1梧奢、不斷提高計(jì)算機(jī)資源的利用率

在計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特別昂貴演痒，人們必須千方百計(jì)地提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種資源的利用率亲轨，這就是 OS 最初發(fā)展的推動(dòng)力。由此形成了能自動(dòng)地對(duì)一批作業(yè)進(jìn)行處理的多道批處理系統(tǒng)鸟顺。

2惦蚊、方便用戶

為了解決用戶在上機(jī)、調(diào)試程序時(shí)的不方便等問題讯嫂，便形成了允許進(jìn)行人機(jī)交互的分時(shí)系統(tǒng)蹦锋，或稱為多用戶系統(tǒng)。極大地方便了用戶使用計(jì)算機(jī)欧芽。

3莉掂、器件的不斷更新?lián)Q代

4、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展

單處理機(jī)系統(tǒng)發(fā)展為多處理機(jī)系統(tǒng)千扔，相應(yīng)的憎妙，操作系統(tǒng)也就由單處理機(jī) OS 發(fā)展為多處理 OS。

當(dāng)出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后曲楚，配置在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生厘唾，它不僅能有效地管理好網(wǎng)絡(luò)中的共享資源，而且還向用戶提供了許多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)龙誊。

1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程

1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1抚垃、人工操作方式

由程序員將事先已穿孔(對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片輸入機(jī))，再啟動(dòng)它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，然后啟動(dòng)計(jì)

算機(jī)運(yùn)行讯柔。當(dāng)程序運(yùn)行完畢并取走計(jì)算結(jié)果之后，才讓下一個(gè)用戶上機(jī)护昧。

缺點(diǎn)：1）用戶獨(dú)占全機(jī)魂迄。2）CPU 等待人工操作。

人工操作方式嚴(yán)重降低了計(jì)算機(jī)資源的利用率惋耙，此即所謂的人機(jī)矛盾捣炬。為了緩和此矛盾，曾先后出現(xiàn)了通道技術(shù)绽榛，緩沖技術(shù)湿酸，但都未能很好地解決上述矛盾，直至后來引入了脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)灭美，才獲得了較為令人滿意的結(jié)果推溃。

2、脫機(jī)輸入/輸出方式

該技術(shù)是事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片機(jī))届腐，在一臺(tái)外圍機(jī)的控制下铁坎，把紙帶(卡片)上的數(shù)據(jù)(程序)輸入到磁帶上。當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)犁苏，再從磁帶上將其高速地調(diào)入內(nèi)存硬萍。

類似地，當(dāng)CPU需要輸出時(shí)围详，可由CPU直接高速地把數(shù)據(jù)從內(nèi)存送到磁帶上朴乖，然后再在另一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，將磁帶上的結(jié)果通過相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出助赞。圖1-3示出了脫機(jī)輸入/輸出過程买羞。由于程序和數(shù)據(jù)的輸入和輸出都是在外圍機(jī)的控制下完成的，或者說嫉拐，它們是在脫離主機(jī)的情況下進(jìn)行的哩都，故稱為脫機(jī)輸入/輸出方式;反之，在主機(jī)的直接控制下進(jìn)行輸入/輸出的方式稱為聯(lián)機(jī)輸入/輸出(On-Line I/O)方式婉徘。

[圖片上傳失敗...(image-8a792e-1538016970342)]

優(yōu)點(diǎn)：

1）減少了 CPU 的空閑時(shí)間漠嵌。裝帶卸帶以及將數(shù)據(jù)從低速 I/O設(shè)備送到高速磁帶上，都是在脫機(jī)情況下進(jìn)行的盖呼，并不占用主機(jī)時(shí)間儒鹿，從而有效地減少了 CPU 的空閑時(shí)間，緩和了人機(jī)矛盾几晤。

2）提高了 I/O 速度约炎。當(dāng) CPU 在運(yùn)行中需要數(shù)據(jù)時(shí)，是直接從高速的磁帶上將數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存的，不再是低速 I/O 設(shè)備上輸入圾浅，極大地提高了 I/O 速度掠手，從而緩和了 CPU 和 I/O 設(shè)備速度不匹配的矛盾狸捕，進(jìn)一步減少了 CPU 的空閑時(shí)間。

1.2.2 單批道處理系統(tǒng)

1.單批道處理系統(tǒng)的處理過程

把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上做祝，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)督程序(Monitor)，在它的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)處理鸡岗。

[圖片上傳失敗...(image-c3c72-1538016970342)]

單道批處理系統(tǒng)是在解決人機(jī)矛盾以及 CPU 與 I/O 設(shè)備速度不匹配問題的過程中形成的轩性。批處理系統(tǒng)旨在提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量声登。

2、單道批處理系統(tǒng)的特征

1）自動(dòng)性揣苏。在順利情況下舒岸，在磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地逐個(gè)地依次運(yùn)行，而無需人工干預(yù)俄认。

2）順序性洪乍。在磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存壳澳，各道作業(yè)的完成順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序，在正常情況下完全相同萎津，亦即先調(diào)入內(nèi)存的作業(yè)先完成锉屈。

3）單道性垮耳。內(nèi)存中僅有一道程序運(yùn)行，即監(jiān)督程序每次從磁帶上只調(diào)入一道程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行雾家，當(dāng)該程序完成或發(fā)生異常情況時(shí)绍豁，才換入其后繼程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行。

1.2.3 多道批處理系統(tǒng)

1、多道批處理系統(tǒng)的基本概念

在該系統(tǒng)中鬼佣，用戶所提交的作業(yè)都先存放在外村上并排成一個(gè)隊(duì)列霜浴，稱為“后備隊(duì)列”；然后晌纫，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存锹漱，使它們共享 CPU 和系統(tǒng)中的各種資源慕嚷。

