全書(shū)教學(xué)課件：操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用(Windows-Server-2008)

操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用（WindowsServer2008)課件1.1.1什么是操作系統(tǒng)1.1.2操作系統(tǒng)的地位1.1.3操作系統(tǒng)的功能1.1操作系統(tǒng)概述

返回上級(jí)目錄1.1.1什么是操作系統(tǒng)

我們都知道，一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件組成，系統(tǒng)硬件包括中央處理器（CPU）、內(nèi)部存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等，系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、各種語(yǔ)言處理程序、系統(tǒng)實(shí)用程序等。一臺(tái)沒(méi)有任何軟件支持的計(jì)算機(jī)稱(chēng)之為裸機(jī)，用戶(hù)直接使用裸機(jī)來(lái)編制和運(yùn)行程序是相當(dāng)困難的，幾乎是不可能的。必須有計(jì)算機(jī)廠商提供的系統(tǒng)軟件的支持，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)才能為用戶(hù)程序提供一個(gè)良好的編制與運(yùn)行環(huán)境。因此，實(shí)際呈現(xiàn)在用戶(hù)面前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已是經(jīng)過(guò)若干層次軟件改造的計(jì)算機(jī)。操作系統(tǒng)是直接控制和管理計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的最基本的系統(tǒng)軟件，用以方便用戶(hù)充分、有效地利用資源并增強(qiáng)整個(gè)計(jì)算機(jī)的處理能力。

如圖1.1所示，可把整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，按功能上劃分為四個(gè)層次，即硬件、系統(tǒng)實(shí)用軟件和應(yīng)用軟件。這四個(gè)層次表現(xiàn)為一種單向服務(wù)關(guān)系，即外層可以使用內(nèi)層提供的服務(wù)，反之則不行。

圖1.11.1.2操作系統(tǒng)的地位

系統(tǒng)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，操作系統(tǒng)及其他軟件最終還是要以機(jī)器指令來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和控制各種硬件資源。硬件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)也在不斷地改進(jìn)。目前大、中、小型計(jì)算機(jī)經(jīng)常采用的一種硬件系統(tǒng)組織方式是以主存為中心，CPU和I/O系統(tǒng)充分地并行工作，并且通過(guò)這個(gè)雙端口的主存相互通信。I/O通道實(shí)際上是一臺(tái)專(zhuān)用的I/O處理機(jī)，它接收CPU的委托，獨(dú)立地執(zhí)行自己的通道程序，以字節(jié)多路通道、組成多路通道和選擇通道分別控制低速、中速和高速外圍設(shè)備的工作。I/O通道使CPU擺脫了對(duì)各種I/O設(shè)備的繁雜控制，而且還可使各種外圍設(shè)備之間并行工作。即這種大、中、小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是以CPU和I/O系統(tǒng)之間以及各I/O設(shè)備之間盡可能地并行工作來(lái)組織硬件系統(tǒng),以換取更高的性能/價(jià)格比的。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)普遍采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，以使擴(kuò)充靈活、維護(hù)方便。CPU通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)（含地址、數(shù)據(jù)和控制信息）與存儲(chǔ)器、Ｉ/O接口相連，各種外圍設(shè)備通過(guò)Ｉ/O接口掛接到系統(tǒng)總線(xiàn)上。例如，IBMPC和PC/XT微型計(jì)算機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)PC總線(xiàn)（62引腳）支持8位數(shù)據(jù)傳輸和20位地址，IBMPC/AT微型計(jì)算機(jī)使用的擴(kuò)展PC總線(xiàn)（62＋36引腳）支持16位數(shù)據(jù)傳輸和24位地址在IBMPC系統(tǒng)微機(jī)中，是將接口控制卡（適配器卡）插入機(jī)箱內(nèi)的“Ｉ/Ｏ擴(kuò)展槽”與系統(tǒng)總線(xiàn)連接，Ｉ/Ｏ擴(kuò)展槽也稱(chēng)為Ｉ/Ｏ通道，但它實(shí)際上只是系統(tǒng)總線(xiàn)的延伸。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中，包圍著系統(tǒng)硬件的一層就是操作系統(tǒng)（OperatingSystem,簡(jiǎn)寫(xiě)為ＯＳ）。它是最基本的系統(tǒng)軟件，控制和管理著系統(tǒng)硬件（處理機(jī)、內(nèi)存和外圍設(shè)備），向上層的實(shí)用程序和用戶(hù)應(yīng)用程序提供一個(gè)屏蔽硬件工作細(xì)節(jié)的良好使用環(huán)境。即正是操作系統(tǒng)把一個(gè)裸機(jī)變成了一個(gè)可“操作”的、方便靈活的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。另一方面，因?yàn)橛?jì)算機(jī)中的程序數(shù)據(jù)大多以文件形式存放在外存儲(chǔ)器中，而構(gòu)成文件系統(tǒng)，接受操作系統(tǒng)的管理。所以，盡管操作系統(tǒng)處于系統(tǒng)軟件的最低層，但卻是其他所有軟件的管理者。我們看到，操作系統(tǒng)層在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中是特殊的、極為重要的一層，它不僅接受硬件層提供的服務(wù)并向上層的系統(tǒng)實(shí)用軟件層、應(yīng)用軟件層提供服務(wù)，而且還管理著全系統(tǒng)的硬件和軟件資源。系統(tǒng)實(shí)用軟件層由一組系統(tǒng)實(shí)用程序(utility)組成，如語(yǔ)言編譯程序(compiler)、文本編輯程序(texteditor)、調(diào)試程序(debuggingutility)、連接程序(linker)和系統(tǒng)維護(hù)程序(maintenanceprogram)等。系統(tǒng)實(shí)用程序的功能是為應(yīng)用軟件以及用戶(hù)加工自己的程序和數(shù)據(jù)提供服務(wù)，并為管理員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)提供手段。例如:Microsoft32位Windows操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)是32位內(nèi)核，由內(nèi)核進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)度和內(nèi)存管理。另外由于32位操作系統(tǒng)支持32位設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，因此操作系統(tǒng)和設(shè)備間的通信就更為迅速。32位Windows操作系統(tǒng)的其他許多特性來(lái)源于它對(duì)Win32API的支持。這個(gè)API集合只能由32位內(nèi)核系統(tǒng)，如WindowsNT和Windows95/98方能完全實(shí)現(xiàn)。使用Win32API的好處是支持長(zhǎng)文件名，可安裝32位文件系統(tǒng)，并能更好地管理系統(tǒng)資源。應(yīng)用軟件層中的各類(lèi)軟件，如數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、事務(wù)處理系統(tǒng)等等。

1.1.3操作系統(tǒng)的功能

前面我們從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)，討論了操作系統(tǒng)這個(gè)最基本的系統(tǒng)軟件與系統(tǒng)硬件以及上層的系統(tǒng)實(shí)用軟件、應(yīng)用軟件的關(guān)系。現(xiàn)在再?gòu)馁Y源管理的觀點(diǎn)，進(jìn)一步看看操作系統(tǒng)應(yīng)具備哪些功能。

引入操作系統(tǒng)的目的有如下兩方面:

（1）操作系統(tǒng)要方便用戶(hù)使用。一個(gè)好的操作系統(tǒng)應(yīng)給用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)提供一個(gè)良好的界面,使用戶(hù)不必了解硬件和系統(tǒng)軟件的細(xì)節(jié)就可方便地使用計(jì)算機(jī)。這里的“用戶(hù)”是一個(gè)廣義的概念,不僅包括系統(tǒng)的一般用戶(hù)、系統(tǒng)管理員，還應(yīng)包括系統(tǒng)實(shí)用軟件的設(shè)計(jì)者。（2）操作系統(tǒng)應(yīng)最大限度地發(fā)揮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的使用效率。這里的系統(tǒng)資源既包括CPU、內(nèi)存、外圍設(shè)備等硬件資源，也包括程序和數(shù)據(jù)等軟件資源（亦稱(chēng)信息資源）。應(yīng)合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，使這些硬、軟件資源為多個(gè)用戶(hù)所共享。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，操作系統(tǒng)通常具備以下五個(gè)方面的功能。1.進(jìn)程管理

進(jìn)程管理主要是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行管理。CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最寶貴的硬件資源。為了提高它的利用率，采用了多道程序技術(shù)。如果一個(gè)程序因等待某一條件而不能運(yùn)行下去時(shí)，就把處理機(jī)占用權(quán)轉(zhuǎn)交給另一個(gè)可運(yùn)行的程序?；蛘叱霈F(xiàn)了一個(gè)比當(dāng)前運(yùn)行的程序更重要的可運(yùn)行的程序時(shí)，后者應(yīng)能搶占CPU。為了描述多道程序的并發(fā)執(zhí)行，就要引入進(jìn)程的概念。通過(guò)進(jìn)程管理協(xié)調(diào)多道程序之間的關(guān)系，以使CPU資源得到最充分的利用。2.存儲(chǔ)管理

內(nèi)存（又稱(chēng)主存）是另一寶貴的硬件資源。雖然RAM芯片的集成度不斷地提高、價(jià)格不斷地下降，但需求量大，內(nèi)存整體的價(jià)格仍較昂貴，而且受CPU靈址能力的限制，內(nèi)存的容量也有限。因此，當(dāng)多個(gè)程序共享有限的內(nèi)存資源時(shí)，如何為它們分配內(nèi)存空間，使它們既彼此隔離、互不侵?jǐn)_，又能保證在一定條件下調(diào)用，尤其是當(dāng)內(nèi)存不夠用時(shí)，如何把當(dāng)前未運(yùn)行的程序及數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)出內(nèi)存，要運(yùn)行時(shí)再?gòu)耐獯嬲{(diào)入內(nèi)存等等，都是存儲(chǔ)管理的任務(wù)。3.設(shè)備管理

設(shè)備管理是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除了CPU和內(nèi)存以外的所有輸入、輸出設(shè)備的管理。除了進(jìn)行實(shí)際Ｉ/O操作的設(shè)備外，還包括諸如設(shè)備控制器、DMA控制器、通道等支持設(shè)備。外圍設(shè)備的種類(lèi)繁多。功能差異很大。這樣，設(shè)備管理的首要任務(wù)是為這些設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)程序或控制程序，以使用戶(hù)不必詳細(xì)了解設(shè)備及接口的技術(shù)細(xì)節(jié)，就可方便地對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行操作。另一任務(wù)就是利用中斷技術(shù)，DMA技術(shù)和通道技術(shù)，使外圍設(shè)備盡可能與CPU并行工作，以提高設(shè)備的使用效率并提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。4.文件管理

