1、第一章 操作系統(tǒng)引論,1.1 前言 1.2 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 1.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 1.4 操作系統(tǒng)的基本特性 1.5 操作系統(tǒng)的主要功能 1.6 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,1.1前言,1.1.1 操作系統(tǒng)的地位 1.1.2 教學(xué)目的 1.1.3 教學(xué)內(nèi)容 1.1.4 學(xué)習(xí)基礎(chǔ) 1.1.5 課程安排和要求,1.1.1操作系統(tǒng)的地位,1.計算機系統(tǒng)管理中心 2.最復(fù)雜最精確的人工開發(fā)的管理系統(tǒng)； 3.在計算機系統(tǒng)中不可缺少，少了操作系統(tǒng)，用戶不可能上機使用計算機資源。,1.1.2教學(xué)目的,1.掌握操作系統(tǒng)概念 2.了解操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3.熟悉操作系統(tǒng)算法 4.為高級程序設(shè)計和操作系統(tǒng)使用、管理

2、、開發(fā)打基礎(chǔ) 5.為其他課程學(xué)習(xí)提供知識保障,1.1.3教學(xué)內(nèi)容,1.主要介紹操作系統(tǒng)原理 2.操作系統(tǒng)的四大管理:處理機,存儲器,設(shè)備,文件 3.操作系統(tǒng)的安全性,1.1.4學(xué)習(xí)基礎(chǔ),1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 2.程序設(shè)計； 3.計算機原理； 4.匯編語言。,1.1.5課程安排和要求,總學(xué)時 48 平時成績: 上機,作業(yè),出勤,1.2 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用,1.2.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo),目前存在著多種類型的OS，不同類型的OS，其目標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計算機硬件上配置的OS，其目標(biāo)有以下幾點： 1. 方便性 2. 有效性 3. 可擴充性 4. 開放性,1.2.2 操作系統(tǒng)的作用,1.OS作為用戶與計算機

3、硬件系統(tǒng)之間的接口,(1) 命令方式。這是指由OS提供了一組聯(lián)機命令(語言)， 用戶可通過鍵盤輸入有關(guān)命令，來直接操縱計算機系統(tǒng)。 (2) 系統(tǒng)調(diào)用方式。OS提供了一組系統(tǒng)調(diào)用，用戶可在自己的應(yīng)用程序中通過相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，來操縱計算機。 (3) 圖形、窗口方式。用戶通過屏幕上的窗口和圖標(biāo)來操縱計算機系統(tǒng)和運行自己的程序。,2. OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者 OS的主要功能對計算機軟硬資源進(jìn)行管理 處理機管理： 用于分配和控制處理機； 存儲器管理:主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收； I/O設(shè)備管理:負(fù)責(zé)I/O設(shè)備的分配與操縱； 文件管理:負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保護。,3. OS用作擴充機器 裸機：一臺

4、完全無軟件的計算機系統(tǒng) 虛機器：配置了軟件， 比裸機功能更強、使用更方便的機器。,終端用戶,應(yīng)用程序,實用程序,操作系統(tǒng),計算機硬件,程序員,操作系統(tǒng)設(shè)計者,1.2.3 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力,1.不斷提高計算機資源利用率 2. 方便用戶 3. 器件的不斷更新?lián)Q代 4. 計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展,1.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程,1.3.1 無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng),1. 人工操作方式 未出現(xiàn)OS。 采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng)，,特點:沒有OS,沒有軟件 效率低:,手工裝卸紙帶 計算機各部件串行工作,2. 脫機輸入/輸出(Off-Line I/O)方式,這種脫機I/O方式的主要優(yōu)點如下

5、： 減少了CPU的空閑時間。 (2) 提高I/O速度。,圖 1-2 脫機I/O示意圖,1.3.2 單道批處理系統(tǒng),單道批處理系統(tǒng)的中心思想是，通過應(yīng)用一種被 稱為監(jiān)控器的軟件，使用戶不必再直接接觸機 器，而是先通過卡片機和紙帶機向計算機控制器 提交作業(yè)，由監(jiān)控器將作業(yè)組織在一起構(gòu)成一批 作業(yè)，然后將整批作業(yè)放入由監(jiān)控器管理的輸入 設(shè)備上，每當(dāng)一個程序執(zhí)行完畢返回監(jiān)控器時， 監(jiān)控器已自動裝入下一個程序。,1. 單道批處理系統(tǒng)(Simple Batch Processing System)的處理過程,圖 1-3 單道批處理系統(tǒng)的處理流程,2. 單道批處理系統(tǒng)的特征 (1) 自動性。 (2) 順序性