在 OS 中引入多道批處理系統(tǒng)有以下好處：

1）提高 CPU 的利用率喝检。2）可提高內(nèi)存和 I/O 設(shè)備利用率。3）增加系統(tǒng)吞吐量澡谭。

2损俭、多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

1）資源利用率高。由于在內(nèi)存中駐留了多道程序外永，它們共享資源伯顶，可保持資源處于忙碌狀態(tài)，從而使各種資源得以充分利用祭衩。

2）系統(tǒng)吞吐量大掐暮。系統(tǒng)吞吐量是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所完成的總工作量路克。能提高系統(tǒng)吞吐量的主要原因可歸結(jié)為:第一精算，CPU和其它資源保持“忙碌”狀態(tài);第二，僅當(dāng)作業(yè)完成時(shí)或運(yùn)行不下去時(shí)才進(jìn)行切換驮履，系統(tǒng)開銷小玫镐。

3）平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長恐似。作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間是指從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始蹂喻，直至其完成并退出系統(tǒng)為止所經(jīng)歷的時(shí)間捂寿。在批處理系統(tǒng)中秦陋，由于作業(yè)要排隊(duì)驳概，依次進(jìn)行處理顺又，因而作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間較長，通常需幾個(gè)小時(shí)蹂空，甚至幾天上枕。

4）無交互能力辨萍。用戶一旦把作業(yè)提交給系統(tǒng)后锈玉，直至作業(yè)完成，用戶都不能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互师崎，這對(duì)修改和調(diào)試程序是極不方便的。

3土陪、多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題鬼雀。

1）處理機(jī)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

1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)

1.分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生

1）便于人-機(jī)交互源哩。 2）可以共享主機(jī)励烦。 3）便于用戶上機(jī)坛掠。

定義：分時(shí)系統(tǒng)是指 在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端治筒，同事允許多個(gè)用戶通過自己的終端耸袜，以交互方式使用計(jì)算機(jī)堤框，共享主機(jī)中的資源。

2藐窄、分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題

1）及時(shí)接收荆忍。要及時(shí)接收用戶鍵入的命令刹枉，只需在系統(tǒng)中配置一個(gè)多路卡屈呕。多路卡的作用是是主機(jī)能同事接收各用戶從終端上輸入的數(shù)據(jù)虎眨。

2）及時(shí)處理嗽桩。人機(jī)交互的關(guān)鍵碌冶，是使用戶鍵入命令后能及時(shí)地控制自己作業(yè)的運(yùn)行扑庞，或修改自己的作業(yè)罐氨。

3栅隐、分時(shí)系統(tǒng)的特征

1）多路性约啊。允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)連接多臺(tái)聯(lián)機(jī)終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)记盒。多路性即同時(shí)性纪吮，它提高了資源利用率碾盟，降低了使用費(fèi)用冰肴，從而促進(jìn)了計(jì)算機(jī)更廣泛的使用熙尉。

2）獨(dú)立性检痰。每個(gè)用戶各占一個(gè)終端铅歼，彼此獨(dú)立操作椎椰，互不干擾俭识。

3）及時(shí)性套媚。用戶的請(qǐng)求能在很短的時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)堤瘤。

4）交互性本辐。用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話慎皱。其廣泛性表現(xiàn)在：用戶可以請(qǐng)求系統(tǒng)提供多方面的服務(wù)茫多，如：文件編輯天揖，數(shù)據(jù)處理和資源共享等今膊。

1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求斑唬，在規(guī)定的事件內(nèi)完成對(duì)該事件的處理赖钞，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致的運(yùn)行雪营。

1献起、應(yīng)用需求

1）實(shí)時(shí)控制谴餐。2）實(shí)時(shí)信息處理岂嗓。

2厌殉、實(shí)時(shí)任務(wù)

1）按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分

①周期性實(shí)時(shí)任務(wù)公罕。外部設(shè)備周期性地發(fā)出激勵(lì)信號(hào)給計(jì)算機(jī)楼眷，要求它按指定周期循環(huán)執(zhí)行罐柳，以便周期性地控制某外部設(shè)備张吉。

②非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)芦拿。外部設(shè)備發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)并無明顯周期，但都聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間扰藕。它又可分為開始截止時(shí)間（某任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行）和完成截止時(shí)間（某任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成）兩部分邓深。

2）根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來劃分

①硬實(shí)時(shí)任務(wù)芥备。系統(tǒng)必須滿足對(duì)截止時(shí)間的要求萌壳，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果袱瓮。

②軟實(shí)時(shí)任務(wù)尺借。它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間燎斩，但并不嚴(yán)格栅表，若偶爾錯(cuò)過了任務(wù)的截止時(shí)間局装，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會(huì)很大铐尚。

3宣增、實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較

1）多路性爹脾。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的多路性主要表現(xiàn)在系統(tǒng)周期性地對(duì)多路現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集，以及對(duì)多個(gè)對(duì)象或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制落竹。而分時(shí)系統(tǒng)中的多路性則與用戶情況有關(guān)述召，時(shí)多時(shí)少积暖。

2）獨(dú)立性夺刑。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)中的每個(gè)終端用戶在向shishixitong 提出服務(wù)請(qǐng)求時(shí)性誉，是彼此獨(dú)立地操作错览，互不干擾倾哺；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中羞海，對(duì)信息的采集和對(duì)對(duì)象的控制也都是彼此互不干擾却邓。