程序和數(shù)據(jù)以文件形式存放在外存儲(chǔ)器（如磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶）中，需要時(shí)在把它們裝入內(nèi)存。文件包括的范圍很廣，例如用戶(hù)作業(yè)、源程序、目標(biāo)程序、初始數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)等等，而且各種系統(tǒng)軟件甚至操作系統(tǒng)本身也是文件。因此，文件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中除CPU、內(nèi)存，外圍設(shè)備以外的另一類(lèi)資源即軟件資源。有效的組織、存儲(chǔ)、保護(hù)文件，以使用戶(hù)方便、安全地訪(fǎng)問(wèn)它們，是操作系統(tǒng)文件管理的任務(wù)。對(duì)上述四種資源的管理，其彼此之間并非是完全獨(dú)立的它們之間存在著相互依賴(lài)的關(guān)系。對(duì)每一種資源的管理，操作系統(tǒng)都要做到：記錄資源的使用情況；以某種策略分配資源；回收資源。操作系統(tǒng)常借助于一些表、隊(duì)列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)施管理功能。除了上述四功能之外，操作系統(tǒng)還應(yīng)該向用戶(hù)直接提供使用它自己的手段，這就是操作系統(tǒng)的作業(yè)管理功能。5.作業(yè)管理

所謂作業(yè),就是用戶(hù)在一次算題過(guò)程中,或一次事物處理中,要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所做工作的集合。例如，我們用FORTRAN語(yǔ)言編制了一個(gè)算題程序，那么要經(jīng)過(guò)下列步驟：把源程序讀入系統(tǒng)，對(duì)源程序進(jìn)行編譯，運(yùn)行目標(biāo)程序，打印輸出結(jié)果。上述每一步驟稱(chēng)為作業(yè)步，它們的總和完成了一個(gè)作業(yè)。用戶(hù)應(yīng)該如何向系統(tǒng)提交作業(yè)，操作系統(tǒng)應(yīng)該如何組織和調(diào)度它們的運(yùn)行來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率？這就是作業(yè)管理的任務(wù)。以系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)和資源管理兩個(gè)角度考察操作系統(tǒng)后，我們可以較完整地了解什么是操作系統(tǒng)了。

中和上述我們給出了操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)是一種管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源（軟、硬件），控制系統(tǒng)工作流程，方便用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件。1.2操作系統(tǒng)分類(lèi)

不同的硬件結(jié)構(gòu)，尤其是不同的應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)有不同類(lèi)型的操作系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)不同的追求目標(biāo)。通常，將操作系統(tǒng)分成如下三類(lèi)：批處理系統(tǒng)(BatchProcessingSystem)

分時(shí)系統(tǒng)(Time-sharingSystem)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real-timeSystem)

1.2.1批處理系統(tǒng)1.2.2分時(shí)系統(tǒng)1.2.3實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.4網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.2.5通用操作系統(tǒng)1.2.1批處理系統(tǒng)

批處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提高系統(tǒng)資源的使用效率和作業(yè)吞吐量(單位時(shí)間里處理作業(yè)的個(gè)數(shù))。這類(lèi)操作系統(tǒng)要求用戶(hù)使用系統(tǒng)提供的作業(yè)控制語(yǔ)言，來(lái)描述自己對(duì)作業(yè)運(yùn)行的控制意圖，并將這些控制信息連同自己的程序和數(shù)據(jù)一起作為一個(gè)作業(yè)提交給操作員。操作員啟動(dòng)有關(guān)程序?qū)⒁慌鳂I(yè)輸入到計(jì)算機(jī)外存，由操作系統(tǒng)去控制、調(diào)試各作業(yè)的運(yùn)行并輸出結(jié)果。由于作業(yè)進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)后，用戶(hù)不再對(duì)作業(yè)的運(yùn)行進(jìn)行人工干預(yù)，從而提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。早期的批處理系統(tǒng)是單道的，一個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存后要直到正常運(yùn)行結(jié)束或因某種原因運(yùn)行不下去而中途退出后，系統(tǒng)才去調(diào)入下一個(gè)作業(yè)。作業(yè)總是一個(gè)地順序運(yùn)行，當(dāng)一個(gè)作業(yè)運(yùn)行時(shí)它便獨(dú)占了全機(jī)所有資源。顯然，盡管這種單道批處理系統(tǒng)減少了作業(yè)交接時(shí)的機(jī)時(shí)浪費(fèi)，但整個(gè)系統(tǒng)資源利用率和運(yùn)行效率還是很低的。其主要原因是處理機(jī)和輸入/輸出設(shè)備的串行工作方式，當(dāng)作業(yè)進(jìn)行輸入/輸出操作時(shí)處理機(jī)在空閑著，等待輸入/輸出操作的完成，這就浪費(fèi)了大量的處理機(jī)時(shí)間。為提高處理機(jī)資源的利用率，應(yīng)盡可能地使處理機(jī)與輸入/輸出設(shè)備并行工作，這樣便相應(yīng)地出了多道技術(shù)。多道（multiprpgramming）是指在內(nèi)存中同時(shí)存放若干道用戶(hù)作業(yè)允許這些作業(yè)在系統(tǒng)中交替地運(yùn)行。如果這些作業(yè)搭配得合理，就能使處理機(jī)與輸入/輸出設(shè)備高度并行工作，當(dāng)然，這還需要道和中斷機(jī)構(gòu)等硬件的支持。多道技術(shù)看似簡(jiǎn)單，實(shí)踐起來(lái)并不容易，如何使內(nèi)存中的多道作業(yè)有條不

地運(yùn)行，如何為它們分配資源，這促進(jìn)了操作系統(tǒng)的重大進(jìn)步。將多道技術(shù)引入批處理系統(tǒng)，就成為一個(gè)多道批處理系統(tǒng)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)上的批處理系統(tǒng)，差不多是多道批處理系統(tǒng)。其工作流程大致如下：各用戶(hù)使用操作系統(tǒng)提供的作業(yè)控制語(yǔ)言，描述作業(yè)運(yùn)行時(shí)的控制意圖以及對(duì)資源的需求，然后將程序、數(shù)據(jù)以及這些信息一并交給操作員；操作員可隨時(shí)把一批批作業(yè)交給系統(tǒng)。在外存中存放在量后備作業(yè)，系統(tǒng)根據(jù)一定的原則從后備作業(yè)中選擇搭配合理的若干作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。搭配合理主要是指作業(yè)的選擇既能充分利用系統(tǒng)各類(lèi)資源又能滿(mǎn)足不同用戶(hù)的響應(yīng)時(shí)間要求。在內(nèi)存中的作業(yè)按多道方式組織它們的運(yùn)行。單道程序技術(shù)和多道程序系統(tǒng)的對(duì)比圖

例如：某個(gè)作業(yè)因等待輸入輸出操作的完成而暫時(shí)不能繼續(xù)運(yùn)行下去時(shí)，系統(tǒng)就使另一作業(yè)投入運(yùn)行。這樣，內(nèi)存中的多個(gè)作業(yè)交替運(yùn)行，某個(gè)作業(yè)運(yùn)行完畢，系統(tǒng)輸出它的運(yùn)行結(jié)果并回收分配給它的資源，系統(tǒng)再?gòu)耐獯嬷姓{(diào)入另一個(gè)作業(yè)。作業(yè)不斷地流入系統(tǒng)，形成一個(gè)不斷的作業(yè)流。這樣的系統(tǒng)，系統(tǒng)資源利用率高，作業(yè)吞吐量大。

批處理系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是用戶(hù)使用不太方便。用戶(hù)把作業(yè)提交給系統(tǒng)后，無(wú)法對(duì)作業(yè)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的意外情況進(jìn)行干預(yù)，于是可能是程序中一個(gè)很小的錯(cuò)誤就導(dǎo)致了它無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。這種情況特別不利于程序的調(diào)試。1.2.2分時(shí)系統(tǒng)

一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接多個(gè)終端，用戶(hù)通過(guò)各自的終端把作業(yè)送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)又通過(guò)終端向各用戶(hù)報(bào)告其作業(yè)的運(yùn)行情況。這種計(jì)算機(jī)分時(shí)輪流地為各終端用戶(hù)服務(wù)并能及時(shí)地對(duì)用戶(hù)服務(wù)請(qǐng)求予以響應(yīng)，這就構(gòu)成了分時(shí)系統(tǒng)。

分時(shí)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是它和多個(gè)終端用戶(hù)的交互會(huì)話(huà)工作方式，方便了用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)并可大大加快程序的調(diào)試過(guò)程。因此，分時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是對(duì)用戶(hù)請(qǐng)求的及時(shí)響應(yīng)，并在可能條件下盡量提高系統(tǒng)資源的利用率。分時(shí)操作系統(tǒng)

分時(shí)概念并不陌生。例如，硬件設(shè)計(jì)技術(shù)中的I/O通道與CPU分時(shí)使用內(nèi)存；又如，多道程序技術(shù)中的多道程序分時(shí)共享硬、軟件資源。分時(shí)系統(tǒng)中的分時(shí)則不然，它是把CPU的運(yùn)行時(shí)間劃分成一個(gè)個(gè)長(zhǎng)短相等（或基本相等）的時(shí)間片，并把這些時(shí)間片依次輪流地分配給各終端用戶(hù)程序。系統(tǒng)中的終端數(shù)目是有限的，只要時(shí)間片的長(zhǎng)短確定得適當(dāng)，那么一個(gè)終端用戶(hù)程序從放棄CPU到下次再得到CPU，只需經(jīng)過(guò)不太長(zhǎng)的而且可確定的一段時(shí)間（例如2～3s）。多道批處理系統(tǒng)中，用戶(hù)無(wú)法干預(yù)程序的運(yùn)行，其中一個(gè)原因就是用戶(hù)不知道系統(tǒng)何時(shí)把他的程序投入運(yùn)行，在分時(shí)系統(tǒng)中，用戶(hù)程序從微觀上看是“走走停?！保珡暮暧^上看卻總是在“走”，用戶(hù)的任何干預(yù)總能在2～3s時(shí)間內(nèi)得到及時(shí)響應(yīng)。用戶(hù)的感覺(jué)好像是一臺(tái)CPU速度變慢的計(jì)算機(jī)在專(zhuān)門(mén)為他服務(wù)。

不難看出，分時(shí)系統(tǒng)的基本特征是：

(1)

同時(shí)性。若干個(gè)用戶(hù)同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)。微觀上看是各用戶(hù)輪流使用計(jì)算機(jī)；宏觀上看是各用戶(hù)在并行工作。

(2)

獨(dú)立性。用戶(hù)之間可以相互獨(dú)立操作，互不干涉；系統(tǒng)保證各用戶(hù)程序運(yùn)行的完整性，不會(huì)發(fā)生相互混淆或破壞現(xiàn)象。

(3)