6、。 (3) 單道性。,1.3.3 多道批處理系統(tǒng),1. 多道程序設(shè)計的基本概念 通過軟件技術(shù)使同時進(jìn)入計算機內(nèi)存的幾個相互獨立的程序，在管理程序控制穿插運行,圖 1-4 單道和多道程序運行情況,2. 多道批處理系統(tǒng)的特征,多道性。 (2)宏觀上并行 (3) 微觀上串行。,3. 多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點,資源利用率高。 (2) 系統(tǒng)吞吐量大。 (3) 平均周轉(zhuǎn)時間長。 (4) 無交互能力。,4. 多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題,處理機管理問題。 (2) 內(nèi)存管理問題。 (3) I/O設(shè)備管理問題。 (4) 文件管理問題。 (5) 作業(yè)管理問題。,設(shè)想一臺電腦配備256KB的可用內(nèi)存空間(未被OS占用

7、的)，一個磁盤，一個終端和一臺打印機。3個程序JOB1、JOB2和JOB3，同時被提交執(zhí)行，如下表所列。,多道程序設(shè)計在提高資源利用率方面產(chǎn)生的效果,1.3.4 分時系統(tǒng),1. 分時系統(tǒng)(Time-Sharing System)的概念 一臺主機上連接多個鍵盤顯示終端，用戶可以通過各自的終端，以交互方式使用計算機，共享計算機軟硬資源。 (1) 人機交互。 (2) 共享主機。 (3) 便于用戶上機。,2. 分時系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵問題,為實現(xiàn)分時系統(tǒng)，其中，最關(guān)鍵的問題是如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時， 系統(tǒng)應(yīng)能及時接收并及時處理該命令，再將結(jié)果返回給用戶。 此后，

8、 用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令，此即人機交互。應(yīng)強調(diào)指出，即使有多個用戶同時通過自己的鍵盤鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時接收并處理,(1) 及時接收。,(2) 及時處理。,3. 分時系統(tǒng)的特征,多路性。 (2) 獨立性。 (3) 及時性。 (4) 交互性。,1.3.5 實時系統(tǒng),所謂“實時”，是表示“及時”，而實時系統(tǒng)(Real-Time System)是指系統(tǒng)能及時(或即時)響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。,1. 應(yīng)用需求,實時控制。 (2) 實時信息處理。,2. 實時任務(wù),1) 按任務(wù)執(zhí)行時是否呈現(xiàn)周期性來劃分 周期性實時任務(wù)。 (2)

9、非周期性實時任務(wù)。,外部設(shè)備所發(fā)出的激勵信號并無明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個截止時間(Deadline)。它又可分為： 開始截止時間任務(wù)在某時間以前必須開始執(zhí)行； 完成截止時間任務(wù)在某時間以前必須完成。,2) 根據(jù)對截止時間的要求來劃分 (1) 硬實時任務(wù)(hard real-time task)。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對截止時間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測的結(jié)果。 (2) 軟實時任務(wù)(Soft real-time task)。它也聯(lián)系著一個截止時間， 但并不嚴(yán)格，若偶爾錯過了任務(wù)的截止時間， 對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會太大。,3. 實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較 多路性。 (2) 獨立性。 (3)

10、及時性。 (4) 交互性。 (5) 可靠性。,1.4 操作系統(tǒng)的基本特性,1.4.1 并發(fā)(Concurrence),并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的兩個概念 并行性是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生； 并發(fā)性是指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。,1.4.2 共享(Sharing) 所謂共享是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程(線程)共同使用。由于資源屬性的不同，進(jìn)程對資源共享的方式也不同，目前主要有以下兩種資源共享方式。,1. 互斥共享方式 互斥共享規(guī)定在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程(線程)訪問該資源。為此，當(dāng)一個進(jìn)程A要訪問某資源時，必須先提出請求， 如果此時該資源空閑，系統(tǒng)便可將之

