一、无结构操作系统

存在于早期开发的操作系统。

• 开发的侧重点是

  • 功能的实现
  • 效率的提高

• 系统结构：

  • 过程的集合
  • 过程之间相互调用

Note

整体式系统

• 缺点：

  • 难以调试与维护
  • 扩展性很差

二、模块化结构

• 模块化结构

  • 按功能划分成若干个模块
  • 模块之间通过接口实现交互

• 模块独立性衡量标准

  • 内聚性：模块内部各部分间联系的紧密程度
  • 耦合度：模块间相互联系和相互影响的程度

• 优点

  • OS设计的正确性高，易于理解和维护

• 缺点

  • 接口难以定义
  • 模块之间存在复杂的依赖关系

三、分层式结构

• 分层式结构

  1. 按功能流图的调用顺序等原则划分为若干层
  2. 每层只能使用其直接下层所提供的服务
  3. 每层对其上层隐藏其下各层的存在

Note

2和3体现了单向依赖关系

• 优点

  • 易保证系统的正确性
  • 易于理解和维护
  • 易于扩充

• 缺点

  • 系统效率低

双模式系统结构示意图如下：

请思考：

1. 进程调度程序、时钟中断处理程序和命令解释程序哪种模式下执行?

进程调度程序：内核模式

时钟中断处理：内核模式

命令解释程序：用户模式

进程调度程序属于系统调用，时钟中断处理属于中断，而发生中断、陷阱或系统调用时，处理器是置于内核模式的。命令解释程序属于接口命令，因此属于用户模式。

2. 系统调用时的模式切换过程?

一个运行态的用户进程在执行系统调用命令之后

1. 向操作系统传递各种参数

2. 执行陷入指令，保存现场，操作系统由用户态转变为内核态

3. 进程开始执行系统调用

4. 如果系统调用的内容为调度CPU以外的系统资源，则分为以下两种情况：

   1. 资源空闲，可以直接使用，则进程使用资源，同时保存现场，转为阻塞态，当使用完资源时，资源向进程发出信号，进程转为就绪态
   2. 资源被占用，需要排队，则进程开始排队，同时保存现场，转为阻塞态，当排到该进程时，转为就绪态，然后当等待到CPU时，转为情况1

5. 资源使用完成，释放资源，恢复现场

6. 系统调用完成，返回用户态

四、微内核

实现思想：在操作系统内核中只留下一些最基本的功能，而将其它服务尽可能地从内核中分离出去，用若干个运行在用户态的服务器进程来实现，形成“客户/服务器模式”。普通用户进程通过内核向服务器进程发送请求。

• 机制与策略

  • 机制：实现某一功能的具体执行机构——怎么做
  • 策略：方法或原则，用以优化功能实现——做什么
  • 机制与策略的分离：如基于优先级的进程调度中，选择进程，为之分配处理机，使之运行属于机制部分；而为每个进程设定优先级则属于策略部分。

• 微内核的基本功能

  • 进程管理
  • 低级存储器管理
  • 中断和陷入处理

• 优点

  • 增强了系统的可扩展性
  • 增强了系统的可靠性
  • 可移植性好
  • 提供了对分布式系统的支持

• 缺点

  • 运行效率有所降低：消息传递开销+模式切换开销