3）及時(shí)性腊徙。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)類似，都是以人所能接受的等待時(shí)間來確定的;而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的及時(shí)性民傻，則是以控制對(duì)象所要求的開始截止時(shí)間或完成截止時(shí)間來確定的漓踢，一般為秒級(jí)到毫秒級(jí)牵署，甚至有的要低于100微秒。

4）交互性喧半。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)雖然也具有交互性碟刺，但這里人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。它不像分時(shí)系統(tǒng)那樣能向終端用戶提供數(shù)據(jù)處理和資源共享等服務(wù)薯酝。

5）可靠性半沽。分時(shí)系統(tǒng)雖然也要求系統(tǒng)可靠吴菠，但相比之下者填，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)具有高度的可靠性。因?yàn)槿魏尾铄e(cuò)都可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失做葵，甚至是無法預(yù)料的災(zāi)難性后果占哟，所以在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，往往都采取了多級(jí)容錯(cuò)措施來保障系統(tǒng)的安全性及數(shù)據(jù)的安全性酿矢。

1.2.6 微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展

1榨乎、單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)

2、單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)

3瘫筐、多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)

1.3 操作系統(tǒng)的基本特性

并發(fā)蜜暑、共享、虛擬策肝、異步肛捍。

并發(fā)特征是操作系統(tǒng)最重要的特征，其他三個(gè)特征都是以并發(fā)特征為前提的之众。

1.3.1 并發(fā)性

1拙毫、并行與并發(fā)

并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生棺禾。

2缀蹄、引入進(jìn)程

進(jìn)程是指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，它是由一組機(jī)器指令膘婶、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的缺前。是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體。

通常的程序是靜態(tài)實(shí)體竣付，在多道程序系統(tǒng)中诡延，它們是不能獨(dú)立運(yùn)行的滞欠，更不能和其它程序并發(fā)執(zhí)行古胆。在操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的，就是為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行。

引入進(jìn)程事實(shí)上可以在內(nèi)存中存放多個(gè)用戶程序逸绎，分別為它們建立進(jìn)程后惹恃，這些程序可以并發(fā)執(zhí)行，亦即實(shí)現(xiàn)多道程序運(yùn)行棺牧。這樣能極大提高系統(tǒng)資源的利用率巫糙，增加系統(tǒng)的吞吐量。

3颊乘、引入線程

通常在一個(gè)進(jìn)程中可以包含若干個(gè)線程参淹，它們可以利用進(jìn)程所擁有的資源。在引入線程的 OS 中乏悄，通常都是把進(jìn)程作為分配資源的基本單位浙值，而把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。

1.3.2 共享性

在操作系統(tǒng)環(huán)境下檩小，共享 是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)的進(jìn)程功能使用开呐，相應(yīng)地，把這種資源共同使用成為資源共享规求，或成為資源復(fù)用筐付。

目前主要實(shí)現(xiàn)資源復(fù)用的方式有：

1）互斥共享方式

2）同時(shí)訪問方式

1.3.3 虛擬技術(shù)

操作系統(tǒng)中的所謂“虛擬”，是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物阻肿。物理實(shí)體是實(shí)的瓦戚，即實(shí)際存在的，而后者是虛的丛塌，近視用戶感受上的東西伤极。相應(yīng)的，用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)成為虛擬技術(shù)姨伤。在操作系統(tǒng)中利用了兩種方式實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)哨坪，即時(shí)分復(fù)用技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù)。

1乍楚、時(shí)分復(fù)用技術(shù)

時(shí)分復(fù)用当编，亦即分時(shí)使用方式

1）虛擬處理機(jī)技術(shù)

2）虛擬設(shè)備技術(shù)

2、空分復(fù)用技術(shù)

1）虛擬磁盤技術(shù)

2）虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)

1.3.4 異步性

進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)徒溪，此即進(jìn)程的異步性忿偷。但只要在操作系統(tǒng)中配置有完善的進(jìn)程同步機(jī)制，且運(yùn)行環(huán)境相同臊泌，作業(yè)經(jīng)多次運(yùn)行都會(huì)獲得完全相同的結(jié)果鲤桥。因此，異步運(yùn)行方式是允許的渠概，而且是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要特征茶凳。

1.4 操作系統(tǒng)的主要功能

操作系統(tǒng)的主要任務(wù)嫂拴，是為多道程序的運(yùn)行提供良好的運(yùn)行環(huán)境，以保證多道程序能有條不紊的贮喧、高效的運(yùn)行筒狠，并能最大限度的提高系統(tǒng)中各種資源的利用率和方便用戶的使用。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)箱沦，操作系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：處理機(jī)管理辩恼，存儲(chǔ)器管理，設(shè)備管理和文件管理谓形。

1.4.1 處理機(jī)管理功能

處理機(jī)管理的主要功能是創(chuàng)建和撤銷進(jìn)程灶伊，對(duì)諸進(jìn)程的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的信息交換寒跳，以及按照一定的算法把處理及分配給進(jìn)程谁帕。

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)程冯袍，撤銷已結(jié)束的進(jìn)程匈挖，以及控制進(jìn)程在運(yùn)行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

2康愤、進(jìn)程同步

進(jìn)程同步的主要任務(wù)是為多個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)儡循。有兩種協(xié)調(diào)方式：

1）進(jìn)程互斥方式：這是指諸進(jìn)程在對(duì)臨界資源進(jìn)行訪問時(shí)，應(yīng)采用互斥方式征冷；

2）進(jìn)程同步方式：這是指在相互合作去完成功能任務(wù)的諸進(jìn)程間择膝，由同步機(jī)構(gòu)對(duì)他們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。

