操作系統(tǒng)課件(1.3 操作系統(tǒng)的結構設計)

1、徐小龍/WindowsUNIXMac OSOpenStackAndroidLinux操作系統(tǒng)的結構設計本講內容1. 整體式結構2. 層次式結構3. 虛擬機結構4. 客戶/服務器結構 5. 微內核結構整體式結構的操作系統(tǒng) 整體式結構又叫模塊組合法模塊組合法，是基于結構化程序設計的軟件結構設計方法。整體式結構的操作系統(tǒng) 主要設計思想主要設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計、編碼、調試所有模塊連結成一個完整的系統(tǒng) 整體式結構的操作系統(tǒng)結構緊密、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用其它模塊中的過程來實現(xiàn)，系統(tǒng)效率較高設計及編碼可齊頭并進，加快操作系統(tǒng)研制過程整體式結構的操作系統(tǒng)模塊獨立性差，模塊之間牽連多形成了復雜的調用關系，甚至有循環(huán)調用系統(tǒng)結構不清晰，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)的結構設計本講內容1. 整體式結構2. 層次式結構3. 虛擬機結構4. 客戶/服務器結構 5. 微內核結構層次式結構的操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)劃分為內核和若干模塊模塊按功能的調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用關系層次式結構的操作系統(tǒng) 層次結構類型層次結構

3、類型各層之間是單向依賴的層內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允許有相互調用或通信的關系層次式結構的操作系統(tǒng) 內核模式把整體問題局部化層次結構和單向依賴性，使模塊間的依賴和調用關系更為清晰規(guī)范 層次式結構的操作系統(tǒng) Linux操作系統(tǒng)的結構操作系統(tǒng)的結構用戶進程用戶進程系統(tǒng)調用接口系統(tǒng)調用接口Linux內核內核硬件硬件層次式結構的操作系統(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) )應用程序應用程序系統(tǒng)調用接口系統(tǒng)調用接口模塊模塊內核內核( (進程管理、進程管理、存儲管理、文件管理、存儲管理、文件管理、設備管理、網(wǎng)絡管理設備管理、網(wǎng)絡管理) ) 設備驅動設備驅動 計算機硬

4、件計算機硬件核心態(tài)核心態(tài)單內核單內核層次式結構的操作系統(tǒng) 內核的組織方式是整體式結構內核的組織方式是整體式結構Linux內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程序內核是基于過程的開放結構內核是基于過程的開放結構有利于不同的人參與不同過程的開發(fā)允許任何人對其進行修改和完善操作系統(tǒng)的結構設計本講內容1. 整體式結構2. 層次式結構3. 虛擬機結構4. 客戶/服務器結構 5. 微內核結構虛擬機結構的操作系統(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實現(xiàn)虛擬機結構的操作系統(tǒng) 在裸機上層層擴展軟件

5、可采用層次化結構的設計方法來實現(xiàn)經過虛擬化后的邏輯資源對用戶隱藏了不必要的細節(jié)操作系統(tǒng)的結構設計本講內容1. 整體式結構2. 層次式結構3. 虛擬機結構4. 客戶/服務器結構 5. 微內核結構客戶/服務器結構的操作系統(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/服務器方式活動的進程運行在核心態(tài)核心態(tài)的內核客戶/服務器結構的操作系統(tǒng) 除內核外，操作系統(tǒng)的其它部分被分成若干相對獨立的進程進程，每一個進程實現(xiàn)一類服務，稱服務器進程服務器進程。用戶進程用戶進程也在該層并以客戶/服務器方式活動。客戶進程發(fā)出消息，內核將消息傳送給服務器進程，服務器進程執(zhí)行客戶提出的服務請求，在滿足客戶的要求后再通過內核發(fā)送消息把結果返回給用戶。操作系統(tǒng)的結構設計本講內容1. 整體式結構2. 層次式結構3. 虛擬機結構4. 客戶/服務器結構 5. 微內核結構微內核結構的操作系統(tǒng) 把操作系統(tǒng)中的內存管理、設備管理、文件系統(tǒng)等功能模塊盡可能地從內核中分離出來在內核只保留少量最基本的功能，使內核變得簡潔可靠微內核結構的操作系統(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)的內存需求增強可移植性，移植時主要對微內核部分進行修改即可，減輕移植工作量。 微內核結