第六講 操作系統(tǒng)的運行模型VIP

1、.教學目標 讓學生理解三種操作系統(tǒng)的運行模型 讓學生了解Windows操作系統(tǒng)的運行模型教學重點 三種操作系統(tǒng)運行模型教學難點 理解三種操作系統(tǒng)運行模型操作系統(tǒng)本身是一組程序，也在處理器上運行，那么，操作系統(tǒng)程序是否組織成進程?它是如何控制的、怎樣執(zhí)行的呢?它在什么模式下運行呢? 從操作系統(tǒng)的運行方式來看，可分成： 1)非進程內(nèi)核模型、 2)OS功能(函數(shù))在用戶進程內(nèi)執(zhí)行的模型、 3)OS功能(函數(shù))作為進程執(zhí)行的模型。.注意：實際上，這里討論的注意：實際上，這里討論的應用進程應用進程內(nèi)核應用進程核心態(tài)用戶態(tài)n早期操作系統(tǒng)的實現(xiàn)方式，系統(tǒng)的執(zhí)行與應用進程不存在關聯(lián)n內(nèi)核具有獨立的存儲空間，也

2、可以訪問應用進程的空間。n在這種模式下，進程的概念僅僅是針對用戶程序而言，操作系統(tǒng)代碼作為一個獨立實體在內(nèi)核模式下運行。n內(nèi)核函數(shù)不可以并發(fā)執(zhí)行。核心態(tài)用戶態(tài)內(nèi)核函數(shù)內(nèi)核函數(shù)內(nèi)核函數(shù)應用進程應用進程進程切換函數(shù)應用進程為提高內(nèi)核函數(shù)的并發(fā)行，在創(chuàng)建應用進程時，同時為其分配一個核心棧，用于運行操作系統(tǒng)的內(nèi)核函數(shù)，形成操作系統(tǒng)在應用進程內(nèi)執(zhí)行的方式。.大部分的操作系統(tǒng)功能組織成一組內(nèi)核函數(shù)供應用程序調(diào)用，操作系統(tǒng)的地址空間位于共享地址空間中，不與應用程序的地址空間重疊，但被所有的應用進程共享。當發(fā)生一次中斷或系統(tǒng)調(diào)用后，處理器狀態(tài)將從用戶態(tài)切換到核心態(tài)，控制權被傳遞給操作系統(tǒng)；此時，發(fā)生了模式切換

3、，模式上下文（現(xiàn)場）信息被保存，但是進程上下文切換并沒有發(fā)生，操作系統(tǒng)仍在該用戶進程中執(zhí)行。當操作系統(tǒng)的內(nèi)核函數(shù)完成工作后，如果讓當前進程繼續(xù)運行，執(zhí)行一次模式切換恢復執(zhí)行原來被中斷的用戶進程。如果應該發(fā)生進程切換，控制權就被傳遞給操作系統(tǒng)的進程切換函數(shù)，實現(xiàn)進程切換，指派另一個就緒進程來占有處理器運行。 核心：每一次中斷時，操作系統(tǒng)的一個模塊程序被執(zhí)行，核心：每一次中斷時，操作系統(tǒng)的一個模塊程序被執(zhí)行，然而這個執(zhí)行過程依然從屬于用戶進程的執(zhí)行過程然而這個執(zhí)行過程依然從屬于用戶進程的執(zhí)行過程。微內(nèi)核（進程切換函數(shù)）應用進程OS函數(shù)用戶態(tài)核心態(tài)應用進程OS函數(shù)應用進程OS函數(shù)nOS功能(函數(shù))作

4、為進程執(zhí)行的模型把操作系統(tǒng)組織成一組系統(tǒng)把操作系統(tǒng)組織成一組系統(tǒng)進程，即操作系統(tǒng)功能是這些系統(tǒng)進程集合運行的結果，這些系進程，即操作系統(tǒng)功能是這些系統(tǒng)進程集合運行的結果，這些系統(tǒng)進程也稱為服務器或服務器進程統(tǒng)進程也稱為服務器或服務器進程，于是與用戶進程或其他服務器進程之間構成了客戶/服務器關系。Windows 2000/ XP采用了這種結構。n核心：操作系統(tǒng)本身（除了內(nèi)核之外）也作為幾個進程工作，操作系統(tǒng)本身（除了內(nèi)核之外）也作為幾個進程工作，它可以接收用戶進程的指令，向用戶進程提供服務。它可以接收用戶進程的指令，向用戶進程提供服務。 .優(yōu)點： 首先，它采用了模塊化的操作系統(tǒng)實現(xiàn)方法。其次，原

5、來由內(nèi)核實現(xiàn)的多種操作系統(tǒng)功能被組織成獨立的進程，有利于操作系統(tǒng)的實現(xiàn)、配置和擴充。最后，這一結構在多處理器多計算機的環(huán)境下非常有效，一些操作系統(tǒng)服務可指派到專門處理器上執(zhí)行。 系統(tǒng)進程服務進程應用程序環(huán)境子系統(tǒng) 子系統(tǒng)動態(tài)鏈接庫用戶態(tài)核心態(tài) 執(zhí)行體 核心 設備驅動程序 硬件抽象層圖形引擎系統(tǒng)線程NTDLL.DLLService.exeRPCSpooler事件日志服務進程任務管理器IE瀏覽器用戶程序子系統(tǒng)DLL應用程序POSIXOS2WIN32環(huán)境子系統(tǒng)服務管理器安全驗證Win登錄會話管理器系統(tǒng)進程核心態(tài)用戶態(tài)Win32 UserGDI圖形驅動器硬件抽象層(HAL)設備驅動程序內(nèi)核對象管理器核

6、心態(tài)可調(diào)用接口(執(zhí)行程序API)系統(tǒng)服務調(diào)度進程I/O管理器文件緩存管理 進程線 程管理安全訪問監(jiān)視虛存管理局部過程調(diào)用注冊表配置管理器電源管理器即插即用管理硬件接口（總線、I/O、時鐘、計時器、中斷、DMA、CACHE控制器） .1）可擴充性：適應市場需求易于擴充和改動。2）可移植性：3）可靠性與堅固性：防止內(nèi)部故障和外部侵擾。4）兼容性：與DOS、Windows舊版本兼容，與UNIX、OS2、Netware等其他操作系統(tǒng)互操作。5）高性能： .Windows 20003設計者認為：采用整體式或層次式操作系統(tǒng)體系結構在可擴充性和可移植性方面效果不好；純的微內(nèi)核運算成本太高，不適用于商業(yè)。因而，Windows 2003把許多系統(tǒng)服務代碼放在核心態(tài)運行，包括：文件服務、設備管理、圖形引擎等。采用基于對象技術，提出了一種C/S系統(tǒng)結構，該結構在純微內(nèi)核結構的基礎上做了擴展，融合了層次式結構和純微內(nèi)核結構