操作系统原理课件作者周苏教学课件第2章节操作系统概述.ppt

2.6.3 微内核 有研究人员对每千行代码中错误的数量进行了分析。代码错误的密度取决于模块大小、模块寿命等。对一个实际工业系统而言，每千行代码中会有10个错误。这意味着在有5百万行代码的单体操作系统中，大约有50 000个内核错误。当然，并不是所有的错误都是致命的。操作系统中充满了错误，所以计算机制造商为此设置了复位按钮（通常在前面板上），而电视机、立体音响以及汽车的制造商们则不这样做，尽管在这些装置中也有大量的软件。 2.6.3 微内核 在微内核设计背后的思想是，为了实现高可靠性，将操作系统划分成小的良好定义的模块，只有其中一个模块——微内核——运行在内核态上，其余的模块，由于功能相对弱些，则作为普通用户进程运行。由于把每个设备驱动和文件系统分别作为普通用户进程，这些模块中的错误虽然会使这些模块崩溃，但不会使整个系统死机。例如音频驱动中的错误会使声音断续或停止，但不会使整个计算机垮掉。相反，在单体系统中如果所有的设备驱动都在内核中，一个有故障的音频驱动会很容易引起对无效地址的引用，从而造成系统立即宕机。 2.6.3 微内核 运行在用户态下的操作系统服务进程可以根据特定的应用和环境需求进行定制，有时也称这些进程为服务器。微内核方法把内核和服务程序的开发分离开，可以使系统结构的设计更加简单、灵活，很适合于分布式环境。有许多微内核已经实现并投入应用，并且在实时、工业、航空以及军事应用中特别流行，这些领域都是关键任务，需要有高度的可靠性。 2.6.4 客户机-服务器模式 基于微内核思想的另一种设计是将进程划分为两类：提供某种服务的服务器和使用这些服务的客户端，这就是所谓的客户机-服务器模式，即存在客户端进程和服务器进程。 一般地，在客户端和服务器之间的通信是消息传递。为了获得一个服务，客户端进程构造一段消息，说明所需要的服务，并将其发给合适的服务器。该服务完成工作，发送回应。如果客户端和服务器运行在同一个机器上，则有可能进行某种优化。 2.6.4 客户机-服务器模式 这个思想的一个普遍方式是，客户端和服务器运行在不同的计算机上，它们通过局域或广域网连接，如图2-19所示。由于客户端通过发送消息与服务器通信，它并不需要知道这些消息是在本地机器上处理，还是通过网络被送到远程机器上处理。对于客户端而言，这两种情形是一样的：都是发送请求并得到回应。所以，客户机-服务器模式是一种可以应用在单机或者网络机器上的抽象。 图2-19 电影资料库的客户机-服务器体系结构 2.6.4 客户机-服务器模式 越来越多的系统，例如家用的PC机都成为了客户端，而在某地运行的大型机器则成为服务器，许多Web就是以这个方式运行的。一台PC机向某个服务器请求一个Web页面，而后，该Web页面回送。这就是网络中客户机-服务器的典型应用方式。 2.6.5 虚拟机 一般来说，应用程序直接运行在操作系统上，其下的硬件可能是个人计算机或服务器，它们在同一时间里只能运行一个操作系统。因此，应用程序提供商必须针对目标运行平台对程序的一些部分进行相应的修改。而针对这个难题的一种解决方法就是虚拟化。 2.6.5 虚拟机 （1）虚拟机技术的出现 OS/360的最早版本是纯粹的批处理系统，后来推出了正式的IBM分时系统TSS/360，但它非常庞大，运行缓慢，最后被弃之不用。 IBM研究中心开发了另一个完全不同的系统，它的后续产品称为z/VM，目前在IBM的大型机上广泛使用，zSeries则在大型公司的数据中心中广泛应用，例如，作为电子商务服务器，它们每秒可以处理成百上千个事务，并使用高达数百万G字节的数据库。 2.6.5 虚拟机 VM/370系统最初被命名为CP/CMS，这个系统的核心称为虚拟机（Virtual Machines，VM）监控程序，它在裸机上运行并且具备了多道程序功能。该系统向上层提供了若干台虚拟机，如图2-20所示。与其他操作系统不同的地方是：这些虚拟机不是那种具有文件等优良特征的扩展计算机。与之相反，它们仅仅是裸机硬件的精确复制品。这个复制品包含了内核态/用户态、I/O功能、中断及其他真实硬件所应该具有的全部内容。 图2-20 配有CMS的VM/370结构 2.6.5 虚拟机 由于每台虚拟机都与裸机相同，所以都可以运行一台裸机所能够运行的任何类型的操作系统。不同的虚拟机可以运行不同的操作系统。在早期的VM/370系统上，有一些系统运行OS/360或其他大型批处理或事务处理操作系统中的某一个，而另一些虚拟机运行单用户、交互式系统供分时用户们使用，这个系统称为会话监控系统（Conversational Monitor System, CMS）。后者在程序员中很流行。 2.6.5 虚拟机 当一个CMS程序执行系统调用时，该调用被陷入到虚拟机的操作系统