操作系统之系统结构
linux操作系统的结构及详细说明
linux操作系统的结构及详细说明linux的操作系统的结构你了解多少呢?下面由店铺为大家整理了linux操作系统的结构及详细说明的相关知识，希望对大家有帮助!linux操作系统的结构及详细说明：一、 linux内核内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
系统调用接口：SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。
这个接口依赖于体系结构，甚至在相同的处理器家族内也是如此。
SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。
在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现，并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。
1. 内存管理对任何一台计算机而言，其内存以及其它资源都是有限的。
为了让有限的物理内存满足应用程序对内存的大需求量，Linux 采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。
Linux 将内存划分为容易处理的“内存页”(对于大部分体系结构来说都是 4KB)。
Linux 包括了管理可用内存的方式，以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。
不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。
Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象，例如 slab 分配器。
这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结构，并跟踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的，哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。
这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被消耗光的情况。
由于这个原因，页面可以移出内存并放入磁盘中。
这个过程称为交换，因为页面会被从内存交换到硬盘上。
内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。
2 .进程管理进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。
操作系统的性能指标和系统结构
2020/1/19
《计算机操作系统》- 第11章
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11.2.2 模块化结构形式
将程序模块作为系统结构的基本单位，按照 功能需要把整个系统分解为若干模块，每个 模块可以再带有子模块，每个模块具有一定 的独立功能，模块之间接口明确，自由调用， 可以根据需要约定参数传递或返回结果。
缺点：
核心层功能多 层次划分比较困难 每层独立性差 层次变化难 增加了系统开销
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《计算机操作系统》- 第11章
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11.2.4 基于微内核结构形式
在设计上使得核心尽可能小
原操作系统内核中不必要的功能需要被除去或 分离出来放在核的外面，内核中只留下部分进 程管理和存储器管理、进程通信功能。
优点：
保护了系统资源 独立用户环境为操作系统的研究和开发提供了
方便
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《计算机操作系统》- 第11章
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本章目录
11.1 操作系统的性能指标 11.2 操作系统结构 11.3 UNIX和Windows的系统结构（自学）
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《计算机操作系统》- 第11章
5．系统的可移植性
将一个操作系统从一个硬件环境转移到另一个 硬件环境仍能够正常工作的能力。常用转移工 作的工作量来度量。
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《计算机操作系统》- 第11章
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本章目录
11.1 操作系统的性能指标 11.2 操作系统结构 11.3 UNIX和Windows的系统结构
1：操作系统的主要组成部分
1：操作系统的主要组成部分
操作系统是一种软件程序，它是计算机系统中最基础、最重要的组成部分。
