操作系統(tǒng)課件(1.3 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))

1、徐小龍/WindowsUNIXMac OSOpenStackAndroidLinux操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本講內(nèi)容1. 整體式結(jié)構(gòu)2. 層次式結(jié)構(gòu)3. 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)4. 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 5. 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 整體式結(jié)構(gòu)又叫模塊組合法模塊組合法，是基于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。整體式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 主要設(shè)計(jì)思想主要設(shè)計(jì)思想將模塊作為操作系統(tǒng)的基本組成單位按照功能需要而不是根據(jù)程序和數(shù)據(jù)的特性把整個(gè)系統(tǒng)分解為若干模塊模塊可以再進(jìn)一步分成子模塊每個(gè)模塊具有一定獨(dú)立功能，多個(gè)模塊協(xié)作完成某個(gè)功能各模塊分別設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試所有模塊連結(jié)成一個(gè)完整的系統(tǒng) 整體式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊密、組

2、合方便，對不同環(huán)境和用戶的不同需求，可以組合不同模塊來滿足，靈活性大每個(gè)功能可以用最有效的算法和調(diào)用其它模塊中的過程來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)效率較高設(shè)計(jì)及編碼可齊頭并進(jìn)，加快操作系統(tǒng)研制過程整體式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)模塊獨(dú)立性差，模塊之間牽連多形成了復(fù)雜的調(diào)用關(guān)系，甚至有循環(huán)調(diào)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不清晰，正確性、可靠性降低系統(tǒng)功能的增、刪、改十分困難操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本講內(nèi)容1. 整體式結(jié)構(gòu)2. 層次式結(jié)構(gòu)3. 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)4. 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 5. 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)劃分為內(nèi)核和若干模塊模塊按功能的調(diào)用次序排列成若干層次各層之間只能是單向依賴或單向調(diào)用關(guān)系層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 層次結(jié)構(gòu)類型層次結(jié)構(gòu)

3、類型各層之間是單向依賴的層內(nèi)模塊之間也保持獨(dú)立，沒有聯(lián)系各層之間是單向依賴的層內(nèi)允許有相互調(diào)用或通信的關(guān)系層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 內(nèi)核模式把整體問題局部化層次結(jié)構(gòu)和單向依賴性，使模塊間的依賴和調(diào)用關(guān)系更為清晰規(guī)范 層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) Linux操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用接口Linux內(nèi)核內(nèi)核硬件硬件層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 用戶態(tài)用戶態(tài)系統(tǒng)庫系統(tǒng)庫( (函數(shù)庫函數(shù)庫) )應(yīng)用程序應(yīng)用程序系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用接口模塊模塊內(nèi)核內(nèi)核( (進(jìn)程管理、進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理) ) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng) 計(jì)算機(jī)硬

4、件計(jì)算機(jī)硬件核心態(tài)核心態(tài)單內(nèi)核單內(nèi)核層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 內(nèi)核的組織方式是整體式結(jié)構(gòu)內(nèi)核的組織方式是整體式結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核由模塊組成每個(gè)模塊可以單獨(dú)編譯模塊用鏈接程序連在一起成為目標(biāo)程序內(nèi)核是基于過程的開放結(jié)構(gòu)內(nèi)核是基于過程的開放結(jié)構(gòu)有利于不同的人參與不同過程的開發(fā)允許任何人對其進(jìn)行修改和完善操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本講內(nèi)容1. 整體式結(jié)構(gòu)2. 層次式結(jié)構(gòu)3. 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)4. 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 5. 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 虛擬化是計(jì)算機(jī)資源的抽象方法虛擬機(jī)是通過軟件模擬的、運(yùn)行在隔離環(huán)境中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)體計(jì)算機(jī)中能夠完成的工作在虛擬機(jī)中都能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 在裸機(jī)上層層擴(kuò)展軟件

5、可采用層次化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)經(jīng)過虛擬化后的邏輯資源對用戶隱藏了不必要的細(xì)節(jié)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本講內(nèi)容1. 整體式結(jié)構(gòu)2. 層次式結(jié)構(gòu)3. 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)4. 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 5. 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 基本思想基本思想操作系統(tǒng)分成兩大部分操作系統(tǒng)分成兩大部分運(yùn)行在用戶態(tài)用戶態(tài)并以客戶/服務(wù)器方式活動(dòng)的進(jìn)程運(yùn)行在核心態(tài)核心態(tài)的內(nèi)核客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 除內(nèi)核外，操作系統(tǒng)的其它部分被分成若干相對獨(dú)立的進(jìn)程進(jìn)程，每一個(gè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)一類服務(wù)，稱服務(wù)器進(jìn)程服務(wù)器進(jìn)程。用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程也在該層并以客戶/服務(wù)器方式活動(dòng)?？蛻暨M(jìn)程發(fā)出消息，內(nèi)核將消息傳送給服務(wù)器進(jìn)程，服務(wù)器進(jìn)程執(zhí)行客戶提出的服務(wù)請求，在滿足客戶的要求后再通過內(nèi)核發(fā)送消息把結(jié)果返回給用戶。操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本講內(nèi)容1. 整體式結(jié)構(gòu)2. 層次式結(jié)構(gòu)3. 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)4. 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu) 5. 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 把操作系統(tǒng)中的內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)等功能模塊盡可能地從內(nèi)核中分離出來在內(nèi)核只保留少量最基本的功能，使內(nèi)核變得簡潔可靠微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 充分的模塊化，可獨(dú)立更換任一模塊而不會(huì)影響其它模塊，從而方便第三方設(shè)計(jì)、開發(fā)各個(gè)模塊未被使用的模塊功能不必運(yùn)行，大幅度減少系統(tǒng)的內(nèi)存需求增強(qiáng)可移植性，移植時(shí)主要對微內(nèi)核部分進(jìn)行修改即可，減輕移植工作量。 微內(nèi)核結(jié)