操作系统的结构设计.pptx

操作系统的构件1整体式结构的操作系统2层次式结构的操作系统3虚拟机结构的操作系统4客户/服务器与微内核结构的操作系统5操作系统的运行模型6Windows2000/XP的客户/服务器结构71.4操作系统的结构设计

1.4.1操作系统的结构设计

操作系统结构设计概况(1)操作系统设计呈现出以下特征：一是复杂程度高，二是生成周期长，三是正确性难保证。例如，CTSS、OS/360、Multics、Windows2000

操作系统的结构设计概况(2)

操作系统结构设计有两层含义21是研究操作系统程序的数据结构和控制结构；是组成操作系统程序的构造过程和方法。采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统。

内核进程线程类程管程操作系统的构件(1)

操作系统的构件(2)

1、内核030201内核不是进程，是提供支持系统运行的基本功能的一组程序模块，有了内核的支撑，进程运行环境得到改善，安全性得到保证，系统效率就能提高。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，Windows2000/XP改进的C/S结构。

操作系统的构件(3)

Linux的内核Lniux的模组(module)，一定程度上解决了核心功能的灵活性和可伸缩性问题。Linus曾经就结构问题做出过解释：现代成功的操作系统基本上都不具有微内核特性，因此，Linux也不必是微内核结构操作系统。

操作系统的构件(4)

内核提供以下三方面功能原语管理。短程调度。中断处理。010203

操作系统的构件(5)

内核的执行有以下属性内核是由中断驱动的内核的执行是连续的内核在屏蔽中断状态下执行内核可以使用特权指令

内核和裸机组成了一台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作系统的构件(6)

内核被触发和内核处理流程运行进程运行进程目态目态发现中断源发现中断源装配中断码交换PSW自愿中断事件保护现场分析和传递参数原语?原语处理创建系统进程系统调用处理强迫中断事件机器故障中断处理I/O中断处理程序中断处理队列调整低级调度是否管态硬件完成操作系统内核完成外中断处理创建系统进程

操作系统的构件(7)

2、进程进程是并发程序设计的一个工具，并发程序设计支撑了多道程序设计

操作系统的构件(8)

进程概念使OS结构变得清晰(1)一个进程到另一个进程的控制转移由进程调度机构统一管理，不能杂乱无章，随意进行。进程间的信号发送、消息传递和同步互斥由通信及同步机制完成，进程无法有意或无意破坏它进程的数据。每个进程相对独立，相互隔离，提高了系统的安全性和可靠性。0102

操作系统的构件(9)

进程概念使OS结构变得清晰(2)1进程结构较好刻画了系统的并发性，动态地描述出系统的执行过程，具有进程结构的操作系统，结构清晰、整齐划一，可维护性好。2

操作系统的构件(10)

3、线程进程是系统进行保护和资源分配的单位，而线程则是进程中一条执行路径，每个进程中允许有多个并行执行的路径，线程才是系统进行调度的单位。

操作系统的构件(11)

4、管程管程是管理共享资源的机制，对管程的调用表示对共享资源的请求与释放。管程应包含条件变量，当条件不满足时，可以通过对条件变量做延迟操作使调用进程等待，直到另一个进程调用管程过程并执行一个释放操作为止。

操作系统的构件(12)

5、类程类程用于管理私有资源，对类程的调用表示对私有资源的操作。它仅能被进程及起源于同一进程的其它类程或管程嵌套调用链所调用。其本身也可以调用其它类程或管程。类程可以看作子程序概念的扩充。

操作系统的构件(13)采用进程、管程、类程实现的操作系统进程执行过程中若请求使用共享资源，可以调用管程；若要控制私有资源操作，可以调用类程，这样便于使用高级语言来书写操作系统。1975年，汉森成功地在PDP11/45机上实现了：单用户操作系统Solo、处理小作业作业流系统和过程控制实时调度系统等三个层次管程结构的操作系统。体式结构层次式结构虚拟机结构客户服务器及微内核结构操作系统体系结构分类

操作系统的整体式结构又叫模块组合法，早期操作系统(如IBM操作系统)采用这种结构设计方法，?主要设计思想：?主要设计步骤：?主要优点和缺点：020304011.4.2整体式结构的操作系统

1.4.3层次式结构的操作系统(1)层次式结构是把操作系统划分为内核和若干模块（或进程），这些模块（或进程）按功能的调用次序排列成若干层次，各层之间只能是单向依赖或单向调用关系，这样不但系统结构清晰，而且不构成循环。

01层次结构的全序和半序式层次结构的由底向上方法和自顶向下方法