3检激、進(jìn)程通信

在多道程序環(huán)境下肴捉，為了加速應(yīng)用程序的運(yùn)行，應(yīng)在系統(tǒng)中建立多個(gè)進(jìn)程叔收，并且再為一個(gè)進(jìn)程建立若干個(gè)線程齿穗，由這些進(jìn)程(線程)相互合作去完成一個(gè)共同的任務(wù)。

4饺律、調(diào)度

1）作業(yè)調(diào)度

作業(yè)調(diào)度的基本任務(wù)是從后備隊(duì)列中按照一定的算法窃页，選擇出若干個(gè)作業(yè)，為他們分配運(yùn)行所需的資源复濒。在將他們調(diào)入內(nèi)存后脖卖，便分別為他們建立進(jìn)程，使他們都成為可能獲得處理機(jī)的就緒進(jìn)程巧颈，并按照一定的算法將他們插入就緒隊(duì)列畦木。

2）進(jìn)程調(diào)度

進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)是從進(jìn)程的就緒隊(duì)列中，按照一定的算法選出一個(gè)進(jìn)程砸泛，把處理機(jī)分配給它十籍，并為它設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)蛆封，使進(jìn)程投入執(zhí)行。值得提出的是妓雾，在多線程OS中娶吞，通常是把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和分配處理機(jī)的基本單位垒迂，為此械姻，須把就緒線程排成一個(gè)隊(duì)列，每次調(diào)度時(shí)机断，是從就緒線程隊(duì)列中選出一個(gè)線程楷拳，把處理機(jī)分配給它。

1.4.2 存儲(chǔ)器管理功能

存儲(chǔ)器的主要任務(wù)是為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境吏奸，方便用戶使用存儲(chǔ)器欢揖，提高存儲(chǔ)器的利用率以及能從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。

1奋蔚、內(nèi)存分配

內(nèi)存分配的主要任務(wù)是為每道程序分配內(nèi)存空間她混，使它們“各得其所”；提高存儲(chǔ)器的利用率泊碑，以減少不可用的內(nèi)存空間坤按；允許正在運(yùn)行的程序申請(qǐng)附加的內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)增長的需要馒过。

為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配臭脓，在內(nèi)存分配的機(jī)制中應(yīng)具有這樣的結(jié)構(gòu)功能：

1）內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間的使用情況腹忽，作為內(nèi)存分配的依據(jù)来累。

2）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)存空間窘奏。

3）內(nèi)存回收功能嘹锁。系統(tǒng)對(duì)用用戶不再需要的內(nèi)存，通過用戶的釋放請(qǐng)求去完成系統(tǒng)的回收功能着裹。

2兼耀、內(nèi)存保護(hù)

內(nèi)存保護(hù)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(yùn)行，彼此互不干擾求冷；決不允許用戶程序訪問操作系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)瘤运；也決不允許用戶程序轉(zhuǎn)移到非共享的其他用戶程序中去執(zhí)行。

3匠题、地址映射

4拯坟、內(nèi)存擴(kuò)充

為了能在邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存，系統(tǒng)必須具有內(nèi)存擴(kuò)充機(jī)制韭山，用于實(shí)現(xiàn)下述各功能：

1）請(qǐng)求調(diào)入功能郁季。

允許在裝入一部分用戶程序和數(shù)據(jù)的情況下冷溃，便能啟動(dòng)該程序運(yùn)行。在程序運(yùn)行過程中梦裂，若發(fā)現(xiàn)要繼續(xù)運(yùn)行時(shí)所需的程序和數(shù)據(jù)尚未裝入內(nèi)存似枕，可向OS發(fā)出請(qǐng)求，由OS從磁盤中將所需部分調(diào)入內(nèi)存年柠，以便繼續(xù)運(yùn)行凿歼。

2）置換功能。

若發(fā)現(xiàn)在內(nèi)存中已無足夠的空間來裝入需要調(diào)入的程序和數(shù)據(jù)時(shí)冗恨，系統(tǒng)應(yīng)能將內(nèi)存中的一部分暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)調(diào)至盤上答憔，以騰出內(nèi)存空間，然后再將所需調(diào)入的部分裝入內(nèi)存掀抹。

1.4.3 設(shè)備管理功能

完成用戶進(jìn)程提出的 I/O 請(qǐng)求虐拓；為用戶進(jìn)程分配所需的 I/O 設(shè)備；提高 I/O 設(shè)備和 CPU 的利用率傲武；提高 I/O 速度蓉驹；方便用戶使用 I/O 設(shè)備。

設(shè)備管理應(yīng)具有：緩沖管理揪利，設(shè)備分配态兴，設(shè)備處理以及虛擬設(shè)備等功能。

1土童、緩沖管理：

2诗茎、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(qǐng)求、系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況以及按某種設(shè)備的分配策略献汗，為之分配其所需的設(shè)備敢订。

3、設(shè)備處理：

設(shè)備處理的基本任務(wù)是用于實(shí)現(xiàn) CPU 和設(shè)備控制之間的通信罢吃。

4楚午、虛擬設(shè)備：

1.4.4 文件管理功能

文件管理的主要任務(wù)是對(duì)用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用尿招，并保證文件的安全性矾柜。

為此，文件管理應(yīng)具有對(duì)文件存儲(chǔ)空間的管理就谜、目錄管理怪蔑、文件的讀/寫管理，以及文件的共享與保護(hù)等功能丧荐。

1缆瓣、文件存儲(chǔ)空間的管理

為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高外存利用率虹统，并能有助于提高文件系統(tǒng)的存弓坞、取速度隧甚。