及時(shí)性。系統(tǒng)可對(duì)用戶(hù)的輸入及時(shí)作出響應(yīng)。分時(shí)系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)之一是響應(yīng)時(shí)間，是指從終端發(fā)出命令到系統(tǒng)予以應(yīng)答所需的時(shí)間。(4)交互性。用戶(hù)可根據(jù)系統(tǒng)對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)結(jié)果，進(jìn)一步向系統(tǒng)提出新的請(qǐng)求。這種能使用戶(hù)與系統(tǒng)進(jìn)行人一機(jī)對(duì)話(huà)的工作方式，明顯得有別于批處理系統(tǒng)，因而分時(shí)系統(tǒng)又被稱(chēng)交互系統(tǒng)。

IBM公司于1968年推出的SS/360也是一個(gè)成功的分時(shí)系統(tǒng)。目前廣為流行的UNIX系統(tǒng)也是一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)，但它是每隔一秒就產(chǎn)生一次時(shí)鐘中斷來(lái)重新計(jì)算所有進(jìn)程的優(yōu)先數(shù)，按動(dòng)態(tài)優(yōu)先數(shù)來(lái)分配CPU,而不是采用固定時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法。1.2.3實(shí)時(shí)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境是需要對(duì)外部事件及時(shí)響應(yīng)并處理的那些場(chǎng)合.實(shí)時(shí)系統(tǒng)可分成兩類(lèi):(1)

實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。把計(jì)算機(jī)用于飛機(jī)飛行、導(dǎo)彈發(fā)射等的自動(dòng)控制時(shí)，要求計(jì)算機(jī)能盡快處理測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)，及時(shí)地對(duì)飛機(jī)或?qū)椷M(jìn)行控制，或?qū)⒂嘘P(guān)信息通過(guò)顯示終端提供給決策人員。把計(jì)算機(jī)用于軋鋼、石化、機(jī)加工等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制時(shí)，也要求計(jì)算機(jī)能及時(shí)處理由各類(lèi)傳感器送來(lái)的數(shù)據(jù)，然后控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

(2)

實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。把計(jì)算機(jī)用于預(yù)定飛機(jī)票、查詢(xún)有關(guān)航班、航線(xiàn)、票價(jià)等事宜時(shí)，或把計(jì)算機(jī)用于銀行系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)時(shí)，都要求計(jì)算機(jī)能對(duì)終端設(shè)備發(fā)來(lái)的服務(wù)請(qǐng)求及時(shí)予以正確的回答。實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)時(shí)響應(yīng)及處理的能力和高可靠性。對(duì)系統(tǒng)資源利用率，實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求不高，甚至為保證高可靠性而在硬件上采用冗余措施。實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)有何不同？(1)

無(wú)論批處理系統(tǒng)還是分時(shí)系統(tǒng),都是屬于處理用戶(hù)作業(yè)的通用系統(tǒng),系統(tǒng)本身只起管理、調(diào)度、服務(wù)的作用。而許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)則是為某種應(yīng)用而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用系統(tǒng)，系統(tǒng)本身就包含有實(shí)時(shí)控制過(guò)程或?qū)崟r(shí)信息處理的專(zhuān)用程序。有些實(shí)時(shí)系統(tǒng)也有一定范圍內(nèi)的通用性，但應(yīng)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)生成能力，以便根據(jù)需要來(lái)剪裁或貼補(bǔ)系統(tǒng)功能，與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境相適應(yīng)。(2)

分時(shí)系統(tǒng)也要求及時(shí)響應(yīng)，但那是以人所能接受的等待時(shí)間來(lái)定，一般為2～3s，稍長(zhǎng)、稍短一些都不會(huì)帶來(lái)“災(zāi)難性”后果。而實(shí)時(shí)系統(tǒng)則不然，及時(shí)響應(yīng)要求是以具體的控制過(guò)程或信息處理過(guò)程所能接受的延遲時(shí)間來(lái)定。對(duì)于某些實(shí)時(shí)控制過(guò)程，及時(shí)響應(yīng)要求的時(shí)間可達(dá)毫秒甚至微秒數(shù)量級(jí)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)，特別是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，應(yīng)具備強(qiáng)有力的中斷機(jī)制、實(shí)時(shí)鐘管理機(jī)制和快速的任務(wù)切換機(jī)制。

(3)

在一些實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)，如民航訂票系統(tǒng)中也有多個(gè)終端用戶(hù)的問(wèn)題。但與分時(shí)系統(tǒng)中的多終端用戶(hù)相比，其與系統(tǒng)的交互作用要受到限制。實(shí)時(shí)系統(tǒng)僅允許終端操作員訪(fǎng)問(wèn)有限的專(zhuān)用程序，而不能編寫(xiě)程序或修改已存程序。(4)

可靠性對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)至關(guān)重高要。實(shí)時(shí)系統(tǒng)常采用雙工體制，即兩臺(tái)完全相同的計(jì)算機(jī)，一臺(tái)作為值班一臺(tái)作為后備機(jī)，兩機(jī)并行運(yùn)行，任一時(shí)刻都有著完全相同的CPU現(xiàn)場(chǎng)，一但值班機(jī)發(fā)生故障，后備機(jī)立即切入。操作系統(tǒng)軟件也要特別可靠，并應(yīng)具備某種防護(hù)機(jī)構(gòu)來(lái)保證任務(wù)過(guò)載時(shí)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。與批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)相比，實(shí)時(shí)系統(tǒng)的資源利用率一般較低。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征及時(shí)性：對(duì)用戶(hù)的請(qǐng)求或外部事件處理必須在指定時(shí)間內(nèi)完成。過(guò)載保護(hù)：緩沖區(qū)排隊(duì)，丟棄某些任務(wù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)周期；過(guò)載是指進(jìn)入系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)目超出系統(tǒng)的處理能力。高度可靠性和安全性：容錯(cuò)能力（如故障自動(dòng)復(fù)位）和冗余備份（雙機(jī)，關(guān)鍵部件）；專(zhuān)用性：它與應(yīng)用程序以及外界環(huán)境關(guān)系密切。專(zhuān)用系統(tǒng)：許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)是專(zhuān)用系統(tǒng)，而批處理與分時(shí)系統(tǒng)通常是通用系統(tǒng)。實(shí)時(shí)控制：實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制實(shí)時(shí)過(guò)程，要求對(duì)外部事件的迅速響應(yīng)，具有較強(qiáng)的中斷處理機(jī)構(gòu)。高可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制重要過(guò)程，要求高度可靠，具有較高冗余。如雙機(jī)系統(tǒng)。交互性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)的工作方式使得交互性受到限制?？膳c通用系統(tǒng)結(jié)合成通用實(shí)時(shí)系統(tǒng)：實(shí)時(shí)處理前臺(tái)作業(yè)，批處理為后臺(tái)作業(yè)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別1.2.4網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

將地理位置不同、具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)通信設(shè)備和通信線(xiàn)路連接起來(lái)，在功能完善的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換方式、控制程序和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）的支持下，以實(shí)現(xiàn)更加廣泛的硬件資源、軟件資源的共享，這就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。單機(jī)操作系統(tǒng)是封閉的，而網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)恰恰相反，它是開(kāi)放系統(tǒng)。因?yàn)橹挥小伴_(kāi)放”，才適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中多用戶(hù)之間的交往和全網(wǎng)資源的共享。一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)入網(wǎng)后，不但大大擴(kuò)大了本機(jī)用戶(hù)的可用資源范圍，同時(shí)也使該機(jī)的用戶(hù)范圍從本機(jī)用戶(hù)擴(kuò)大到全網(wǎng)用戶(hù)。這就要求網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下操作系統(tǒng)，既要為本機(jī)用戶(hù)提供有效地使用網(wǎng)絡(luò)資源的手段，又要為網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)使用本機(jī)資源提供服務(wù)。因此，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)除了應(yīng)具有單機(jī)操作系統(tǒng)的功能之外，還應(yīng)有網(wǎng)絡(luò)管理模塊，其主要功能是支持網(wǎng)絡(luò)通信和提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

依網(wǎng)絡(luò)作用的地理范圍不同，可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分成兩大類(lèi)：廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。廣域網(wǎng)的地理范圍從幾百公里到幾千公里，甚至上萬(wàn)公里，可以覆蓋一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國(guó)家，甚至跨洲。局域網(wǎng)的地理范圍是幾公里到幾十公里，一個(gè)企業(yè)或一個(gè)大學(xué)內(nèi)都可組建局域網(wǎng)。廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)是一個(gè)相對(duì)概念。局域網(wǎng)的系統(tǒng)軟件，通常由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及協(xié)議軟件、網(wǎng)絡(luò)通信軟件和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)三部分組成。局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的高層協(xié)議，其主要功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)共享資源的管理。1.2.5通用操作系統(tǒng)

上面介紹的批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的三種基本類(lèi)型.如果一個(gè)系統(tǒng)兼有批量處理、分時(shí)處理和實(shí)時(shí)三者，那就形成了通用操作系統(tǒng)。例如，把批處理與分時(shí)處理相結(jié)合，系統(tǒng)有分時(shí)用戶(hù)時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)對(duì)他們的請(qǐng)求作出響應(yīng)，而當(dāng)系統(tǒng)暫時(shí)沒(méi)有分時(shí)用戶(hù)或用戶(hù)較少時(shí)，就可利用一些空閑的時(shí)間片去處理無(wú)需及時(shí)響應(yīng)的批作業(yè)。類(lèi)似地，也可把批處理與實(shí)時(shí)處理相結(jié)合，有實(shí)時(shí)請(qǐng)求時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，沒(méi)有實(shí)時(shí)請(qǐng)求時(shí)運(yùn)行批作業(yè)。這都可提高系統(tǒng)資源的利用率。

在通用操作系統(tǒng)中，往往把批處理作業(yè)作為后臺(tái)（background）,而需要及時(shí)響應(yīng)的用戶(hù)作業(yè)作為前臺(tái)（foreground）。前、后臺(tái)作業(yè)的區(qū)別在于：只有前臺(tái)作業(yè)不需要使用處理機(jī)，后臺(tái)作業(yè)才能得處理機(jī)的控制權(quán)；一旦前臺(tái)作業(yè)可以開(kāi)始工作時(shí)，后臺(tái)作業(yè)要立即讓出處理機(jī)。如UNIX、MicrosoftWindowsNT、Windows95/98等。衡量一個(gè)操作系統(tǒng)性能時(shí)，常采用如下一些指標(biāo)：

