)Linux是单内核操作系统 ，Mach是微内核操作系统 ，Windows2003是C/S结构操作系统。 什么是内核?(2) 内核(kernel)是作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作的一组程序模块， 内核通常驻留在内核空间，运行于核心态，具有访问硬设备和所有主存空间的权限，是仅有的能执行特权指令的那部分程序。 在内核的支撑下，机器功能得到扩展、进程运行环境得到改善，安全性得到保证，系统效率得到提高。 操作系统的内核(3) Linux单内核结构 用户态 系统库(函数库) 应用程序 系统调用接口 模块 内核(进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、网络管理) 设备 驱动 计算机硬件 核心态 单内核 单内核操作系统两种基本设计方法(4) 整体式结构 (1)设计思想和步骤 (2)缺点 和优点 (3)早期(IBM)操作系统使用 层次式结构 (1)设计思路 (2)缺点 和优点 (3)THE多道程序设计系统中第一次提出操作系统层次结构设计方法 操作系统的内核(5)微内核结构 操作系统服务进程 客户 进程1 客户 进程2 文件服务器 进程服务器 主存服务器 …… 微内核(消息传递) 计算机硬件 用户 进程 用 户 态 核 心 态 客户通过微内核发送消息给文件服务器 微内核结构的特点和优点 一对进程的请求提供一致性接口，不必区别内核级服务或用户级服务，所有服务均借助消息传递机制提供； 二可扩充性和易修改性好，增加新服务和替换老功能，只需增加或替换服务器； 三可移植性好，与特定CPU有关代码均在微内核中，把系统移植到新平台上所作修改较小； 四提供对分布式系统的有力支撑，当消息从客户机发送给服务器进程时，不必知道它驻留在哪台机器上，处理都是发送请求和接收回答。 缺点是运行效率低，因为进程间必须通过内核的通信机制才能进行通信。 内核的基本功能 基本功能: 资源抽象---用软件抽象硬件资源，屏蔽底层细节，简化操作。 资源分配---把抽象的资源分配给多个应用程序使用，并负责回收资源。 资源共享---根据资源的类型和特性，提供不同的机制确保进程获得资源，允许进程共享资源提供资源共享的同步互斥机制。 内核的基本属性 基本属性: 内核是由中断驱动的 内核是不可抢占的 内核部分程序在屏蔽中断状态下执行 内核可以使用特权指令  内核和裸机组成的虚拟机具有以下特性： 1）虚拟机没有中断， 2）虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器， 3）虚拟机为进程或模块提供了功能较强的指令系统。 虚拟机具有的特性 机制与策略分离(1) 在策略与机制分离的操作系统中，解决应用问题均可分成两部分：“提供及实现确定的功能(机制)，将机制作为系统的可信软件来实现”和“如何使用这些功能(策略)，可在不可信的环境中定义策略”。 机制与策略分离(2) 例子1：调度机制与调度策略的分离 例子2：操作系统模块加载的机制和策略分离 机制与策略分离的原则： (1)机制由OS实现，策略留给用户完成； (2)机制放在底层，策略放在高层； (3)机制集中在少数模块，策略拟散布在多处。 操作系统的构件 进程 是对处理器的抽象，描述系统内部的并发性，解决系统资源共享。每个进程相对独立，提高系统的安全和可靠性。 线程 为了提高系统并发性，降低进程间通讯和系统开销，允许每个进程有多个线程，线程是系统调度的独立单位。 管程 管理共享资源的同步机制，对管程的调用表示是对共享资源的请求和释放；管程统一控制和管理了分散在进程中的临界资源。 类程 管理私有资源,被它的父进