11、分配給請求進(jìn)程A使用， 此后若再有其它進(jìn)程也要訪問該資源時(只要A未用完)則必須等待。 僅當(dāng)A進(jìn)程訪問完并釋放該資源后， 才允許另一進(jìn)程對該資源進(jìn)行訪問。我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享，而把在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源或獨占資源。,2. 同時訪問方式 系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時間內(nèi)由多個進(jìn)程“同時”對它們進(jìn)行訪問。這里所謂的“同時”往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對該資源進(jìn)行訪問。典型的可供多個進(jìn)程“同時”訪問的資源是磁盤設(shè)備，一些用重入碼編寫的文件，也可以被“同時”共享，即若干個用戶同時訪問該文件。,1.4.3 虛擬(Virtual) 操作系

12、統(tǒng)中的所謂“虛擬”，是指通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物。物理實體(前者)是實的， 即實際存在的；而后者是虛的，是用戶感覺上的東西。相應(yīng)地，用于實現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為虛擬技術(shù)。 虛擬技術(shù)分時分復(fù)用技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù),1.4.4 異步性(Asynchronism),所謂異步性指進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。 盡管進(jìn)程的運行時異步的，但只要運行環(huán)境相同，作業(yè)經(jīng)多次運行，都會獲得完全相同的結(jié)果。因此，異步運行方式是允許的，是操作系統(tǒng)的一個重要特征。,1.5 操作系統(tǒng)的主要功能,1.5.1 處理機管理功能,1. 進(jìn)程控制 進(jìn)程控制的主要功能是為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程、撤消已結(jié)束的進(jìn)程，以及

13、控制進(jìn)程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。,2. 進(jìn)程同步 進(jìn)程同步的主要任務(wù)是為多個進(jìn)程(含線程)的運行進(jìn)行協(xié)調(diào)。有兩種協(xié)調(diào)方式： 進(jìn)程互斥方式， 這是指諸進(jìn)程(線程)在對臨界資源進(jìn)行訪問時， 應(yīng)采用互斥方式； 進(jìn)程同步方式，指在相互合作去完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程(線程)間，由同步機構(gòu)對它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。,3. 進(jìn)程通信 在多道程序環(huán)境下，為了加速應(yīng)用程序的運行，應(yīng)在系統(tǒng)中建立多個進(jìn)程，并且再為一個進(jìn)程建立若干個線程，由這些進(jìn)程(線程)相互合作去完成一個共同的任務(wù)。而在這些進(jìn)程(線程)之間，又往往需要交換信息。例如，有三個相互合作的進(jìn)程， 它們是輸入進(jìn)程、計算進(jìn)程和打印進(jìn)程。輸入進(jìn)程負(fù)責(zé)將所輸入的數(shù)

14、據(jù)傳送給計算進(jìn)程；計算進(jìn)程利用輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計算， 并把計算結(jié)果傳送給打印進(jìn)程；最后，由打印進(jìn)程把計算結(jié)果打印出來。進(jìn)程通信的任務(wù)就是用來實現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換。,4. 調(diào)度 在后備隊列上等待的每個作業(yè)，通常都要經(jīng)過調(diào)度才能執(zhí)行。 處理機的調(diào)度分3級：作業(yè)調(diào)度、中級調(diào)度、進(jìn)程調(diào)度,1.5.2 存儲器管理功能,1. 內(nèi)存分配,OS在實現(xiàn)內(nèi)存分配時，可采取靜態(tài)和動態(tài)兩種方式。在靜態(tài)分配方式中，每個作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時確定的；在作業(yè)裝入后的整個運行期間， 不允許該作業(yè)再申請新的內(nèi)存空間，也不允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動”； 在動態(tài)分配方式中，每個作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間， 也是在裝入時確

15、定的，但允許作業(yè)在運行過程中，繼續(xù)申請新的附加內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動態(tài)增漲，也允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動”。,為了實現(xiàn)內(nèi)存分配，在內(nèi)存分配的機制中應(yīng)具有這樣的結(jié)構(gòu)和功能： 內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間的使用情況， 作為內(nèi)存分配的依據(jù)； 內(nèi)存分配功能，系統(tǒng)按照一定的內(nèi)存分配算法， 為用戶程序分配內(nèi)存空間； 內(nèi)存回收功能，系統(tǒng)對于用戶不再需要的內(nèi)存，通過用戶的釋放請求，去完成系統(tǒng)的回收功能。,2. 內(nèi)存保護 內(nèi)存保護的主要任務(wù)，是確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運行，彼此互不干擾。 為了確保每道程序都只在自己的內(nèi)存區(qū)中運行，必須設(shè)置內(nèi)存保護機制。,3. 地址映射 地址映射也

