操作系统教程4版1-2章-ch11.4结构

1.4.1操作系统构件和结构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。操作系统结构设计有三层含义：一.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.研究操作系统程序局部结构，包括数据结构和控制结构；三.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?操作系统的构件内核进程线程管程类程操作系统的内核(1)内核?内核分类：微内核和单内核。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。内核?(2)内核(kernel)是作为

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，内核通常驻留在内核空间，运行于态，具有

硬设备和所有主存空间的权限，是仅有的能执行

指令的那部分程序。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)内核结构单用户态系统库(函数库)应用程序系统调用接口模块内核(进程管理、管理、文件管理、设备管理、网络管理)设备驱动计算机硬件态单内核单内核操作系统(4)两种基本设计方法整体式结构(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务器 务器 务器客户 客户

文件服

进程服

主存服

……进程1 进程2微内 (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资源抽象资源分配资源共享内核的基本属性基本属性内核是由中断驱动的内核是不可抢占的内核部分程序在内核可以使用中断状态下执行指令虚拟机具有以下特性虚拟机没有中断，虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器，虚拟机为进程或模块提供了功能较强的指令系统。内核和

机组成虚拟机机制与策略分离(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来实现如何使用这些功能(策略)，可在不 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模块化装载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

；(3)机制集中在少数模块，策略拟散布在多处。进程进程是可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。进程是一个既能用来共享资源，又能描述程序并发执行过程的一个基本单位。–刻画系统的动态性，解决系统资源的“共享性”，提高资源利用率，–正确描述程序的执行状态，发挥系统的并发性。进程控制转移由调度机制

管理进程交互由通信、同步机制完成线程基本思路把进程的两项功能：“独立分配资源”与“被调度分派执行”，分离开来，进程作为系统资源分配和保护的独立单位，不需要频繁地切换；线程作为系统调度和分派的基本单位，能轻装运行，会被频繁地调度和切换，在这种指导思想下，产生了线程的概念。管程管程是由局部于自己的若干公共变量及其说明和所有这些公共变量的过程所组成的模块。管程的属性共享性安全性互斥性1.4.2

操作系统的运行模型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?从操作系统的运行方式来看，可分成：非进程的内核模型OS功能(函数)在用户进程内执行的模型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)非进程内核模型应用进程应用进程内核应用进程…态用户态操作系统运行模型(2)2)OS功能在用户进程内执行的模型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)OS功能作为独立进程执行的模型微内核（进程切换函数）……用户态核心态应

应用

用进

进程

程应

OS

OS用

函

函进

数

数程OS函数Windows2000/XP客户/服务器结构(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库用户态态执行体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Win32UserGDI图形驱动器硬件抽象层(HAL)设备驱动程序内核对象管理器态可调用接口(执行程序API)系统服务调度进程I/O管理器虚存

进程线

表