（1）系統(tǒng)的RAS。RAS是可靠性、可維護(hù)性和可用性三者的總稱(chēng)；

（2）系統(tǒng)的吞吐率；

（3）系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間

（4）系統(tǒng)資源利用率；

（5）可移植性，即把一個(gè)操作系統(tǒng)從一種硬件環(huán)境移植到另一種硬件環(huán)境所需要的工作量。

至于操作系統(tǒng)是否方便用戶(hù)使用，有無(wú)良好的用戶(hù)界面，是無(wú)法定量評(píng)判，但這卻是操作系統(tǒng)性能優(yōu)劣的一個(gè)重要方面1.3微機(jī)操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展1.3.1MS-DOS操作系統(tǒng)1.3.2微機(jī)多任務(wù)操作系統(tǒng)1.3.3Windows操作系統(tǒng)1.3.4UNIX操作系統(tǒng)

1.3.1.MS-DOS操作系統(tǒng)

MS-DOS是美國(guó)微軟公司(Microsoft)的產(chǎn)品，主設(shè)計(jì)人是TimPaterson。IBM公司與Microsoft公司簽定協(xié)議，使用MS-DOS作為IBM個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的操作系統(tǒng)，并更名為PC-DOS。于是，除系統(tǒng)文件名稱(chēng)有些不同外，PC-DOS與MS-DOS沒(méi)有什么不同。進(jìn)入90年代，兩公司在發(fā)展策略上出現(xiàn)分歧，只有MS-DOS5.0版。最后Microsoft公司又推出6.0、6.2版。1.3.2.微機(jī)多任務(wù)操作系統(tǒng)

在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序的能力，十年前還只是大、中、小型計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)才具備的。而今，隨著高檔微機(jī)的涌現(xiàn)，具備多任務(wù)能力的微機(jī)操作系統(tǒng)受到廣大用戶(hù)的歡迎。圖形用戶(hù)界面（GUI）、多任務(wù)能力是當(dāng)今微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，已推出十幾種微型機(jī)多任務(wù)操作系統(tǒng)。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)它們可分成內(nèi)在式(built-in)和貼附式(bolt-on)兩類(lèi)。內(nèi)在式是指操作系統(tǒng)開(kāi)始設(shè)計(jì)就把多任務(wù)功能構(gòu)筑其中，如UNIX操作系統(tǒng)。貼附式是指把多任務(wù)功能附加到一個(gè)單任務(wù)操作系統(tǒng)中而形成，如Microsoft的Windows就是在DOS基礎(chǔ)上加入多任務(wù)功能而構(gòu)成的多任務(wù)操作系統(tǒng)。按任務(wù)調(diào)度方式它們可分成先決式（preemptive)和協(xié)作式(cooperative)兩類(lèi)。

先決式是指由系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘來(lái)決定CPU由一個(gè)任務(wù)轉(zhuǎn)移去執(zhí)行另一個(gè)任務(wù)的時(shí)刻，轉(zhuǎn)移時(shí)刻是系統(tǒng)以某種分配策略預(yù)先確定的，應(yīng)用程序無(wú)權(quán)干預(yù)。于是，任務(wù)之間切換頻繁，切入切出需要保護(hù)和恢復(fù)的信息量大。OS/2和UNIX都是先決式多任務(wù)操作系統(tǒng)的例子。所謂協(xié)作式是指，幾個(gè)應(yīng)用程序聯(lián)合動(dòng)作，通過(guò)某種通信方式來(lái)分享CPU。于是，任務(wù)切換可選擇在安全、方便的時(shí)刻進(jìn)行，切換時(shí)需保存和恢復(fù)的信息量也少；但它常要依賴(lài)于任務(wù)主動(dòng)讓出CPU，遇到一個(gè)“貪婪”的程序不肯讓出的話(huà)，則多任務(wù)運(yùn)行將會(huì)失敗。Windows和Novell公司的Netware網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是以協(xié)作式來(lái)工作的。

1.3.3.Windows操作系統(tǒng)

MS-DOS提供的是一種以字符為基礎(chǔ)的用戶(hù)接口，不了解硬件和操作系統(tǒng)的話(huà)，便難以稱(chēng)心如意使用PC機(jī)。人們企望能把PC機(jī)變成一個(gè)更直觀、易學(xué)、好用的工具。Microsoft公司響應(yīng)千百萬(wàn)MS-DOS用戶(hù)的愿望，提供了一種圖形用戶(hù)界面（GUI）方式的新型操作系統(tǒng)，也就是Windows。Windows的早期版本有2.0版、2.1版和2.11版，并在1987年推出了386PC機(jī)專(zhuān)用的Windows/386。但是，直到1990年5月推出Windows3.0，1992年3月推出了Windows3.1版，1995年推出了Windows95版，1998年推出了Windows98版及Windowsserver2008。引起計(jì)算機(jī)界的強(qiáng)烈反響，使得計(jì)算機(jī)（特別是PC機(jī)）的操作方法和軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程產(chǎn)生了革命性的變化。Windows在PC系列微型機(jī)操作系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。

Windows9.X是一個(gè)圖形窗口操作環(huán)境軟件。它代替了DOS環(huán)境下的命令行操作方式，而代之以“對(duì)話(huà)”、“圖標(biāo)”、“菜單”等圖形畫(huà)面和符號(hào)的全新操作方式。它有如下特點(diǎn)。

(1)豐富多采的圖形操作界面，使PC機(jī)易于掌握和使用。

（2）支持多任務(wù)運(yùn)行，各任務(wù)之間即易于轉(zhuǎn)換，又可方便地交換信息。

（3）突破了DOS內(nèi)存640KB的限制，提供了實(shí)模式、標(biāo)準(zhǔn)模式、386增強(qiáng)模式等操作模式，提供了虛擬存儲(chǔ)管理能力。（4）提供了程序管理、文件管理、打印管理、控制面板等作方便的管理工具，可完成任務(wù)、文件、設(shè)備等的并行管理工作。

（5）提供了多種方便實(shí)用的工具軟件，包括：字處理程序，畫(huà)圖軟件，終端通信軟件、多媒體、網(wǎng)絡(luò)以及時(shí)鐘、日歷、計(jì)算器、卡片、便箋、記錄器等一套桌面辦公用具軟件。

Windows最重要的改進(jìn)之一是它使用的存儲(chǔ)管理方式與MS-DOS不同，Windows采取動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式。為了共存多個(gè)應(yīng)用程序，它對(duì)應(yīng)用程序以段為單位進(jìn)行管理。在內(nèi)存中保留程序運(yùn)行所必要的段，廢棄不使用的段。于是，為確保存儲(chǔ)器的連續(xù)，必須經(jīng)常進(jìn)行段的再配置。另外，重復(fù)啟動(dòng)同一應(yīng)用程序時(shí)，采取只保留個(gè)別數(shù)據(jù)段，而共用初始加載的代碼段，被廢棄的代碼段在以后需要時(shí)，再重新從外存加載。顯而易見(jiàn)，沒(méi)有足夠的內(nèi)參空間就要頻繁地進(jìn)行段的廢棄和重新裝入，程序運(yùn)行速度就會(huì)大大降低，再加上Windows本身占據(jù)的內(nèi)存也不少，因此，若想同時(shí)運(yùn)行幾個(gè)應(yīng)用程序，并且可對(duì)較大的文本文件進(jìn)行操作，Windows必須突破原內(nèi)

內(nèi)存只有640KB的限制，而能夠訪(fǎng)問(wèn)高檔PC機(jī)所提供的擴(kuò)充內(nèi)存（expandedmemory）和延伸內(nèi)存（extendedmemory）。

Windows9.x具備的多任務(wù)能力，基本上是協(xié)作式的，它使用協(xié)作方式為Windows應(yīng)用程序獲得較高效率和較佳的多任務(wù)控制。Windows具有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）功能。DDE是Windows應(yīng)用程序之間彼此通信的一種手段，以服務(wù)器客戶(hù)方式進(jìn)行通信。DLL是調(diào)用時(shí)加載于內(nèi)存的例行程序的庫(kù)文件，它可作為應(yīng)用程序的一部分來(lái)使用，改寫(xiě)DLL能擴(kuò)充應(yīng)用程序的功能，也能利用其他程序的DLL。用DDE和DLL，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)Windows應(yīng)用程序的協(xié)作運(yùn)行、聯(lián)合動(dòng)作。1.3.4.UNIX操作系統(tǒng)

UNIX是一個(gè)多用戶(hù)、多任務(wù)的分時(shí)操作系統(tǒng)。最早是由美國(guó)電話(huà)與電報(bào)公司（AT&T）貝爾實(shí)驗(yàn)室（BellLab）的KenThompson和DennisRitchie兩人在DEC的PDP-7機(jī)上開(kāi)始設(shè)計(jì)的。從1962年至今，它不斷地發(fā)展、演變并被廣泛地應(yīng)用于小型機(jī)、超級(jí)小型、大型機(jī)甚至超大型機(jī)，80年代以來(lái)又憑借其性能的完善和可移植性，在微型機(jī)上也日益流行起來(lái)。UNIX名揚(yáng)計(jì)算機(jī)界，眾多用戶(hù)爭(zhēng)先恐后地使用它。由于UNLX的巨大成功和它對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)所作的貢獻(xiàn)，兩位主設(shè)計(jì)人曾獲得國(guó)際計(jì)算機(jī)界的“諾貝爾獎(jiǎng)”——ACM的圖靈獎(jiǎng)。

UNIX系統(tǒng)在不太長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)取得很大成功的根本原因在于UNIX本身的性能和特點(diǎn)。正如圖靈獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)對(duì)UNIX的評(píng)價(jià)中指出的那樣。UNIX系統(tǒng)的成功在于它對(duì)一些關(guān)鍵思想所作的恰如其分的選擇和精悍的實(shí)現(xiàn)。UNIX系統(tǒng)關(guān)于程序設(shè)計(jì)的新的思想方法成了整整一代軟件設(shè)計(jì)師的楷模。UNIX的天才在于它為程序員提供了一種可以利用別人工作成果的機(jī)構(gòu)”。具體地說(shuō)，UNIX系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：（1）內(nèi)核的短小精悍，與核外程序的有機(jī)結(jié)合。UNIX系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分成兩大層：內(nèi)核和核外程序，即我們?cè)?.1節(jié)所提到的操作系統(tǒng)層和系統(tǒng)實(shí)用程序?qū)樱粌?nèi)核包括進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理和文件管理。UNIX系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)計(jì)得非常精巧，合理的取舍使之提供了最基本的服務(wù)。核外程序充分利用內(nèi)核的支持，向用戶(hù)提供大量的服務(wù)，甚至終端命令解釋程序也放在核外程序?qū)?。核外程序與普通的用戶(hù)程序被一樣看待，它們都作為文件保存在文件系統(tǒng)當(dāng)中。把常駐內(nèi)存的內(nèi)核與不必常駐內(nèi)存的核外

程序分開(kāi)而又有機(jī)地結(jié)合，不僅使核心不龐大繁雜，便于使用和維護(hù)，也使UNIX用戶(hù)能不斷把一些優(yōu)秀程序加到核外程序?qū)又腥ィ筓NIX系統(tǒng)便于擴(kuò)充。（2）