操作系统的主要组成部分包括内核、系统调用接口、程序管理、进程调度、内存管理、文件系统和网络管理等。
1. 内核
内核是操作系统最核心的部分，它控制计算机硬件和软件资源分配和管理。
内核负责管理存储器、处理器、输入输出等计算机资源增加操作系统的功能。
2. 系统调用接口
系统调用是操作系统提供给应用程序的一组接口，它们允许应用程序与操作系统进行交互并使用系统资源。
系统调用接口是操作系统与应用程序之间的接口，它们包括进程管理、文件系统、网络管理等。
3. 程序管理
程序管理将应用程序组织到可以执行文件中，并且在操作系统中运行。
程序管理包括加载、链接、排错和卸载等操作，使得用户能够更好的运用计算机资源。
4. 进程调度
进程调度是指操作系统对进程的调度管理，以此来对计算机硬件资源进行合理的协调和分配。
进程调度是操作系统中最基础的功能之一，使得多任务可以同时进行。
5. 内存管理
内存管理是操作系统管理计算机主存储器的一组功能，它识别空闲内存并将其分配给运行的应用程序。
它还负责在内存中对数据进行读写操作，并保护数据免受未授权访问。
6. 文件系统
文件系统是操作系统负责管理持久存储设备上的文件的一组功能。
文件系统使得应用程序可以创建、读取、写入和删除文件，还提供了对目录结构、权限和用户访问控制等的管理。
7. 网络管理
网络管理是操作系统提供的一系列功能，用于管理计算机系统与其他计算机系统的网络连接和通信。
网络管理可以让计算机与互联网进行更好的交互。
操作系统的组成部分
现今，一个操作系统有六个组成部分： １、进程管理 ２、存储管理 ３、设备管理 ４、文件管理 ５、程序接口 ６、用户界面
LOGO
一、进程管理
LOGO
进程是操作系统中的最重要的概念，是系统资源 的分配单位。
各进程间的关系 是否从属 等等
二、存储管理
存储管理的功能有以下几点：
LOGO
这种思想是：尽可能的将更多的东西从操作系统中去掉，只留下一个很小的 内核。依据这种思想，文件管理、设备管理的高层、甚至存储管理的一些部分、 都从内核中被“踢”了出去。留下的是一个非常纯粹的操作系统，一个最精简的 内核。
也有人反对这种思想，其中最著名的人是： Linus Torvalds 他对这种思想最让人受不了的微词是：微内核是一个自欺欺人的方案， 目的是获取更多的研究经费。
四、文件管理
LOGO
程序和数据等软件信息，在操作系统中以文 件的形式在外存储器中长期保存。 文件管理将处理有关文件的所有事务，结构、 命名、存取、保护等。
补充知识
传统的操作系统将：进程、存储、设备、文件这四大部分看作系统的内核， 这四大部分组成的系统是纯粹的操作系统。而广义的操作系统则包括很多运行在 内核之上的相关软件如外壳、编辑器和其它附件。 ８０年代以后操作系统研究邻域出现了“微内核”（Microkernel）的思想， 并成为了一研究趋势，当然，这些研究者认为这将是以后的发展趋势。
五、程序接口
LOGO
提供一组指令或函数等形式的调用方式， 使用户程序和其它系统程序能够调用 系统的服务例程、原语等。
如DOS下的INT N指令、Windows的API （application programming interface）等。
操作系统的逻辑结构
管态
用户态
操作系统的程序执行
使用全部指令
（包括一组特权指令）
使用全部系统资源
（包括整个存储区域）
用户程序执行 禁止使用特权指令
只允许用户程序访问 自己的存储区域
处理机的状态不断变化， 它有时会处于用户态， 有时会处于管态。
a
中断 嵌套
中断 自陷核态Fra bibliotek用户态中断自陷 返回
UNIX系统处理机状态转换 11
4. 特权指令集
在核态下操作系统可以使用所有指令，包括一 组特权指令。
• 改变机器状态的指令 • 修改特殊寄存器的指令 • 涉及外部设备的输入/输出指令
允许和禁止中断； 在进程之间切换处理机； 存取用于内存保护的寄存器； 执行输入和输出操作； 停止一个中央处理机的工作。
a
12
实例操作系统如何区分处理机的状态
a
13
必要的硬件支持
存储器
主存储器（主存、内存）：
处理机能直接访问的存储器称为主存储器，用来存放正在或 将要执行的系统和用户程序和数据以及程序执行时要求的临 时存储空间。 只读存储器ROM(Read-only memory)： ROM称为BIOS，
用来存放基本的I/O程序。 随机访问存储器 RAM（random access memory)
辅存储器（辅存、外存）：
处理机不能直接访问的存储器，如磁盘、磁带、光盘等，用 来存放大量的数据信息。
a
14
时钟
时钟是操作系统运行时必不可少的硬设施，它以固 定的时间间隔产生中断信号，这对于实施进程调度、 计算系统资源的消耗、实时控制等功能是必不可少 的。
在操作系统中需时钟支持的工作有：
处理机调度； 实时控制； 提供用户和系统所需的绝对时间（日历时钟、墙钟）。
windows操作系统的组成
Windows操作系统主要由以下几个部分组成：
1. 驱动程序：这是最底层的、直接控制和监视各类硬件的部分。
它们的职责是隐藏硬件的具体细节，并向其它部分提供一个抽象的、通用的接口。
2. 内核：操作系统的内核部分通常运行在最高特权级，负责提供基础性、结构性的功能。
3. 接口库：是一系列特殊的程序库，它们的职责在于把系统所提供的基本服务包装成应用程序所能够使用的编程接口。
