操作系统-第二章-操作系统结构

一、操作系统服务和接口

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1.操作系统服务和接口

• 以服务形式向程序和用户提供环境执行程序
• 基本服务:
  • 用户界面
  • 程序执行
  • I/O操作
  • 文件系统操作
  • 通信
  • 错误检测
• 增值服务：
  • 资源分配
  • 统计
  • 保护和安全
• 操作系统服务形式：
  • 系统调用：
    • 操作系统服务的编程接口(面向程序)
    • 高级语言编写(C or C++)
    • 程序通过应用程序接口(API)访问
  • 用户接口：
    • 命令行接口(CLI)：字符模式、用户直接输入命令、内核或系统程序实现、多种实现方式(外壳)、获取并执行用户指定的命令(内置和外置命令)
    • 图形化接口(GUI)：用户界面友好的桌面接口、使用鼠标键盘和监视器、常用元素(图标、窗口、滚动条等)、鼠标操作为主
  • 系统程序：
    • 用于管理、维护操作系统
    • 为用户使用操作系统服务
    • 功能：文件管理、状态管理、文件处理、程序语言支持、程序装入和执行、通信
      
      

二、操作系统结构

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1.简单结构

• 无结构
• 早期操作系统采用(规模小、简单、功能有限)
• 混乱、不易维护和更新、不适合大规模系统开发
  
  

2.层次结构

• 操作系统划分为若干层
  • 在底层上构建高层
  • 底层(0层)为硬件
  • 最高层(N层)为用户层
  • 每层只使用低层次的功能和服务
• 优点：简化了系统设计和实现，便于调试和升级维护
• 缺点：每层内容的定义困难、效率差
  
  

3.微内核

• 问题：内核越来越大，越来越难管理
• 内核微型化：内核移出尽可能多功能到用户空间
• 优点：便于扩充微内核、便于移植操作系统到新架构系统上、更稳定(更少的代码运行在核心态)、更安全
• 缺点：用户空间和内核空间通信的系统开销增加(解决方案：提出消息传递机制)
  
  

4.模块结构

• 大部分现代操作系统采用模块结构

• 使用面向对象方法
• 每个核心部件分开
• 每个与其他模块的会话被称为接口
• 每个模块在需要时被加载到内核

• 类似于分层方法，但更灵活
  
  
  

三、虚拟机

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1.定义

• 一种通过软件模拟实现，具有完整硬件系统功能，并运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统
• 物理计算机资源共享以创建虚拟机
• 每个虚拟机同其他虚拟机隔离
• 由于需要对物理机器进行精确复制，虚拟机实现困难
  
  

2.实现

高级语言虚拟机

• 模拟代码执行
• 目的：跨平台
• 目前，有上百种不同的高级语言虚拟机
• JAVA虚拟机：JAVA语言的解释器
  • 可运行Java代码的假想计算机
  • 只要根据JVM规格将解释器移植到特定的操作系统上，就能运行经过编译的任何Java代码
  • 特点：平台无关性

工作站虚拟机

• 面向工作站、PC
• 目的：多个操作系统可以同时在一个计算机上使用
• 工作站虚拟机：操作系统上的虚拟机
  • 宿主操作系统：安装在硬件上的OS
  • 客户操作系统：安装在操作系统上的操作系统
  • 工作站虚拟机安装在宿主操作系统上，在工作站虚拟机中可以安装客户操作系统
• 优点：
  • 同时在一个计算机上使用多个操作系统
  • 一个宿主操作系统，若干个客户操作系统

服务器虚拟机

• 多用户、多操作系统并存
• 目的：把一个物理计算机虚拟化为多个虚拟机
• 服务器虚拟化：将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器
• 常用模式：
  • 一虚多:一台服务器虚拟成多台服务器虚拟机
  • 多虚一：多个独立物理器虚拟为一个服务器虚拟机
• 优点：
  • 安全性好
  • 资源共享
  • 可扩展性好
  • 便于隔离
  • 相价比高

虚拟机设备

• 连接模式
  • 软件形式，如远程桌面
  • 硬件模式，如虚拟机终端