2、目錄管理

為每個(gè)文件建立其目錄項(xiàng)渡冻，并對(duì)眾多的目錄項(xiàng)加以有效的組織戚扳，以實(shí)現(xiàn)方便的按名存取，即用戶只需提供文件名便可對(duì)該文件進(jìn)行存取族吻。

3帽借、文件的讀/寫管理和保護(hù)

1）文件的讀、寫管理

根據(jù)用戶的請(qǐng)求呼奢，從外存中讀取數(shù)據(jù)宜雀，或?qū)?shù)據(jù)寫入外存切平。

2）文件保護(hù)

①防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件

②防止冒名頂替存取文件

③防止以不正確的方式使用文件

1.4.5 操作系統(tǒng)與用戶之間的接口

用戶與操作系統(tǒng)的接口：

1、用戶接口

它是提供給用戶使用的接口，用戶可通過該接口取得操作系統(tǒng)的服務(wù)伐坏。

1）聯(lián)機(jī)用戶接口

為聯(lián)機(jī)用戶提供掠廓，它由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成。

2）脫機(jī)用戶接口

為批處理作業(yè)的用戶提供的苔严，故也稱批處理用戶接口定枷。該接口由一組作業(yè)控制語言（JCL）組成。批處理作業(yè)的用戶不能直接與自己的作業(yè)交互作用届氢，只能委托系統(tǒng)代替用戶對(duì)作業(yè)進(jìn)行干預(yù)和控制欠窒。這里的作業(yè)控制語言 JCL 便是把需要對(duì)作業(yè)進(jìn)行的控制和干預(yù)事先寫在作業(yè)說明書上，然后將作業(yè)和作業(yè)說明書一起提供給系統(tǒng)退子。

3）圖形用戶接口

圖形用戶接口采用了圖形化的操作界面岖妄，用非常容易識(shí)別的各種圖標(biāo)將系統(tǒng)的各項(xiàng)功能、各種應(yīng)用程序和文件寂祥，直觀荐虐、逼真的表示出來。

2丸凭、程序接口

是為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置的福扬，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的唯一途徑。

1.5 OS 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.5.1 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1惜犀、無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)

早起開發(fā)系統(tǒng)時(shí)铛碑，設(shè)計(jì)者只是把注意力放在功能的實(shí)現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設(shè)計(jì)思想虽界，此時(shí)的 OS 是為數(shù)眾多的一組過程的集合汽烦，每個(gè)過程可以任意的相互調(diào)用其他過程，致使操作系統(tǒng)內(nèi)部既復(fù)雜又混亂浓恳，因此刹缝，這種 OS 是無結(jié)構(gòu)的碗暗，也有人把它稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2梢夯、模塊化結(jié)構(gòu) OS

1）基本概念：該技術(shù)是基于“分解”和“模塊化”原則來控制大型軟件的復(fù)雜度言疗。為使 OS 具有較清晰的結(jié)構(gòu)，按其功能劃分為若干個(gè)具有一定獨(dú)立性和大小的模塊颂砸；每個(gè)模塊具有某方面的功能噪奄，并仔細(xì)規(guī)定好各模塊間的接口。若子模塊過大人乓，可以再進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)分勤篮。這種設(shè)計(jì)方法稱為模塊-接口法，由此構(gòu)成的操作系統(tǒng)就是具有模塊化結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)色罚。如圖1-6：

[圖片上傳失敗...(image-3d6675-1538016970342)]

2）模塊的獨(dú)立性：如果再劃分模塊時(shí)碰缔，將模塊劃分的太小，雖然可以降低模塊本身的復(fù)雜性戳护，但會(huì)引起模塊之間的聯(lián)系過多金抡，而會(huì)造成系統(tǒng)混亂；如果模塊劃分的過大腌且，又會(huì)增加模塊內(nèi)部的復(fù)雜性梗肝，使內(nèi)部的聯(lián)系增加。因此在劃分模塊時(shí)铺董，應(yīng)在兩者間進(jìn)行權(quán)衡：

①內(nèi)聚性：指模塊內(nèi)部各部分之間的緊密程度巫击，內(nèi)聚性越高，模塊的獨(dú)立性越強(qiáng)精续。

②耦合度：指模塊間相互聯(lián)系和相互影響的程度坝锰，耦合度越低、模塊化的獨(dú)立性越好驻右。

3）模塊接口法的優(yōu)缺點(diǎn)：

①提高 OS 設(shè)計(jì)的正確性什黑、可理解性和可維護(hù)性。

②增強(qiáng) OS 的適應(yīng)性堪夭。

③加速 OS 的開發(fā)過程愕把。

模塊化結(jié)構(gòu)存在的問題：

①在OS 設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)各模塊間的接口規(guī)定很難滿足在模塊完成后對(duì)接口的實(shí)際需求森爽。

②在模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中恨豁，各模塊的設(shè)計(jì)齊頭并進(jìn)，無法尋找到一個(gè)可靠的決定順序爬迟，造成各種無法決定的“無序性”橘蜜，使設(shè)計(jì)人員很難做到“設(shè)計(jì)中的每一步?jīng)Q定都是建立在可靠地基礎(chǔ)上”，故模塊-接口法又被稱為“無序模塊法”。

3计福、分層式結(jié)構(gòu) OS

1）基本概念：為了將模塊―接口法中“決定順序”的無序性變?yōu)橛行蛐缘Γ肓擞行蚍謱臃ā７謱臃ǖ脑O(shè)計(jì)任務(wù)是象颖，在目標(biāo)系統(tǒng)An和裸機(jī)系統(tǒng)(又稱宿主系統(tǒng))A0之間佩厚，鋪設(shè)若干個(gè)層次的軟件A1、A2说订、A3抄瓦、...、An-1陶冷，使An通過An-1钙姊、An-2、...埂伦、A2煞额、A1層，最終能在A0上運(yùn)行赤屋。在操作系統(tǒng)中立镶，常采用自底向上法來鋪設(shè)這些中間層壁袄。
自底向上的分層設(shè)計(jì)的基本原則是：每一步設(shè)計(jì)都是建立在可靠的基礎(chǔ)上类早。為此規(guī)定，每一層僅能使用其底層所提供的功能和服務(wù)嗜逻。