16、稱地址重定位主要解決地址空間內(nèi)的邏輯地址和內(nèi)存空間中的物理地址不相一致。使程序能正確運行，存儲器管理必須提供地址映射功能，以將地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中與之對應(yīng)的物理地址。 地址重定位分靜態(tài)地址重定位和動態(tài)地址重定位,4. 內(nèi)存擴充 存儲器管理中的內(nèi)存擴充任務(wù)，并非是去擴大物理內(nèi)存的容量，而是借助于虛擬存儲技術(shù)，從邏輯上去擴充內(nèi)存容量。為了能在邏輯上擴充內(nèi)存，系統(tǒng)必須具有內(nèi)存擴充機制， 用于實現(xiàn)下述各功能： (1) 請求調(diào)入功能。 (2) 置換功能。,1.5.3 設(shè)備管理功能 設(shè)備管理用于管理計算機系統(tǒng)中所有的外圍設(shè)備， 而設(shè)備管理的主要任務(wù)是：完成用戶進(jìn)程提出的I/O請求； 為用戶

17、進(jìn)程分配其所需的I/O設(shè)備；提高CPU和I/O設(shè)備的利用率；提高I/O速度；方便用戶使用I/O設(shè)備。為實現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理，以及虛擬設(shè)備等功能。,1. 緩沖管理 CPU運行的高速性和I/O低速性間的矛盾自計算機誕生時起便已存在。 而隨著CPU速度迅速、大幅度的提高，使得此矛盾更為突出，嚴(yán)重降低了CPU的利用率。如果在I/O設(shè)備和CPU之間引入緩沖，則可有效地緩和CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率，進(jìn)而提高系統(tǒng)吞吐量。 因此，在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中， 都毫無例外地在內(nèi)存中設(shè)置了緩沖區(qū)。 最常見的緩沖區(qū)機制有單緩沖機制、雙緩沖機制，以及能供多個設(shè)

18、備同時使用的公用緩沖池機制。,2. 設(shè)備分配 設(shè)備分配的基本任務(wù)，是根據(jù)用戶進(jìn)程的I/O請求、系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況以及按照某種設(shè)備分配策略，為之分配其所需的設(shè)備。如果在I/O設(shè)備和CPU之間，還存在著設(shè)備控制器和I/O通道時，還須為分配出去的設(shè)備分配相應(yīng)的控制器和通道。,3. 設(shè)備處理 設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動程序。其基本任務(wù)是用于實現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信，即由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，要求它完成指定的I/O操作；反之由CPU接收從控制器發(fā)來的中斷請求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。 處理過程是：設(shè)備處理程序首先檢查I/O請求的合法性，了解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑的，了解有關(guān)的傳遞參

19、數(shù)及設(shè)置設(shè)備的工作方式。然后，便向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，啟動I/O設(shè)備去完成指定的I/O操作。設(shè)備驅(qū)動程序還應(yīng)能及時響應(yīng)由控制器發(fā)來的中斷請求，并根據(jù)該中斷請求的類型，調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。對于設(shè)置了通道的計算機系統(tǒng)， 設(shè)備處理程序還應(yīng)能根據(jù)用戶的I/O請求，自動地構(gòu)成通道程序。,1.5.4 文件管理功能,1. 文件存儲空間的管理 由文件系統(tǒng)對諸多文件及文件的存儲空間，實施統(tǒng)一的管理。其主要任務(wù)是為每個文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的運行速度。 為此，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄文件存儲空間的使用情況，以供分配存儲空間時參考；系統(tǒng)還應(yīng)具有對

