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

1、徐小龍/WindowsUNIXMac OSOpenStackAndroidLinux操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計本講內(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)計的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。整體式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 主要設(shè)計思想主要設(shè)計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模塊具有一定獨立功能，多個模塊協(xié)作完成某個功能各模塊分別設(shè)計、編碼、調(diào)試所有模塊連結(jié)成一個完整的系統(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現(xiàn)，系統(tǒng)效率較高設(shè)計及編碼可齊頭并進(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、存儲管理、文件管理、存儲管理、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)動設(shè)備驅(qū)動 計算機硬

4、件計算機硬件核心態(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)核由模塊組成每個模塊可以單獨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)虛擬機結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 虛擬化是計算機資源的抽象方法虛擬機是通過軟件模擬的、運行在隔離環(huán)境中的計算機系統(tǒng)實體計算機中能夠完成的工作在虛擬機中都能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬機結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng) 在裸機上層層擴展軟件

5、可采用層次化結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法來實現(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)分成兩大部分運行在用戶態(tài)用戶態(tài)并以客戶/服務(wù)器方式活動的進(jìn)程運行在核心態(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立的進(jìn)程進(jìn)程，每一個進(jìn)程實現(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。客戶進(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，可獨立更換任一模塊而不會影響其它模塊，從而方便第三方設(shè)計、開發(fā)各個模塊未被使用的模塊功能不必運行，大幅度減少系統(tǒng)的內(nèi)存需求增強可移植性，移植時主要對微內(nèi)核部分進(jìn)行修改即可，減輕移植工作量。 微內(nèi)核結(jié)