2）分層結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：
①易保證系統(tǒng)的正確性涩僻。自上而下的設(shè)計(jì)方式，是所有的設(shè)計(jì)中的決定都是有序的栈顷，或者說是建立在較為可靠的基礎(chǔ)上逆日，這樣比較容易保證整個(gè)系統(tǒng)的正確性。
②易擴(kuò)充和易維護(hù)性萄凤。在系統(tǒng)中增加室抽、修改或替換一個(gè)層次中的模塊或整個(gè)層次，只要不改變相應(yīng)層次間的接口靡努，就不會(huì)影響其它層次坪圾，這必將使系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)充變得更加容易。

分層結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)：系統(tǒng)效率降低了惑朦。由于層次結(jié)構(gòu)是分層單向依賴的兽泄，因此必須在相鄰層之間都要建立層次間的通信機(jī)制，OS 每執(zhí)行一個(gè)功能漾月，通常要自上而下地穿越多個(gè)層次病梢，這無疑會(huì)增加系統(tǒng)的通信開銷，從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率的降低梁肿。

1.5.2 客戶/服務(wù)器模式

客戶/服務(wù)器（Client/Server）模式可簡稱為 C/S 模式蜓陌，在20世紀(jì)90年代已風(fēng)靡全球觅彰，不論是LAN，還是企業(yè)網(wǎng)钮热，以及Internet所提供的多種服務(wù)缔莲，都廣泛采用了客戶/服務(wù)器模式。

1霉旗、客戶/服務(wù)器模式的組成

客戶/服務(wù)器系統(tǒng)主要由客戶機(jī)痴奏、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個(gè)部分組成。

1）客戶機(jī)：通常在一個(gè)LAN網(wǎng)絡(luò)上連接有多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)工作站(簡稱客戶機(jī))厌秒，每臺(tái)客戶機(jī)都是一個(gè)自主計(jì)算機(jī)读拆，具有一定的處理能力，客戶進(jìn)程在其上運(yùn)行鸵闪，平時(shí)它處理一些本地業(yè)務(wù)檐晕，也可發(fā)送一個(gè)消息給服務(wù)器，以請(qǐng)求某項(xiàng)服務(wù)蚌讼。

2）服務(wù)器：通常是一臺(tái)規(guī)模較大的機(jī)器辟灰，在其上駐留有網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等，它應(yīng)能為網(wǎng)上所有的用戶提供一種或多種服務(wù)篡石。

3）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：用于連接所有客戶機(jī)和服務(wù)器芥喇，實(shí)現(xiàn)它們之間通信和網(wǎng)絡(luò)資源共享的系統(tǒng)。

2凰萨、客戶/服務(wù)器之間的交互

1）客戶發(fā)送請(qǐng)求消息

2）服務(wù)器接收消息

3）服務(wù)器回送消息

4）客戶機(jī)接收消息

3继控、客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)

1）數(shù)據(jù)的分布處理和存儲(chǔ)

2）便于集中管理

3）靈活性和可擴(kuò)充性

4）易于改編的應(yīng)用軟件

1.5.3 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)

1、面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念

所謂對(duì)象胖眷，是指在現(xiàn)實(shí)世界中具有相同屬性武通、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(duì)象的實(shí)例珊搀。

1）對(duì)象
在面向?qū)ο蟮募夹g(shù)中冶忱，是利用被封裝的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（變量）和一組對(duì)它進(jìn)行操作的過程（方法），來表示系統(tǒng)中的某個(gè)對(duì)象的境析。面向?qū)ο笾械姆椒ㄊ怯糜趫?zhí)行某種功能的過程囚枪，它可以改變對(duì)象的狀態(tài)，更新對(duì)象中的某些數(shù)據(jù)值或作用于對(duì)象所要訪問的外部資源簿晓。
對(duì)象中的變量（數(shù)據(jù)）對(duì)外是隱蔽的眶拉，因而外界不能對(duì)它直接進(jìn)行訪問，必須通過該對(duì)象中的一組方法（操作函數(shù)）對(duì)它進(jìn)行訪問憔儿。同樣對(duì)象中的一組方法實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)也是隱蔽的忆植，所以對(duì)象中的變量可以得到很好的保護(hù)，而不會(huì)允許未經(jīng)授權(quán)者使用和不正確的操作。

2）對(duì)象類
定義了一組變量和針對(duì)該變量的一組方法朝刊，用它們來描述一組對(duì)象的功能屬性和行為耀里。類是在對(duì)象上的抽象，對(duì)象則是類的實(shí)例拾氓。對(duì)象類中所定義的變量在實(shí)例中均有具體的值冯挎。

3）繼承 在面向?qū)ο蟮募夹g(shù)中，可以根據(jù)已有的類來定義一個(gè)新的類咙鞍，新的類被稱為子類（B）房官，原來的類被稱為父類（A）。如圖1-9：

[圖片上傳失敗...(image-de78be-1538016970342)]