采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)。文件有普通文件、目錄文件、特殊文件之分。一個(gè)文件系統(tǒng)保持有一個(gè)根目錄，其下有若干文件和目錄，每個(gè)目錄下都可擁有若干文件和子目錄，等等。這樣的文件組織方式不僅便于文件進(jìn)行分類(lèi)和查找，而且容易實(shí)現(xiàn)文件的保護(hù)和保密。UNIX系統(tǒng)還允許用戶(hù)在自己的可裝卸的文件存儲(chǔ)設(shè)備上建立一個(gè)（子）文件系統(tǒng)，并把它連接到原有文件系統(tǒng)的某個(gè)未端節(jié)點(diǎn)上，從而成為一個(gè)子樹(shù)。當(dāng)用戶(hù)不用它時(shí)，還可把此（子）文件系統(tǒng)卸下來(lái)。

（3）把設(shè)備如同文件一樣看待。系統(tǒng)中所配置的每一種設(shè)備，包括磁盤(pán)、磁帶、終端、打印機(jī)、通信線(xiàn)路等等，UNIX都有一個(gè)特殊文件與之一一對(duì)應(yīng)。用戶(hù)可使用普通的文件操作手段。對(duì)設(shè)備進(jìn)行I/O操作。例如，用戶(hù)可用文件復(fù)制命令，把磁盤(pán)的某個(gè)文件內(nèi)容復(fù)制到打印機(jī)這一特殊文件上，從而有打印機(jī)輸出這個(gè)文件的內(nèi)容。特殊文件與普通文件在用戶(hù)面前有相同的語(yǔ)法和語(yǔ)義，使用相同的機(jī)制，這即簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)又便于用戶(hù)使用。（4）UNIX是一個(gè)真正的多用戶(hù)、多任務(wù)操作系統(tǒng)。系統(tǒng)初啟時(shí)，引導(dǎo)程序把系統(tǒng)內(nèi)核放入內(nèi)存低地址的48DB內(nèi)。然后經(jīng)過(guò)內(nèi)部的初起程序?yàn)橄到y(tǒng)建立了進(jìn)程0和進(jìn)程1。進(jìn)程0是所有進(jìn)程的祖先，也是系統(tǒng)中唯一的核心態(tài)進(jìn)程，它負(fù)責(zé)把盤(pán)上準(zhǔn)備運(yùn)行的進(jìn)程換入內(nèi)存，有時(shí)也把它稱(chēng)為交換進(jìn)程。進(jìn)程1負(fù)責(zé)為每個(gè)終端建立一個(gè)進(jìn)程，執(zhí)行Shell解釋程序。每個(gè)終端的Shell進(jìn)程等待用戶(hù)輸入命令，一旦有命令輸入就要對(duì)其分析，找到相應(yīng)的命令執(zhí)行文件，并為之建立一個(gè)子進(jìn)程來(lái)執(zhí)行這個(gè)命令，命令執(zhí)行完，相應(yīng)的子進(jìn)程即被撤消。用戶(hù)還可以指定一個(gè)命令在后臺(tái)運(yùn)行，同時(shí)在前臺(tái)執(zhí)行其他命令。UNIX系統(tǒng)的各種版本比較多。從1970年至1978年，不斷改進(jìn)而推出新的版本。從1981年AT&T發(fā)表UNIXSystemⅢ(S3)開(kāi)始，UNIX不在采用版本（Version）號(hào)排列，而該為按系統(tǒng)（System）號(hào)排列。最近的是1989年推出的UNIXSystemv的4.0版。另外一個(gè)系列是美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校開(kāi)發(fā)的帶有虛擬存儲(chǔ)功能的UNIX系統(tǒng)，它們是1.0BSD，2.0BSD，…直到1983年的4.2BSD等系統(tǒng)。（5）UNIX向用戶(hù)提供了一個(gè)良好的界面。這包括兩種界面：一種是用戶(hù)在終端上通過(guò)使用命令和系統(tǒng)進(jìn)行交互作用的界面，成為用戶(hù)界面；另一種是面向用戶(hù)程序的界面，稱(chēng)為系統(tǒng)調(diào)用。UNIX系統(tǒng)的用戶(hù)界面就是操作系統(tǒng)的外殼Shell。Shell即起著命令解釋程序的作用，同時(shí)又是一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有許多高級(jí)語(yǔ)言所具備的復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)與變量運(yùn)算功能。因此，也可用來(lái)編寫(xiě)程序，即所謂Shell編程。

所謂系統(tǒng)調(diào)用界面，是指操作系統(tǒng)內(nèi)核提供了一組諸如文件讀寫(xiě)、設(shè)備I/O操作、進(jìn)程控制等功能子程序，用戶(hù)程序通過(guò)一些特殊的指令來(lái)調(diào)用這些子程序，從而訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)的各種硬、軟件資源并取得操作系統(tǒng)的服務(wù)。UNIX不僅在匯編語(yǔ)言級(jí)，而且也在C語(yǔ)言一級(jí)中提供了系統(tǒng)調(diào)用得手段，著給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大方便。XENIX與UNIX雖有一些差別，但核內(nèi)差別大而核外差別小。從用戶(hù)使用的角度看，Shell命令解釋程序、基本命令和主要使用程序的用法幾乎完全一樣。XENIX只是在微型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的UNIX，兩者本質(zhì)上沒(méi)有什么不同。

在提供多任務(wù)處理、調(diào)度、內(nèi)存管理和磁盤(pán)信息管理等許多方面，微機(jī)多任務(wù)操作系統(tǒng)都類(lèi)似于傳統(tǒng)的多任務(wù)操作系統(tǒng)。但是，微機(jī)的應(yīng)用環(huán)境不同于大、中、小型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用環(huán)境，因此，它們的追求目標(biāo)也不同，傳統(tǒng)的多任務(wù)操作系統(tǒng)追求的是系統(tǒng)資源利用率和作業(yè)的吞吐量，而微機(jī)多任務(wù)操作系統(tǒng)追求的是充分提高對(duì)用戶(hù)的響應(yīng)能力及使用的方便性。1.4Windowsserver2008簡(jiǎn)介

眾所周知，BillGates（比爾.蓋茨）和Windows推動(dòng)了3-D界面的發(fā)展與應(yīng)用，沒(méi)有誰(shuí)能否認(rèn)Microsoft的Windows系列產(chǎn)品改變了計(jì)算機(jī)的使用方法這一事實(shí)。MicrosoftWindows圖形用戶(hù)界面（GUI）確實(shí)令人信服。正是Microsoft和BillGates的信譽(yù)使得Windows步入成熟，并產(chǎn)生了WindowsNT這一強(qiáng)壯可靠的操作系統(tǒng)。要知道WindowsNT是什么，了解16位和32位的Windows版本內(nèi)容，另外還要大致知道WindowsNT和MS-DOS的聯(lián)系。1.4.1Windowsserver2008的發(fā)展1.4.2Windowsserver2008的特點(diǎn)

1.4.1Windowsserver2008的發(fā)展

1988年BillGates提出開(kāi)發(fā)新的操作系統(tǒng)。新操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前提是系統(tǒng)的可移植性、安全性、兼容性、可伸縮性、可擴(kuò)展性和國(guó)際通用性。這就意味著：只須作最小的改動(dòng)，系統(tǒng)就可在不同硬件平臺(tái)上運(yùn)作；它符合NSA的C2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，利用軟件可實(shí)現(xiàn)鎖定；服從POSIX，并可運(yùn)行已有Windows應(yīng)用程序；支持對(duì)稱(chēng)多處理（SMP）；利用良好定義的API，可輕松地實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展；能在多種語(yǔ)言下運(yùn)行，而只須對(duì)軟件作小小改動(dòng)。如表1-1所示。前提描述

可移植性

只須作小小變動(dòng)，系統(tǒng)就可在不同硬件平臺(tái)上運(yùn)行

安全性符合NSA的C2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、能實(shí)現(xiàn)軟件所定

兼容性

服從POSIX，能運(yùn)行已有Windows應(yīng)用程序，支持開(kāi)發(fā)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

可伸縮性支持對(duì)稱(chēng)處理（SMP）

可擴(kuò)展性

借助定義良好的API編程可輕松實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展

國(guó)際通用性只須對(duì)軟件作小小修改，就能移植到多種語(yǔ)言中

表1-1Windowsserver2008基礎(chǔ)

為設(shè)計(jì)這樣的系統(tǒng)，Microsoft聘用DEC公司的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)師DavidCutler及其同事。David由于DEC操作系統(tǒng)的工作成就而聲名遠(yuǎn)揚(yáng)，包括RSX-11M（借此DEC的PDP-11取得了世界的成功）。同時(shí)他在VAX結(jié)構(gòu)上的工作也卓有成效。直到五年過(guò)后，投資了數(shù)億美元的WindowsNT才投放市場(chǎng)。最初的版本為WindowsNT3.1,意指它于Windows3.1用戶(hù)界面聯(lián)系緊密，并能運(yùn)行許多Windows3.1程序。然而這種相識(shí)性只到此為止。

WindowsNT完全從頭編寫(xiě)并采用了與UNIX相類(lèi)似的微內(nèi)核類(lèi)型結(jié)構(gòu)，借此WindowsNT實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)。另外WindowsNT還利用了CarnagieMellon的MACH操作系統(tǒng)的一個(gè)流行概念——線(xiàn)程，以支持對(duì)稱(chēng)多處理。利用微內(nèi)核作為基礎(chǔ)，Cutler小組加入大量特征和服務(wù)，其中包括集成安全子系統(tǒng)、抽象的虛擬化硬件接口、強(qiáng)大的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)支持、容錯(cuò)性和集成化GUI管理工具等等。當(dāng)WindowsNT最終發(fā)行時(shí)，Microsoft拿出了兩個(gè)不同版本：WindowsNT3.1和WindowsNTAdvancedServer3.1.它們?cè)谌〉镁薮蟪晒Φ耐瑫r(shí)也暴露了許多不足，其中包括與已有Windows程序兼容性差，對(duì)硬件要求過(guò)高。后者使它在Novell的NetWare占優(yōu)勢(shì)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)市場(chǎng)中未能有驚人之舉。

1994年秋，NT3.5發(fā)行，它作了大量重要的改動(dòng)與增強(qiáng)，如利用點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）的多協(xié)議遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)；簡(jiǎn)化內(nèi)存腳本；擴(kuò)展錯(cuò)誤修復(fù)；重新編寫(xiě)的TCP/IP堆棧等。另外Microsoft還將它們更名為WindowsNTWorkstation和WindowsNTServer,同時(shí)伴隨著兩者內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化，將更有助于準(zhǔn)確地定義各自充當(dāng)?shù)慕巧?/p>

