OS之操作系统结构设计课件.ppt

操作系统的设计 操作系统设计目标 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);3、易维护 易读性 易扩充性 易修改性 易裁减性 4、易移植性 5、安全性 6、可适应性 7、简明性; 设计一个操作系统主要包括 功能设计 算法设计 结构设计;结构设计： 按照系统的功能和特性要求，选择合适的结构，使用相应的结构设计方法将系统逐步地分解、抽象和综合，使操作系统结构清晰、简单、可靠、易读、易修改，而且使用方便，适应性强;操作系统的结构： 整体式结构 层次式结构 进程分层结构 层次管程结构 客户-服务器结构;整体式结构 模块接口法（无序模块法，模块组合法） 首先确定操作系统的总体功能，然后将总功能分解为若干个子功能，实现每个子功能的模块称为模块。继续分解，直至每个模块仅包含单一功能为止。最后通过接口将所有模块连接起来形成一个整体;;特点：根据功能划分模块 数据基本上作为全局量使用 在系统内部，不同模块程序之间 可以不加控制地互相调用和转移 信息的传递方式 可根据需要随意约定 因而造成模块间的循环调用;优点： 结构紧密 接口简单直接 模块间转接的灵活性使系统效率高;缺点(1)： 由于模块之间可以任意相互调用，形成网络，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;缺点(2)： 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 ;结论; 用户程序2 ;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）;THE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. 进程分层结构 采用进程概念后 把含有并发活动的系统 分为若干异步运行的 与时间无关的顺序程序模块 操作系统的任务就是 协调这些异步运行的进程 使它们能够协调工作;进程分层结构 把系统中所有的进程模块 按照一定的原则排列在若干层上 并要求这些层间是一种单向依赖关系 系统由 一个核心和位于各层上的若干进程组成; 优点： 进程模块的独立性强、易维护、易调整 整个系统结构清晰、形式整齐划一 缺点： 由于系统中所有进程的控制转移、通讯等任务全部交给系统的核心去管理，要花费一定的代价 ;主要缺点有： 每一个进程必须设立进程控制块 用以保留进程的状态信息 增加了内存开销 进程间控制转移、状态保留及信息传送 均由核心管理 时间消耗多，效率下降 系统并发活动过多，调度负担过重 且同步操作过于分散 易于造成死锁，影响了系统的安全性;4、虚拟机结构;虚拟机思想的应用：在奔腾CPU上运行老的MS-DOS程序 Intel在奔腾芯片上提供了一个虚拟8086模式，在此模式下，奔腾机就像一台8086计算机一样，包括1M字节内的16位寻址方式; 虚拟8086模式被Windows、OS/2及其他操作系统用于运行MS-DOS程序。程序在虚拟8086模式下启动，执行一般的指令时它们在裸机上运行。但是，当一个程序试图陷入系统来执行一条系统调用时，或者试图执行受保护的I/O操作时，将发生一条虚拟机监控程序的陷入;两种设计方法： 第一种：MS-DOS本身被装入虚拟8086模式的地址空间，虚拟机仅仅将陷入传回给DOS 第二种：虚拟机监控程序仅仅捕获第一条陷入并自己执行I/O操作。;IBM390与Linux： Linux在S/390下有三种实现模式： 本地运行模式：即独立运行模式，Linux可以不依赖S/390自己的任何操作系统完整地运行 逻辑分区运行模式：Linux在S/390的硬件逻辑分区内运行，S/390最大支持15个独立的逻辑分区 VM/ESA模式：把Linux当成一个虚拟机来运行，VM提供虚拟的CPU、I/O子系统和内存资源;IBM390与Linux