操作系统复习篇（2）——操作系统结构

第二章 操作系统结构

基本内容分为：操作系统为用户、进程和其他系统提供的服务；组织操作系统的不同方法

操作系统服务

（以下服务为提高系统高效运行）

• 用户界面（UI）：命令行界面（CLI）和图形用户界面（GUI）
• 程序执行（Program execution）：系统能将程序装入到内存并运行，程序能够结束执行，包括正常结束跟非正常结束
• I/O操作（I/O operation）：用户无法直接控制I/O设备，只能由操作系统提供相关方法
• 文件系统操作（File-system manipulation）：见后面章节
• 通信（Communications）：同一计算机的不同进程、不同计算机的进程之间的通信。共享内存或者消息交换技术来实现
• 错误检测（Error detection）：需要知道错误发生的位置，以及根据位置决定采取何种适当的动作

（以下服务为提高效率）

• 资源分配（Resource allocation）：为每一个作业分配资源
• 统计（Accounting）：记录用户所用资源
• 保护和安全（Protection and security）：通过一定的信息，获取资源或者其他进程的权限

操作系统的用户界面

命令解释程序

• 有多种Shell
• 作用：获取并执行用户指定的下一条指令
• 大多采用识别指令并装入内存，调用相关的系统调用即可

图形化界面

• 基于鼠标的窗口和菜单系统作为接口

系统调用（system call）

• 调用一般用C或C++来实现的
• 一般直接通过更上一层的API来编辑程序，而不是底层的系统调用

系统调用类型

• 系统调用可分为五大类：进程控制、文件管理、设备管理、信息维护和通信
• 进程管理：需要能够正常或者非正常中断其执行
• 文件管理：创建、删除、打开、关闭、读写、重定位
• 设备管理
• 信息维护
• 通信：两种方式是消息传递模型和共享内存模型
  
  1. 消息传递模型：先通过主机名或进程名进行连接，在进行消息的传递
  2. 共享内存模型：通过读写公共区域来交换信息

系统程序

• 文件管理：创建、删除、复制、重命名、打印、转储、列出和操作文件和目录
• 状态信息：从系统得到有关计算机的一些相关详细信息
• 文件修改
• 多种程序语言支持
• 程序装入和执行
• 通信
• 系统工具的相关定义

操作系统设计和实现

• 区分用户目标和系统目标
• 策略和机制：机制决定如何做，策略决定做什么；策略随时间跟位置会变换，相应的机制也会发生改变

操作系统的结构

• 简单结构：没有划分板块
• 分层方法：底层为硬件，最高层为用户程序接口，每一层通过利用较低一层来实现；优点是构造和调试的简单化；缺点是多层划分带来参数调用的额外开销
• 微内核：只包括最小的进程和内存管理以及通信功能，优点是提供更好的安全性和可靠新，缺点是系统总开销大
• 模块划分

虚拟机

• 硬件实现共享（CPU、内存、磁盘、网卡等）
• 实现：虚拟软件运行在内核模式；虚拟机运行在用户模式上

系统生成

系统启动

• 启动操作系统
• 引导系统：将操作系统装入内核以启动程序
• 或者引导程序或者引导装载程序