Windowsserver2008是WindowsNT的升級(jí)版本，包括Windowsserver2008Profession和Windowsserver2008Server兩個(gè)版本。其Server版本繼承了WindowsNT的所有服務(wù)器管理特性，增加并改進(jìn)了一些網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，因而成為當(dāng)前最流行的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之一。

Windowsserver2008是一種32位網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，是面向分布式圖形應(yīng)用程序的完整的平臺(tái)系統(tǒng)。Windowsserver2008具有工作站和小型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)具有的所有功能。主要包括：文件及文件管理系統(tǒng)、具有優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)/多線(xiàn)程環(huán)境、支持對(duì)稱(chēng)的多機(jī)處理系統(tǒng)、擁有兼容于分布計(jì)算的環(huán)境。由于WindowsNT具有良好的用戶(hù)界面，并且操作方便，所以世界各著名軟硬件生產(chǎn)廠商都宣布支持Windowsserver2008。

1.4.2Windowsserver2008的特點(diǎn)

(1)采用32位操作系統(tǒng)

如果有人詢(xún)問(wèn)有關(guān)16位操作系統(tǒng)和32位操作系統(tǒng)有何不同時(shí)，將會(huì)得到形形色色的回答。兩者的最根本的不同點(diǎn)是它們處理內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)所采用的方式。另外有些處理器在某個(gè)特定大小的結(jié)構(gòu)下運(yùn)行是最優(yōu)的

(注:最近Microsoft宣布將研究開(kāi)發(fā)NT的準(zhǔn)64位版本。盡管新系統(tǒng)不是完全的64位，單它允許64位的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并支持64位淺內(nèi)存空間。作這樣改動(dòng)，獲益最大的是數(shù)據(jù)庫(kù)，利用64位尋址可支持超大數(shù)據(jù)庫(kù)。)實(shí)際上當(dāng)我們討論MicrosoftWindows操作系統(tǒng)時(shí)，16位和32位版本區(qū)別太大!舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，32位Microsoft操作系統(tǒng)支持32位的淺內(nèi)存保護(hù)模式，這樣它的內(nèi)存管理比16位Windows更為清晰，同時(shí)還允許程序創(chuàng)建更大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并對(duì)它進(jìn)行尋址。32位Windows操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)是32位內(nèi)核，由內(nèi)核進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)度和內(nèi)存管理。另外由于32位操作系統(tǒng)支持32位設(shè)備驅(qū)動(dòng)器，因此操作系統(tǒng)和設(shè)備間的通信就更為迅速。32位Windows操作系統(tǒng)的其他許多特性來(lái)源于它對(duì)Win32API的支持。這個(gè)API集合只能由32位內(nèi)核系統(tǒng)，如WindowsNT和

Windows9X方能完全實(shí)現(xiàn)。使用Win32API的好處是支持長(zhǎng)文件名，可安裝32位文件系統(tǒng)，并能更好地管理系統(tǒng)資源。（2）不在需要DOSWindowsserver2008最偉大的成就恐怕是對(duì)DOS的完全摒棄!實(shí)際上當(dāng)Microsoft開(kāi)始NT工程時(shí)，并沒(méi)有固定的方案說(shuō)它要能運(yùn)行DOS或Windows應(yīng)用程序。只要想想NT事實(shí)上是一群新加盟Microsoft的編程人員所設(shè)計(jì)的，就該確信在Windowsserver2008里沒(méi)有理由再保留DOS。(注Windowsserver2008在操作系統(tǒng)中沒(méi)有再保留DOS代碼，每件事都是通過(guò)仿真標(biāo)準(zhǔn)DOS調(diào)用來(lái)完成的。相比之下，Windows95依舊依賴(lài)于實(shí)際的DOS代碼來(lái)運(yùn)行DOS應(yīng)用程序。Windows95實(shí)際上有兩套完整的操作系統(tǒng)——Windows4.0和DOS7.0。)盡管Windowsserver2008沒(méi)有DOS，但絕大多數(shù)DOS程序依舊能在Windowsserver2008上運(yùn)行，只要這些程序不直接訪(fǎng)問(wèn)硬件設(shè)備，也不需要特殊的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序即可。NT創(chuàng)建一個(gè)稱(chēng)為NTVirtulDOSMachine(NTVDM)的虛擬DOS環(huán)境，DOS程序就在這樣一個(gè)仿真DOS環(huán)境下運(yùn)行。NT設(shè)置DOS調(diào)用陷阱，并將它們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Win32API調(diào)用。事實(shí)上，這種除了意味著某些DOS程序，如磁盤(pán)增強(qiáng)程序，在Windowsserver2008下運(yùn)行反而比在標(biāo)準(zhǔn)的DOS下運(yùn)行還要快。另外，因?yàn)镹TVDM提供了諸如鼠標(biāo)、網(wǎng)卡和CD-ROM等驅(qū)動(dòng)程序的訪(fǎng)真支持，所以在NTVDM中可獲得比運(yùn)行真正的MS-DOS還要多的常規(guī)內(nèi)存。盡管Windowsserver2008提供了對(duì)ASCII代碼集的全面支持，但Windowsserver2008在貯存和處理所有內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)均采用Unicode標(biāo)準(zhǔn)，從而使得Microsoft在不同國(guó)家和地區(qū)迅速而輕松地實(shí)現(xiàn)Windowsserver2008的本地化，包括全面支持日本的片假名和中國(guó)的簡(jiǎn)、繁體漢字。(注：Windows95也支持Unicode。然而盡管Windowsserver2008完全使用Unicode保存內(nèi)部數(shù)據(jù)，但Windows95依舊用到了大量非Unicode領(lǐng)域的替代品，以保證向后兼容，)

（11）安全性在創(chuàng)建Windowsserver2008時(shí)，很重要的一個(gè)問(wèn)題是安全性認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。針對(duì)這種情況，Microsoft開(kāi)發(fā)的Windowsserver2008符合美國(guó)國(guó)家安全機(jī)構(gòu)（NSA）的C2級(jí)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。在良好的安全模型下開(kāi)發(fā)的Windowsserver2008保證了它能勝任大多數(shù)有安全性要求的場(chǎng)合。什么是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)？

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在傳統(tǒng)上認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)在和服務(wù)器通信時(shí)所用手段及協(xié)議的描述。其中最常提到的是文件和打印服務(wù)。這種說(shuō)法極為簡(jiǎn)化，但設(shè)計(jì)時(shí)這又是最典型部分。更準(zhǔn)確地講，NOS集中在服務(wù)器這一部分。但Microsoft對(duì)此有不同看法，盡管上述概念Novell公司已經(jīng)嚴(yán)正聲明過(guò)。大部分Microsoft的網(wǎng)絡(luò)方面產(chǎn)品，在操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之間沒(méi)有很明確的分界線(xiàn)，Windowsserver2008對(duì)此更不例外。當(dāng)我們逐步進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代時(shí)，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)這一概念和對(duì)其的需求會(huì)逐漸消失。若要注明時(shí)，要強(qiáng)調(diào)的可能是分立操作系統(tǒng)。1.5Windowsserver2008模塊結(jié)構(gòu)

前面一節(jié)讓我們了解了Windowsserver2008的來(lái)源及設(shè)計(jì)目標(biāo)，諸如可伸縮性、可靠性和兼容性等等。為達(dá)到這些目標(biāo)，Microsoft首先要設(shè)計(jì)強(qiáng)壯的內(nèi)核，使它不僅能處理今日之需，而且還能輕松擴(kuò)展以備明日之用。本節(jié)將討論NT模塊結(jié)構(gòu)，以及它是如何達(dá)到這些設(shè)計(jì)目標(biāo)的。1.5.1Windowsserver2008結(jié)構(gòu)縱覽

1.5.2用戶(hù)模式與內(nèi)核模式的比較

1.5.3NT結(jié)構(gòu)部件

1.5.1.Windowsserver2008結(jié)構(gòu)縱覽

在討論Windowsserver2008結(jié)構(gòu)時(shí),有兩個(gè)詞需要牢記：模塊化和客戶(hù)/服務(wù)器。模塊的意思是它內(nèi)部分成許多小而獨(dú)立的單元，每個(gè)單元的任務(wù)明確，定義清晰，模塊化是計(jì)算機(jī)編程的各方面要求達(dá)到的目標(biāo),操作系統(tǒng)也不例外.模塊化代碼更易于維護(hù),因此它意圖清楚,并且整個(gè)代碼段可被取代,而對(duì)要調(diào)用它的所有其他子程序不產(chǎn)生影響.

模塊設(shè)計(jì)的概念與早期操作系統(tǒng)用到的分立設(shè)計(jì)方法相反。在分立設(shè)計(jì)中,操作系統(tǒng)運(yùn)行在特許處理器模式下,代碼塊提供多個(gè)功能,但缺乏清晰分工,這樣雖然可以取得更小、更緊湊的代碼，但整個(gè)系統(tǒng)可移植性變差。當(dāng)人們聽(tīng)說(shuō)Windowsserver2008是客戶(hù)/服務(wù)器方式的操作系統(tǒng)時(shí)，他們通常認(rèn)為這是指NT可用于客戶(hù)/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，或可用作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。盡管NT可以當(dāng)作這種應(yīng)用的明智選擇，但從NT的結(jié)構(gòu)來(lái)看，這并不確切，真正的含義是指NT內(nèi)部的各部分是以客戶(hù)/服務(wù)器方式來(lái)進(jìn)行通信的。說(shuō)的更為規(guī)范些，是指NT的模塊成員是按照客戶(hù)/服務(wù)器方式來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，如圖1.5.1所示。當(dāng)其中某一個(gè)小塊代碼有需求時(shí)，它是作為客戶(hù)的；而能滿(mǎn)足該需求的代碼則是服務(wù)器。譬如要求在屏幕上畫(huà)一幅圖的用戶(hù)程序就是個(gè)客戶(hù)，它利用定義明確的消息向另一段代碼發(fā)出請(qǐng)求（在本例中可能是指Win32子系統(tǒng)）要求畫(huà)圖，此時(shí)Win32子系統(tǒng)就是服務(wù)器——這樣構(gòu)成了客戶(hù)/服務(wù)器?？蛻?hù)應(yīng)用程序顯示