繼承是父類和子類之間共享變量和方法的機(jī)制续滋，該機(jī)制規(guī)定翰守，子類自動(dòng)繼承父類中定義的變量和方法，并允許子類在增加新的內(nèi)容疲酌。一個(gè)父類可以定義多個(gè)子類蜡峰，它們分別是父類的某種特例，父類描述了子類的公共變量和方法朗恳，這些子類又可以定義自己的子類湿颅，通過此途徑可以生成一個(gè)繼承的層次。另外粥诫，也允許一個(gè)子類有兩個(gè)父類或者多個(gè)父類油航，它可以從多個(gè)父類獲得繼承，此時(shí)成為“多重繼承”臀脏。

2劝堪、面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1）通過“重用”提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率

2）使系統(tǒng)具有更好的易修改性和易擴(kuò)展性
通過封裝，可隱蔽對(duì)象中的變量和方法揉稚，因而當(dāng)改變對(duì)象中的變量和方法時(shí)，不會(huì)影響到其他部分熬粗，從而可方便地修改老的對(duì)象類搀玖。另外，繼承是面向?qū)ο蠹夹g(shù)的重要特性驻呐，在創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象類時(shí)灌诅，通過利用繼承特性，可顯著地減少開發(fā)的時(shí)空開銷含末，使系統(tǒng)具有更好的易擴(kuò)展性和靈活性猜拾。

3）更易于保證系統(tǒng)的“正確性”和“可靠性”
對(duì)象是構(gòu)成操作系統(tǒng)的基本單元，由于可以獨(dú)立的對(duì)它進(jìn)行測(cè)試佣盒，易于保證每個(gè)對(duì)象的正確性和可靠性挎袜，因此也就別叫容易保證整個(gè)系統(tǒng)的正確性和可靠性。此外，封裝對(duì)對(duì)象類中的信息進(jìn)行了隱蔽盯仪，可以有效地防止對(duì)未經(jīng)授權(quán)者的訪問和用戶不正確的使用紊搪，有助于構(gòu)建更為安全的系統(tǒng)。

1.5.4 微內(nèi)核 OS 結(jié)構(gòu)

1全景、微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本概念

1）足夠小的內(nèi)核
在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中耀石，內(nèi)核是精心設(shè)計(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代 OS 最基本的核心功能部分爸黄。微內(nèi)核并非是一個(gè)完整的 OS滞伟，而只是操作系統(tǒng)中最基本的部分，它通常用于：①實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的處理炕贵；②實(shí)現(xiàn)一些較基本的功能诗良；③負(fù)責(zé)客戶和服務(wù)器之間的通信。

2）基于客戶/服務(wù)器模式
將操作系統(tǒng)中最基本的部件放入內(nèi)核中鲁驶，而把操作系統(tǒng)的絕大部分功能都放在微內(nèi)核外面的一組服務(wù)器（進(jìn)程）中實(shí)現(xiàn)鉴裹。例如用于提供對(duì)進(jìn)程（線程）進(jìn)行管理的進(jìn)程（線程）服務(wù)器，提供虛擬存儲(chǔ)器管理功能的虛擬存儲(chǔ)器服務(wù)器钥弯，提供 I/O 設(shè)備管理的 I/O 設(shè)備管理服務(wù)器等径荔。運(yùn)行在用戶態(tài)，客戶與服務(wù)器之間是借助微內(nèi)核提供的消息傳遞機(jī)制來實(shí)現(xiàn)信息交互的脆霎。如圖1-10：在單機(jī)環(huán)境下的客戶/服務(wù)器模式

[圖片上傳失敗...(image-69be12-1538016970342)]

3）應(yīng)用“機(jī)制與策略分離”原理
所謂機(jī)制总处，是指實(shí)現(xiàn)某一功能的具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而策略睛蛛，則是在機(jī)制的基礎(chǔ)上鹦马，借助于某些參數(shù)和算法來實(shí)現(xiàn)該功能的優(yōu)化，或達(dá)到不同的功能目標(biāo)忆肾。

4）采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)
操作系統(tǒng)是一個(gè)及其復(fù)雜的大型軟件系統(tǒng)荸频，可以基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的“抽象”和“隱蔽”原則控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，再進(jìn)一步利用“對(duì)象”客冈、“封裝”和“繼承”等概念來確保操作系統(tǒng)的“正確性”旭从、“可靠性”、“易修改性”场仲、“易擴(kuò)展性”等和悦，并提高操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度。

2渠缕、微內(nèi)核的基本功能

1）進(jìn)程（線程）管理
如何確定每類用戶（進(jìn)程）的優(yōu)先級(jí)鸽素，以及應(yīng)如何修改它們的優(yōu)先級(jí)等，都屬于策略問題亦鳞，可將它們放入微內(nèi)核外的進(jìn)程（線程）管理服務(wù)器中馍忽。

2）低級(jí)存儲(chǔ)器管理
通常在微內(nèi)核中棒坏，只配置最基本的低級(jí)存儲(chǔ)器管理機(jī)制。而實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)器管理的策略舵匾，則包含采取何種頁面置換算法俊抵，采用何種內(nèi)存分配與回收策略等，應(yīng)將這部分放在微內(nèi)核外的存儲(chǔ)器管理服務(wù)器中去實(shí)現(xiàn)坐梯。

3）中斷和陷入處理
大多數(shù)微內(nèi)核操作系統(tǒng)都是將與硬件緊密相關(guān)的一小部分放入微內(nèi)核中處理徽诲。此時(shí)微內(nèi)核的主要功能，是捕獲所發(fā)生的中斷和陷入事件吵血，并進(jìn)行相應(yīng)的前期處理谎替。如進(jìn)行中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，識(shí)別中斷和陷入類型蹋辅，然后將有關(guān)事件的信息轉(zhuǎn)換為消息后钱贯，發(fā)給相應(yīng)的服務(wù)器。由服務(wù)器根據(jù)中斷或陷入的類型侦另，調(diào)用相應(yīng)的處理程序來進(jìn)行后期處理秩命。
在微內(nèi)核 OS 中是將進(jìn)程管理，存期管理以及 I/O 管理這些功能一分為二褒傅，屬于極致的很小一部分放在微內(nèi)核中弃锐，另外絕大部分放在微內(nèi)核外的各種服務(wù)器中來實(shí)現(xiàn)。

