操作系统结构.pptx

1.4.1 操作系统构件和结构 v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。v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?操作系统的构件v 内核v 进程v 线程v 类程v 管程操作系统的内核(1)1)什么是内核?2)内核分类：微内核和单内核。3)Linux是 单 内 核 操 作 系 统 ，Mach是 微 内 核 操 作 系 统 ，Windows2003是C/S结构操作系统。什么是内核?(2)v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，v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。v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。操作系统的内核(3)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 内核单内核操作系统两种基本设计方法(4)v整体式结构 (1)设计思想和步骤 (2)缺点 和优点 (3)早期(IBM)操作系统使用v层次式结构 (1)设计思路 (2)缺点 和优点 (3)THE多道程序设计系统中第一次提出操作系统层次结构设计方法，操作系统的内核(5)微内核结构 操作系统服务进程客户进程1客户进程2文件服务器进程服务器主存服务器 微内核(消息传递)计算机硬件 用户 进程用户态核心态客户通过微内核发送消息给文件服务器内核的基本功能 基本功能:v资源抽象资源抽象-v资源分配资源分配-v资源共享资源共享-内核的基本属性 基本属性:v内核是由中断驱动的 v内核是不可抢占的v内核部分程序在屏蔽中断状态下执行v内核可以使用特权指令 内核和裸机组成的虚拟机具有以下特性特性：1）虚拟机没有中断，2）虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器，3）虚拟机为进程或模块提供了功能较强的指令系统。虚拟机具有的特性机制与策略分离(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：调度机制与调度策略的分离 机制与策略分离的原则：(1)机制由OS实现，策略留给用户完成；(2)机制放在底层，策略放在高层；(3)机制集中在少数模块，策略拟散布在多处。1.4.2 操作系统的运行模型v操作系统本身是一组程序，也在处理器上运行，那么，操作系统程序是否组织成进程?它是如何控制的、怎样执行的呢?它在什么模式下运行呢?v从操作系统的运行方式来看，可分成：1)非进程内核模型、2)OS功能(函数)在用户进程内执行的模型、3)OS功能(函数)作为进程执行的模型。操作系统的运行模型(1)1 1）非进程内核模型）非进程内核模型应用进程应用进程内核应用进程核心态用户态操作系统运行模型(2)2 2）OSOS功能在用户进程内执行的模型功能在用户进程内执行的模型核心态用户态内核函数内核函数内核函数应用进程应用进程进程切换函数应用进程操作系统的运行模型(3)3 3）OSOS功能作为独立进程执行的模型功能作为独立进程执行的模型微内核（进程切换函数）应用进程OS函数用户态核心态应用进程OS函数应用进程OS函数Windows2000/XP客户客户/服务器结构服务器结构(1)(1)结构简框 系统进程服务进程应用程序环境子系统 子系统动态链接库用户态核心态 执行体 核心 设备驱动程序 硬件抽象层图形引擎Windows2000/XP客户/服务器结构(2)系统线程NTDLL.DLLService.exeRPCSpooler事件日志服务进程任务管理器IE浏览器用户程序子系统DLL应用程序POSIXOS2WIN32环境子系统服务管理器安全验证Win登录会话管理器系统进程核心态用户态Win32 UserGDI图形驱动器硬件抽象层(HAL)设备驱动程序内核对象管理器核心态可调用接口(执行程序API)系统服务调度进程I/O管理器文件缓存管理 进程线 程管理安全访问监视虚存管理局部过程调用注册表配置管理器电源管理器即插即用管理硬件接口（总线、I/O、时钟、计时器、中断、DMA、CACHE控制器）