內(nèi)存和I/O

管理文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)核

用戶(hù)模式內(nèi)核模式WindowsNT體系結(jié)構(gòu)1.5.2用戶(hù)模式與內(nèi)核模式的比較

NT與當(dāng)今先進(jìn)的操作系統(tǒng)同樣采用的是將操作系統(tǒng)任務(wù)多級(jí)化，這一點(diǎn)是和微處理器支持的實(shí)際模式相聯(lián)系的?，F(xiàn)在大多數(shù)微處理器支持多重模式（有時(shí)稱(chēng)為環(huán)）程序就在其間運(yùn)行。這些模式給運(yùn)行在其中的程序不同級(jí)別的特許權(quán)訪(fǎng)問(wèn)硬件，并讓其他一些程序在系統(tǒng)中運(yùn)行。Windowsserver2008采用特許模式和非特許模式，即通常所說(shuō)的內(nèi)核模式和用戶(hù)模式。運(yùn)行在內(nèi)核模式下的程序可直接訪(fǎng)問(wèn)硬件和系統(tǒng)中的軟件資源。在Windowsserver2008中只有操作系統(tǒng)的關(guān)鍵片段才允許在內(nèi)核模式下運(yùn)行，這樣做是為了保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，NTExecutive——它包括微內(nèi)核、硬件抽象層及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序——是Windowsserver2008中唯一能在微處理器特許內(nèi)核模式下運(yùn)行的部件。

所有不運(yùn)行在內(nèi)核模式下的程序都運(yùn)行在用戶(hù)模式下。大部分Windowsserver2008代碼以用戶(hù)模式運(yùn)行，包括環(huán)境子系統(tǒng)（如Win32子系統(tǒng)和POSIX子系統(tǒng)）和所有用戶(hù)應(yīng)用程序。這些程序只能訪(fǎng)問(wèn)它們自己的32位地址和與系統(tǒng)其他部分的接口。這一切都是通過(guò)客戶(hù)/服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的，這將在以后介紹。對(duì)于Windowsserver2008，設(shè)計(jì)者盡可能地使操作系統(tǒng)運(yùn)行在用戶(hù)模式下，這樣有助于確保系統(tǒng)可靠性和安全性。與此同時(shí)，當(dāng)他們需要對(duì)基本部件修改時(shí)，也會(huì)變得簡(jiǎn)單。Windowsserver2008對(duì)NT操作系統(tǒng)作了結(jié)構(gòu)上的重大改動(dòng)，它將兩大主要子系統(tǒng)——USER和GDI代碼段移到了NTExecutive中，從而運(yùn)行在內(nèi)核模式下，借此提高了系統(tǒng)性能，降低了開(kāi)銷(xiāo)，但也有人認(rèn)為這會(huì)降低可靠性。1.5.3NT結(jié)構(gòu)部件

為理解Windowsserver2008如何運(yùn)行，以及為何如此運(yùn)行，觀察一下操作系統(tǒng)不同成分及其接口是十分重要的。如今我們已對(duì)NT有了一些了解，讓我們?cè)谏钊胍粚舆M(jìn)行了解。圖1.5.2顯示了Windowsserver2008中各關(guān)鍵層及其邏輯聯(lián)系。用戶(hù)應(yīng)用程序Win32子系統(tǒng)OS/2子系統(tǒng)Win32子系統(tǒng)

系統(tǒng)服務(wù)（NTExecutive）

用戶(hù)模式內(nèi)核模式

系統(tǒng)服務(wù)（NTExecutive）

微內(nèi)核（NTExecutive）

硬件抽象（HAL）硬件

圖1.5.2Windowsserver2008中各關(guān)鍵層及其邏輯聯(lián)系。

(接上圖)

NT結(jié)構(gòu)中的四個(gè)重要組成部分是：硬件抽象層（HAL）、內(nèi)核、NTExecutiveServices、環(huán)境子系統(tǒng)。模塊中的每一部分各司其職，Windowsserver2008也就借此運(yùn)行。

1、硬件抽象層硬件抽象層（HAL）是硬件與操作系統(tǒng)其余部分的一個(gè)軟件接口，它通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）實(shí)現(xiàn)，并負(fù)責(zé)屏蔽掉硬件特征對(duì)NT其余部分的影響，如中斷控制和I/O接口。這抽象使NT更易于移植，因?yàn)榇藭r(shí)操作系統(tǒng)其余部分不必再關(guān)心它所處的硬件平臺(tái)是什么了。每個(gè)運(yùn)行NT的硬件平臺(tái)要有一特定的HAL。這樣設(shè)計(jì)的好處是，當(dāng)NT移植到一新型處理器結(jié)構(gòu)上時(shí)，只需重新為該新型處理器編寫(xiě)HAL，而其余部分只需進(jìn)行重新編譯。這使NT的移植極為容易。

HAL還提供了對(duì)稱(chēng)多處理（SMP）接口。NTServer為每種處理器結(jié)構(gòu)（Intel,MIPS,PowerPC和Alpha）都提供了兩種HAL，第一種HAL用于支持單個(gè)處理器；而第二種HAL用于支持多達(dá)四個(gè)處理器。硬件銷(xiāo)售商還可提供其他的HAL，實(shí)現(xiàn)對(duì)NTServer多達(dá)32個(gè)處理器的支持。對(duì)計(jì)算機(jī)中每個(gè)實(shí)際的處理器，HAL提供給微內(nèi)核一個(gè)虛擬處理器，借此將處理器所有的特殊特征隱藏起來(lái)，從而使得各個(gè)處理器對(duì)操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)并無(wú)區(qū)別。舉例來(lái)說(shuō)，如果有兩套多處理器系統(tǒng)，其中之一是用IntelPentium處理器；另一套是用DECAlphaAXP處理器，雖然每套系統(tǒng)上的HAL可能不同，但HAL提供給微內(nèi)核的虛擬處理器則是完全一樣的。在SMP系統(tǒng)中，HAL為每個(gè)物理處理器向微內(nèi)核提供一個(gè)虛擬處理器，再由微內(nèi)核將其等效為有三個(gè)處理器的IntelPentium系統(tǒng)。盡管Windowsserver2008的目標(biāo)是讓所有的與硬件有關(guān)的調(diào)用都通過(guò)HAL，但事實(shí)是少量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和內(nèi)核調(diào)用繞過(guò)了HAL，而直接與硬件打交道。

HAL模式最大的副作用是導(dǎo)致NT與原有DOS和Windows版本的程序不兼容，因?yàn)檫@些程序直接對(duì)硬件進(jìn)行讀寫(xiě)。但這種不兼容性只是HAL在為我們帶來(lái)安全性和易移植性的同時(shí)所收取的一丁點(diǎn)兒代價(jià)罷了。2、內(nèi)核

Windowsserver2008內(nèi)核權(quán)力無(wú)邊。內(nèi)核負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)的所有操作，而且?guī)缀跏撬械南到y(tǒng)功能都要經(jīng)過(guò)內(nèi)核。Windowsserver2008的微內(nèi)核的本質(zhì)意思是執(zhí)行某個(gè)功能時(shí)所必須要的內(nèi)核。(注：請(qǐng)忽混淆內(nèi)核（或微內(nèi)核）和內(nèi)核模式。盡管它們是有聯(lián)系的，但不是同一回事兒。內(nèi)核是指各個(gè)獨(dú)立的代碼片段，這些代碼片段組成操作系統(tǒng)的核心。內(nèi)核模式是指處理器支持一種特許操作狀態(tài)。在Windowsserver2008中，微內(nèi)核運(yùn)行在內(nèi)核模式下，也即指微內(nèi)核運(yùn)行在特許處理器模式下，從而微處理器承擔(dān)起使內(nèi)核免受破壞的責(zé)任)。

Windowsserver2008中的微內(nèi)核設(shè)計(jì)將許多操作正常地分派給內(nèi)核，該內(nèi)核稱(chēng)為NTExecutive,而傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)是將操作分配給一組程序。NTExecutive運(yùn)行在處理器的特許內(nèi)核模式下，而NT微4、保護(hù)下的環(huán)境子系統(tǒng)在Windowsserver2008的設(shè)計(jì)目標(biāo)中，有兩個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)是個(gè)性化和兼容性的設(shè)計(jì)，這兩點(diǎn)是通過(guò)保護(hù)下的環(huán)境子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。個(gè)性化是指Windowsserver2008提供多組應(yīng)用程序接口（API），并且能有效地承擔(dān)另一種操作系統(tǒng)的角色。Windowsserver2008除了Win32、Win16和DOS個(gè)性外還包括了POSIX和OS/2個(gè)性。盡管在現(xiàn)實(shí)中人們擁有多重個(gè)性是件壞事，但對(duì)操作系統(tǒng)而言則是保持兼容的有效途徑。Windowsserver2008若僅能完全運(yùn)行已有DOS和Windows軟件的話(huà)，就不會(huì)有如此大的成功了。在Windowsserver2008中有三種保護(hù)的環(huán)境子系統(tǒng)：Win32子系統(tǒng)、POSIX子系統(tǒng)、OS/2子系統(tǒng)。（注：盡管Win16和DOS也是Windowsserver2008個(gè)性，但他們不屬于保護(hù)下的環(huán)境子系統(tǒng)，因?yàn)閷?shí)際上它們是Win32子系統(tǒng)的一部分）。保護(hù)下的子系統(tǒng)是用戶(hù)級(jí)應(yīng)用程序和NTExecutive的中間媒介。記住我們所說(shuō)的，NTExecutive及其部件是在內(nèi)核模式下運(yùn)作的，而其他的任何程序基本上都是處于用戶(hù)模式的，其中包括所有環(huán)境子系統(tǒng)，它們是完全工作在用戶(hù)模式下的。當(dāng)某應(yīng)用程序要調(diào)用某環(huán)境子系統(tǒng)時(shí)，它是通過(guò)系統(tǒng)服務(wù)層傳送到NTExecutive的。每個(gè)環(huán)境子系統(tǒng)保留了各自進(jìn)程的磁道并與其他子系統(tǒng)分開(kāi)獨(dú)立工作，每個(gè)應(yīng)用程序也只能在其設(shè)計(jì)時(shí)所處的相應(yīng)子系統(tǒng)下運(yùn)行。當(dāng)Windowsserver2008中引導(dǎo)應(yīng)用程序時(shí)，NT察看文件映像頭后，再?zèng)Q定該應(yīng)用程序在哪種子系統(tǒng)中運(yùn)行。（1）許DOS程序不作改動(dòng)就可運(yùn)行。

（2）允許絕大部份16位的Windows應(yīng)用程序不用改動(dòng)就可運(yùn)行。（3）使系統(tǒng)和其他32位應(yīng)用程序不受16位及DOS程序的干擾。（4）允許在R1SC平臺(tái)上運(yùn)行16位Windows和DOS程序。

（5）提供32位和16位Windows程序數(shù)據(jù)共享機(jī)制。許多人認(rèn)為Windows3.x是操作系統(tǒng)，但從技術(shù)眼光來(lái)看，它不是真正的操作系統(tǒng)，它只是DOS下的一個(gè)用戶(hù)界面罷了，DOS才是真正的操作系統(tǒng)。