3殿托、微內(nèi)核操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1）提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性
由于微內(nèi)核 OS 的許多功能是由相對(duì)獨(dú)立的服務(wù)器軟件來實(shí)現(xiàn)的霹菊，當(dāng)開發(fā)了新的硬件和軟件時(shí)，微內(nèi)核 OS 只需在相應(yīng)的服務(wù)器中增加新的功能支竹，或再增加一個(gè)專門的服務(wù)器旋廷。

2）增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性
由于微內(nèi)核是出于精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)格測(cè)試的，容易保證其正確性礼搁；另一方面是它提供了規(guī)范而精簡的應(yīng)用程序接口（API）饶碘，為微內(nèi)核外部的程序編制高質(zhì)量的代碼創(chuàng)造了條件。此外叹坦，由于所有服務(wù)器都是運(yùn)行在用戶態(tài)熊镣，服務(wù)器與服務(wù)器之間采用的是消息傳遞通信機(jī)制，因此募书，當(dāng)某個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，不會(huì)影響內(nèi)核测蹲，也不會(huì)影響其他服務(wù)器莹捡。

3）可移植性
在微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)中，所有與特定 CPU 和 I/O 設(shè)備硬件有關(guān)的代碼扣甲，均放在內(nèi)核和內(nèi)核下面的硬件隱藏層中篮赢，而操作系統(tǒng)其它絕大部分（即各種服務(wù)器）均與硬件平臺(tái)無關(guān)齿椅，因而，把操作系統(tǒng)移植到另一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)上所需的修改是比較小的启泣。

4）提供了對(duì)分布式系統(tǒng)的支持
由于在微內(nèi)核 OS 中涣脚，客戶和服務(wù)器之間以及服務(wù)器和服務(wù)器之間的通信，是采用消息傳遞通信機(jī)制進(jìn)行的寥茫，致使微內(nèi)核 OS 能很好地支持分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遣蚀。
事實(shí)上，只要在分布式系統(tǒng)中賦予所有進(jìn)程和服務(wù)器唯一的標(biāo)識(shí)符纱耻，在微內(nèi)核中再配置一張系統(tǒng)映射表（即進(jìn)程和服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符與它們所駐留的機(jī)器之間的對(duì)應(yīng)表）芭梯，在進(jìn)行客戶和服務(wù)器通信時(shí)，只需在所發(fā)送的消息中表上所發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符弄喘，微內(nèi)核便可利用系統(tǒng)映射表玖喘，將消息發(fā)往目標(biāo)，而無論目標(biāo)是駐留在哪臺(tái)機(jī)器上蘑志。

5）融入了面向?qū)ο蠹夹g(shù)
在設(shè)計(jì)微內(nèi)核 OS 時(shí)累奈，采用了面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，其中的“封裝”急但、“繼承”澎媒、“對(duì)象類”和“多態(tài)性”，以及在對(duì)象之間采用消息傳遞機(jī)制等羊始，都十分有利于提高系統(tǒng)的的“正確性”旱幼、“可靠性”、“易修改性”突委、“易擴(kuò)展性”等柏卤，而且還能顯著地減少開發(fā)系統(tǒng)所付出的開銷。

4匀油、微內(nèi)核系統(tǒng)存在的問題
在微內(nèi)核 OS 中缘缚，由于客戶和服務(wù)器及服務(wù)器和服務(wù)器之間的通信，都需通過微內(nèi)核敌蚜，只是同樣的服務(wù)請(qǐng)求至少需要四次上下文切換桥滨。第一次是發(fā)生在客戶發(fā)送請(qǐng)求消息給內(nèi)核，以請(qǐng)求取得某服務(wù)器特定的服務(wù)時(shí)弛车；第二次是發(fā)生在由內(nèi)核把客戶的請(qǐng)求消息發(fā)往服務(wù)器時(shí)齐媒，第三次是當(dāng)服務(wù)器完成客戶的請(qǐng)求后，把響應(yīng)消息發(fā)送到內(nèi)核時(shí)纷跛；第四次是在內(nèi)核將響應(yīng)消息發(fā)送給客戶時(shí)喻括。
實(shí)際情況是，當(dāng)某個(gè)服務(wù)器自身尚無能力完成客戶請(qǐng)求贫奠，而需要其他服務(wù)器幫助時(shí)唬血，如圖1-11所示望蜡，其中的文件服務(wù)器還需要磁盤服務(wù)器的幫助，這時(shí)就需要進(jìn)行八次上下文的切換拷恨。

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為了改善運(yùn)行效率脖律，可以重新把一些常用的操作系統(tǒng)的基本功能，由服務(wù)器移入微內(nèi)核中腕侄，這樣可使客戶對(duì)常用操作系統(tǒng)的功能的請(qǐng)求所發(fā)生的用戶/內(nèi)核模式和上下文切換的次數(shù)小泉。但是這又會(huì)使微內(nèi)核的容量明顯的增大，在小型接口定義和適應(yīng)性方面的有點(diǎn)也有所下降兜挨，同時(shí)也提高了微內(nèi)核的設(shè)計(jì)代價(jià)膏孟。