操作系统教程ch1-1.4操作系统结构和运行模型.ppt

1.4操作系统结构和运行模型

1.4.1操作系统结构分类1.4.2操作系统结构设计1.4.3操作系统内核1.4.4操作系统运行模型1.4.1操作系统结构分类(1)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?操作系统结构分类(2)1.单体式结构2.层次式结构3.虚拟机结构4.微内核结构

整体式结构操作系统

系统服务应用程序……应用程序裸机

层次式结构操作系统

THE操作系统层次结构5层系统操作员（进程）4层用户进程3层I/O管理2层进程与操作员间通信1层内存和磁鼓管理0层中断处理、定时器管理、处理器调度，提供多道程序环境。虚拟机结构操作系统

应用程序应用程序应用程序CMSCMSCMSVM/370System/370裸机370虚拟机系统调用陷阱陷阱I/O指令微内核结构操作系统

1.4.2Linux操作系统结构设计

Linux采用单体式结构设计：1)系统设计时作为一个单独的大过程;2)系统运行时是一个大二进制映像;3)引入加载模块和卸载模块机制。Linux内核有以下部分组成：1)核心部分：进程调度、进程通信和管理、主存和虚存管理、VFS和文件管理、设备驱动和管理、网络驱动和管理等。2)外围部分：shell、图形用户界面和一组实用工具。Linux内核子系统及其依赖关系

虚存管理和主存管理网络管理和网络驱动VFS和文件管理设备管理和设备驱动进程管理和进程通信进程调度块设备内存字符设备网卡硬件层硬件层软件层Linux内核子系统依赖关系举例进程调度，其他子系统大都依赖于它;进程管理与虚存管理之间的依赖关系;进程通信与虚存管理之间的依赖关系;VFS与网络子系统之间的依赖关系;VFS与虚存管理之间的依赖关系;VFS与设备管理子系统之间的依赖关系。

1.4.3操作系统内核

1.内核的概念

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。内核分类：单内核和微内核。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2.内核的功能

（1）中断处理。（2）时钟管理。（3）短程调度。（4）原语管理。3.内核的属性

内核是由中断驱动的;内核是不可抢占的;内核可以在屏蔽中断状态下执行;内核可以使用特权指令。4.虚拟机的特性

(1)虚拟机没有中断，因而，进程设计者不再需要有硬件中断的概念，用户进程执行中无需处理中断。(2)虚拟机为每个进程提供一台虚处理器，每个进程就好象在各自的私有处理器上顺序地推进，实现了多进程并发执行。(3)虚拟机为进程提供功能强大的指令系统，即它们能够使用机器非特权指令和系统调用所组成的新的指令系统。5.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)，常常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：调度机制与策略分离的例子;例子2：安全机制与策略分离的例子;例子3：模块动态加载和卸载机制与策略分离的例子。