3）POSIXMicrosoft在開(kāi)發(fā)Windowsserver2008時(shí)對(duì)各種開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)都十分關(guān)注，他們意識(shí)到支持開(kāi)放系統(tǒng)是進(jìn)軍先進(jìn)操作系統(tǒng)這一新市場(chǎng)并取得成功的途徑。Windowsserver2008經(jīng)常說(shuō)起其所支持的標(biāo)準(zhǔn)是POSIX兼容。POSIX是portableoperatingsysteminterface（可移植操作系統(tǒng)界面）的縮寫(xiě)，是由IEEE開(kāi)發(fā)用于支持UNIX平臺(tái)應(yīng)用程序的可移植，然而現(xiàn)今POSIX已經(jīng)集成到許多非UNIX系統(tǒng)中去了。POSIX兼容性分為許多級(jí)，從POSIX.0到POSIX.12不等。這些等級(jí)包括一系列的建議，并不是所有建議都已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)。（3）文件系統(tǒng)橫向檢驗(yàn)，這由用戶(hù)bypasstra-rersechecking(忽略橫向檢驗(yàn))來(lái)控制。為實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定用戶(hù)的POSIX兼容，必須將該用戶(hù)的此權(quán)限取消。每個(gè)POSIX應(yīng)用程序在各自?xún)?nèi)存地址空間中運(yùn)行，屬搶先式多任務(wù)。對(duì)于Windowsserver2008中為什么要引入POSIX子系統(tǒng)，不同的人有不同的看法，有些人認(rèn)為這樣做對(duì)終端用戶(hù)來(lái)說(shuō)提高了應(yīng)用程序的使用率，有些人認(rèn)為這符合開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；也有人認(rèn)為這是為了驗(yàn)證NT和UNIX平臺(tái)的互操作性。對(duì)此看法不同。盡管POSIX子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)得不錯(cuò)，但有人還是認(rèn)為將POSIX子系統(tǒng)加入NT中的全部理由是為了符合政府購(gòu)買(mǎi)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)那些對(duì)此不熟悉的人來(lái)說(shuō)，會(huì)覺(jué)得政府機(jī)關(guān)要求某一特殊操作系統(tǒng)必須符合多開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是很奇怪的。例證之一是FederalInformationProcessingStandards（政府信息處理標(biāo)準(zhǔn)）（FIPS）。只有加入了POSIX子系統(tǒng)后，Windowsserver2008才可在該巨大市場(chǎng)內(nèi)出售；若不支持這一標(biāo)準(zhǔn)它就會(huì)被排斥在外。因此這只是NT運(yùn)行市場(chǎng)滲透的策略，用以避免人們用貿(mào)易標(biāo)準(zhǔn)將Windowsserver2008排除在外。NT是一個(gè)優(yōu)秀的操作系統(tǒng)。NT輕易地包容POSIX子系統(tǒng)只是NT功能和靈活性的一個(gè)體現(xiàn)。盡管如此，不要受到欺騙而去大力使用該P(yáng)OSIX子系統(tǒng)。1.6NTExecutive的重要組件1.6.1對(duì)象管理器（ObjectManager）1.6.2進(jìn)程管理器（ProcessManager）1.6.3虛擬內(nèi)存管理器（VirtualMemoryManager）1.6.4本地過(guò)程調(diào)用功能（LocalProcedureCallFacility）1.6.5安全參考監(jiān)視器（SecurityReferenceMonitor）1.6.6I/O管理器（I/OManager）

1.6.1對(duì)象管理器（ObjectManager)

NTExecutive的ObjectManager用于所有系統(tǒng)要用到的對(duì)象的產(chǎn)生、修改和刪除，這些對(duì)象組成了NTExecutive。對(duì)象是抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型，代表操作系統(tǒng)資源。NTExecutive同時(shí)還向操作系統(tǒng)其余部分提供對(duì)象狀態(tài)信息。對(duì)象可以是具體的（如設(shè)備端口）；也可以比較抽象（如線(xiàn)程）。當(dāng)對(duì)象創(chuàng)建時(shí)會(huì)被賜予一個(gè)名稱(chēng)，其他程序通過(guò)該名稱(chēng)就能訪(fǎng)問(wèn)該對(duì)象了。當(dāng)另外一個(gè)進(jìn)程想訪(fǎng)問(wèn)該對(duì)象時(shí)，它會(huì)向ObjectManager申請(qǐng)對(duì)象句柄（Objecthandle）,對(duì)象句柄提供一指針，用于實(shí)際對(duì)象的定位，同時(shí)它還提供對(duì)對(duì)象進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)和訪(fǎng)問(wèn)控制信息。訪(fǎng)問(wèn)控制信息由NT安全子系統(tǒng)提供。ObjectManager還通過(guò)維護(hù)不同對(duì)象類(lèi)型的引用來(lái)確保單個(gè)對(duì)象沒(méi)有占用過(guò)多的資源（一般指系統(tǒng)內(nèi)存）。另外，ObjectManager還負(fù)責(zé)清除沒(méi)有所有者的單獨(dú)的對(duì)象，這就是眾所周知的垃圾回收技術(shù)。Windows3.x中缺少類(lèi)似的程序是導(dǎo)致麻煩的重要原因。在Windows3.x中，若某個(gè)程序崩潰了，或不能正確處理系統(tǒng)資源時(shí)，程序所用到的系統(tǒng)資源就會(huì)無(wú)法正確地返回到系統(tǒng)池中，從而產(chǎn)生缺少該系統(tǒng)資源的出錯(cuò)消息。實(shí)際上這是所謂的內(nèi)存泄漏。1.6.2進(jìn)程管理器（ProcessManager)ProcessManager負(fù)責(zé)所有進(jìn)程和線(xiàn)程的創(chuàng)建、刪除和修改，同時(shí)還向系統(tǒng)其余部分提供進(jìn)程和線(xiàn)程狀態(tài)信息。（注：在進(jìn)程的定義中，包括一虛擬地址空間，一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)程，一段可執(zhí)行程序代碼和一系列系統(tǒng)資源；一個(gè)線(xiàn)程是屬于單個(gè)進(jìn)程的一個(gè)可執(zhí)行對(duì)象，它包括一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，它指向本進(jìn)程可指行代碼段當(dāng)前位置），兩個(gè)堆棧和一系列寄存器值。和其他所有NTExecutive成員一樣，ProcessManager在整個(gè)操作系統(tǒng)中扮演一個(gè)重要的角色。當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)應(yīng)用程序時(shí)，相應(yīng)地就要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，這需調(diào)用ProcessManager；又因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程至少須包含一個(gè)線(xiàn)程，因此ProcessManager被再次調(diào)用產(chǎn)生一線(xiàn)程，如圖2—5所示的流程圖。雖然ProcessManager管理線(xiàn)程，但它本身沒(méi)有權(quán)力決定何時(shí)創(chuàng)建進(jìn)程和線(xiàn)程，也無(wú)權(quán)對(duì)它們進(jìn)行調(diào)度，這由微內(nèi)核本身決定。1.6.3虛擬內(nèi)存管理器（VirtualMemoryManager）

VirtualMemoryManager（VMM）用于系統(tǒng)虛擬內(nèi)存池的管理。虛擬內(nèi)存是用磁盤(pán)資源模擬實(shí)際的系統(tǒng)內(nèi)存，也即將內(nèi)存中那些不使用的頁(yè)移出到磁盤(pán)中，而當(dāng)需要使用這些頁(yè)時(shí)，再將它們恢復(fù)到內(nèi)存中。

VMM是Windowsserver2008的一個(gè)主要部分，它給每個(gè)進(jìn)程分配32位地址空間，而不管系統(tǒng)的實(shí)際內(nèi)存是多大。每個(gè)進(jìn)程分配4GB虛擬內(nèi)存空間，其中高端的2GB保留給系統(tǒng)使用，低端的2GB則為進(jìn)程使用。進(jìn)程對(duì)內(nèi)存尋址時(shí)，會(huì)假定其間只有它本身在使用。VMM負(fù)責(zé)將進(jìn)程的內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換成實(shí)際系統(tǒng)內(nèi)存地址。如果進(jìn)程的內(nèi)存地址指向的內(nèi)存段位于磁盤(pán)頁(yè)面VMM從磁盤(pán)檢索該頁(yè)。1.6.4本地過(guò)程調(diào)用功能（LocalProcedureCallFacility）

LocalProcedureCall(LPC)功能是Windowsserver2008的客戶(hù)/服務(wù)器設(shè)計(jì)中所必備的功能，它是運(yùn)行在本地Windowsserver2008系統(tǒng)上所有客戶(hù)與服務(wù)器進(jìn)程的接口。

LPC結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）極為相似，只是前者只支持本地機(jī)上客戶(hù)和服務(wù)器進(jìn)程之間的通信。更確切地說(shuō)，LPC是這樣的一種機(jī)制，它使不同進(jìn)程的兩個(gè)線(xiàn)程能相互交換信息。記住我們所說(shuō)的：Win32子系統(tǒng)是用戶(hù)模式應(yīng)用程序，且運(yùn)行在它自己的內(nèi)存空間里。當(dāng)某個(gè)程序想和Win32子系統(tǒng)通信請(qǐng)求服務(wù)時(shí)，它從適當(dāng)?shù)腄LL文件中調(diào)用一固定子程序，這個(gè)固定子程序再利用LPC功能向Win32子系統(tǒng)進(jìn)程傳遞請(qǐng)求，請(qǐng)求經(jīng)其處理并執(zhí)行要求的動(dòng)作后，再通過(guò)LPC返回有關(guān)請(qǐng)求完成的消息。1.6.5安全參考監(jiān)視器（SecurityReferenceMonitor）SecurityRefenceMonitor(SRM)是Windowsserver2008所有安全的基礎(chǔ)，同時(shí)它還負(fù)責(zé)強(qiáng)化本地計(jì)算機(jī)的所有安全措施。SPM是通過(guò)注冊(cè)進(jìn)程（LogonProcess）及本地安全權(quán)限（Localsecurityauthority）運(yùn)行期子程序共同來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)用戶(hù)注冊(cè)到Windowsserver2008會(huì)對(duì)其身份進(jìn)行確認(rèn)，注冊(cè)進(jìn)程子系統(tǒng)會(huì)給用戶(hù)申請(qǐng)一安全訪(fǎng)問(wèn)令牌（Cecurityaccesstoken）(SAT)。SAT也包含用戶(hù)特許權(quán)及組成員關(guān)系列表，是用戶(hù)在注冊(cè)過(guò)程中的鑰匙。無(wú)論何時(shí)用戶(hù)想干點(diǎn)什么，SAT經(jīng)遞交審核后就可決定該用戶(hù)是否能執(zhí)行該動(dòng)作。這也是SRM和ObjectManager緊