20、存儲空間進(jìn)行分配和回收的功能。為了提高存儲空間的利用率。,2. 目錄管理 為了使用戶能方便地在外存上找到自己所需的文件，通常由系統(tǒng)為每個文件建立一個目錄項。目錄項包括文件名、文件屬性、文件在磁盤上的物理位置等。由若干個目錄項又可構(gòu)成一個目錄文件。 目錄管理的主要任務(wù)：1）為每個文件建立目錄項，對目錄項加以有效的組織，以實現(xiàn)方便的按名存取。 2）目錄管理還應(yīng)能實現(xiàn)文件共享。3）合理組織目錄結(jié)構(gòu)，以提高對文件的檢索速度。,3. 文件的讀/寫管理和保護 (1) 文件的讀/寫管理。該功能是根據(jù)用戶的請求，從外存中讀取數(shù)據(jù)；或?qū)?shù)據(jù)寫入外存。在進(jìn)行文件讀(寫)時，系統(tǒng)先根據(jù)用戶給出的文件名，去檢索文件目

21、錄，從中獲得文件在外存中的位置。然后，利用文件讀(寫)指針，對文件進(jìn)行讀(寫)。一旦讀(寫)完成，便修改讀(寫)指針，為下一次讀(寫)做好準(zhǔn)備。 (2) 文件保護。 防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件； 防止冒名頂替存取文件； 防止以不正確的方式使用文件。,1.5.5 用戶接口,1. 命令接口,(1) 聯(lián)機用戶接口。這是為聯(lián)機用戶提供的，它由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成。當(dāng)用戶在終端或控制臺上每鍵入一條命令后，系統(tǒng)便立即轉(zhuǎn)入命令解釋程序，對該命令加以解釋并執(zhí)行該命令。在完成指定功能后，控制又返回到終端或控制臺上，等待用戶鍵入下一條命令。這樣，用戶可通過先后鍵入不同命令的方式，來實現(xiàn)對作業(yè)的控制

22、，直至作業(yè)完成。,(2) 脫機用戶接口。該接口是為批處理作業(yè)的用戶提供的，故也稱為批處理用戶接口。該接口由一組作業(yè)控制語言JCL組成。,2. 程序接口 該接口是為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置的，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。它是由一組系統(tǒng)調(diào)用組成，每一個系統(tǒng)調(diào)用都是一個能完成特定功能的子程序。,3. 圖形接口 圖形用戶接口采用了圖形化的操作界面， 用非常容易識別的各種圖標(biāo)(icon)來將系統(tǒng)的各項功能、各種應(yīng)用程序和文件，直觀、逼真地表示出來。用戶可用鼠標(biāo)或通過菜單和對話框，來完成對應(yīng)用程序和文件的操作。,1.6 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,1.6.1 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)是一個

23、十分復(fù)雜的大型軟件。為了控制該軟件的復(fù)雜性，在開發(fā)OS時，先后引入了分解、模塊化、 抽象和隱蔽等方法。開發(fā)方法的不斷發(fā)展，促進(jìn)了OS結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q代。這里，我們把第一代至第三代的OS結(jié)構(gòu)， 稱為傳統(tǒng)的OS結(jié)構(gòu)，而把微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)稱為現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)。,1. 無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng) 在早期開發(fā)操作系統(tǒng)時，設(shè)計者只是把他的注意力放在功能的實現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設(shè)計思想。 此時的OS是為數(shù)眾多的一組過程的集合，各過程之間可以相互調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)，因此，這種OS是無結(jié)構(gòu)的，也有人把它稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 此時程序設(shè)計的技巧，只是如何編制緊湊的程序，以便于有效地利用內(nèi)存、對GOTO語句

24、的使用不加任何限制，所設(shè)計出的操作系統(tǒng)既龐大又雜亂，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)。這一方面會使所編制出的程序錯誤很多，給調(diào)試工作帶來很多困難；另一方面也使程序難以閱讀和理解，增加了維護人員的負(fù)擔(dān)。,2. 模塊化OS結(jié)構(gòu) 1) 模塊化結(jié)構(gòu) 模塊化程序設(shè)計是把一個大的軟件系統(tǒng)劃分為若干部分，使各部分之間的交往最少，且各自成為具有一定獨立功能的程序模塊，然后可以對系統(tǒng)中每一部分單獨進(jìn)行設(shè)計 劃分模塊標(biāo)準(zhǔn)：高內(nèi)聚性，低耦合度,圖 1-5 模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2) 模塊化OS的優(yōu)缺點 提高了OS設(shè)計的正確性、 可理解性和可維護性。 (2) 增強了OS的可適應(yīng)性。 (3) 加速了OS的開發(fā)過程。,模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺

25、點有二。首先，在開始設(shè)計OS時，對模塊的劃分及對接口的規(guī)定并不精確， 而且還可能存在錯誤，因而很難保證按此規(guī)定所設(shè)計出的模塊會完全正確， 這將使在把這些模塊裝配成OS時發(fā)生困難；其次，由于管理上的差異，又會使模塊間存在著復(fù)雜的依賴關(guān)系使OS結(jié)構(gòu)變得不清晰。,3. 分層式OS結(jié)構(gòu),1) 有序分層的基本概念 從改進(jìn)設(shè)計方式上說，應(yīng)使我們的每一步設(shè)計都是建立在可靠的基礎(chǔ)上。我們可以從物理機器開始， 在其上面先添加一層具有一定功能的軟件A1, 由于A1是建立在完全確定的物理機器上的，在經(jīng)過精心設(shè)計和幾乎是窮盡無遺的測試后，可以認(rèn)為A1是正確的；然后再在A1上添加一層新軟件A2，如此一層一層地自底向上增

26、添軟件層，每一層都實現(xiàn)若干功能，最后總能構(gòu)成一個能滿足需要的OS。,分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則是：每一層都僅使用其底層所提供的功能和服務(wù)，這樣可使系統(tǒng)的調(diào)試和驗證都變得容易， 例如，在調(diào)試第一層軟件A1時，由于它只使用了物理機器提供的功能，因此它將與其所有的高層軟件A2，An無關(guān)； 同樣在調(diào)試A2時，它也只使用了A1和物理機器所提供的功能， 而與其高層軟件A3, ，An無關(guān)，這樣，一旦發(fā)現(xiàn)Ai出現(xiàn)錯誤時，通常該錯誤只會局限于Ai，因為它與所有其高層的軟件無關(guān)，而Ai層以下的各層軟件，又都經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)試。,2）分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：易保證系統(tǒng)的正確性 易擴充和維護 缺點： 系統(tǒng)效率降低（層次結(jié)

27、構(gòu)是單向依賴的） 每執(zhí)行一個操作系統(tǒng)的功能可能需要穿越幾個層 次，增加了層次間通信的開銷,1.6.2 微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu),1. 客戶/服務(wù)器模式(Client-Server Model) 1) 基本概念 為了提高OS的靈活性和可擴充性而將OS劃分為兩部分， 一部分是用于提供各種服務(wù)的一組服務(wù)器(進(jìn)程)，如用于提供進(jìn)程管理的進(jìn)程服務(wù)器、提供存儲器管理的存儲器服務(wù)器提供文件管理的文件服務(wù)器等，所有這些服務(wù)器(進(jìn)程)都運行在用戶態(tài)。 操作系統(tǒng)的另一部分是內(nèi)核，用來處理客戶和服務(wù)器之間的通信。即由內(nèi)核來接收客戶的請求，再將該請求送至相應(yīng)的服務(wù)器；同時它也接收服務(wù)器的應(yīng)答， 并將此應(yīng)答回送給請求客戶。 此外

28、，在內(nèi)核中還應(yīng)具有其它一些機構(gòu)，用于實現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的和一些較基本的功能。,圖 1-6 單機環(huán)境下的客戶/服務(wù)器模式,2) 客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)點 提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴充性。 (2) 提高了OS的可靠性。 (3) 可運行于分布式系統(tǒng)中。,2. 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計技術(shù)(Object-Orientated Programming),1) 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念 面向?qū)ο蠹夹g(shù)是20世紀(jì)80年代初提出并很快流行起來的。該技術(shù)是基于“抽象”和“隱蔽”原則來控制大型軟件的復(fù)雜度的。所謂對象，是指在現(xiàn)實世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物的抽象，而把其中的具體事物稱為對象的實例。OS中的各類實體如進(jìn)程、線程、消息、存儲器等，都使用了對象這一概念，相應(yīng)地，便有進(jìn)程對象線程對象、 存儲器對象等。,圖 1-7 一個對象的示意圖,2) 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點 (1) 可修改性和可擴充性。由于隱蔽了表示實體的數(shù)據(jù)和操作，因而可以改變對象的表示而不會影響其它部分， 從而可以方便地改變老的對象和增加新的對象。 (2) 繼承性。繼承性是面向?qū)?/p>