这是最靠近应用程序的部分。
4. 外围：指操作系统中除以上三类以外的所有其它部分，通常是用于提供特定高级服务的部件。
此外，Windows操作系统还包含以下组成部分：
1. 进程管理：这部分负责处理计算机中的进程活动。
2. 内存管理：负责管理计算机的内存资源。
3. 文件系统：在存储设备（如硬盘）或分区上组织和管理文件和数据的方法和数据结构。
4. 网络通讯：处理计算机与外部世界的通信。
5. 安全机制：提供安全描述符、访问控制列表、访问令牌、访问掩码等来保护系统的安全。
6. 用户界面：系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。
7. 驱动程序：负责硬件的驱动，以实现硬件在系统中的正常运行。
以上是Windows操作系统的基本组成，对于具体的细节和技术实现，建议查阅专业书籍或咨询专业人士。
linux操作系统的基本体系结构
linux操作系统的基本体系结构一、内核（Kernel）Linux操作系统的核心是内核，它负责管理系统资源、控制硬件设备、调度进程和提供基本的系统服务。
Linux内核采用单内核结构，包含了操作系统的大部分核心功能和驱动程序。
内核是操作系统的核心组件，它提供了操作系统运行所必须的基本功能。
Linux内核具有以下特点：1、多任务处理：Linux内核支持多任务处理，可以同时运行多个程序，并实现多个程序之间的切换和管理。
2、硬件管理：Linux内核负责管理硬件设备，与硬件设备交互，控制硬件设备的工作状态。
3、内存管理：Linux内核负责管理系统的内存，包括内存的分配、释放、映射和交换等操作。
4、文件系统：Linux内核支持多种文件系统，包括ext4、NTFS、FAT等，负责文件的读写、管理和保护。
5、进程管理：Linux内核管理系统进程，包括进程的创建、调度、挂起、唤醒和终止等操作。
6、网络通信：Linux内核支持网络通信功能，包括TCP/IP协议栈、网卡驱动等，实现网络数据传输和通信。
二、ShellShell是Linux操作系统的命令解释器，用户通过Shell与操作系统进行交互。
Shell接受用户的命令，并将其转换为对应的系统调用，最终由内核执行。
Linux系统中常用的Shell有Bash、Zsh等，用户可以根据自己的喜好选择不同的Shell。
Shell具有以下功能：1、命令解释：Shell接受用户输入的命令，并将其翻译为操作系统可以执行的命令。
2、执行程序：Shell可以执行各种程序、脚本和命令，包括系统工具、应用程序等。
3、环境控制：Shell可以设置环境变量、别名和路径等，帮助用户管理系统环境。
4、文件处理：Shell可以处理文件操作，包括创建、删除、复制、移动等。
5、脚本编程：Shell支持脚本编程，用户可以编写Shell脚本来自动执行一系列操作。
三、系统工具Linux操作系统提供了丰富的系统工具，帮助用户管理系统和执行各种任务。
操作系统组成
一、操作系统的组成系统资源包括CPU、内存、输入输出设备以及存储在外存中的信息. 因此操作系统由(1)对CPU的使用进行管理的进程调度程序(2)对内存分配进行管理的内存管理程序(3)对输入输出设备进行管理的设备驱动程序(4)对外存中信息进行管理的文件系统等四部分组成。
参考习题：1, 现代操作系统的主要组成部分2, 操作系统调度的单位是进程请给出在linux操作系统下, 实现下面操作的具体命令3, 查看磁盘空间使用情况Du -a4, 查看eth0网卡的IP地址Ifconfig etho5, 查看cron进程pidPidof cron -s6, 解压xxx.tar.gz文件：tar xzvf xxxx.tar.gz INDIVIDUAL_FILE_NAME7, 把本机上/home/xxx.tar.gz的文件拷贝到128.2.11.2的/home目录cp /home/xxx.tar.gz 128.2.11.2:/home8, 把文件系统类型为ext3的/dev/sdb1分区挂载到/mnt2目录下Mount /dev/sdb1 /mnt29, 在/usr目录下查找test.bin文件Grep test.bin /usr/*10, 如何编译main.c为可执行文件main.bin, 并带上调试信息Gcc -g main.c –o main.bin5.2 请写A/B/C/D/E五类IP地址的IP范围1．A类IP地址一个A类IP地址由1字节（每个字节是8位）的网络地址和3个字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”,即第一段数字范围为1～127。
每个A类地址可连接16387064台主机，Internet有126个A类地址。
2．B类IP地址一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”，即第一段数字范围为128～191。
每个B类地址可连接64516台主机，Internet有16256个B类地址。
操作系统的体系结构(微内核宏内核)
操作系统的体系结构分类：【OS】2013-02-05 21:27 494人阅读评论(0) 收藏举报看了几遍，始终没看懂，网上搜集的资料整理一下，再看点东西再回头看吧~Linux大部分都是单内核的操作系统内核可能是微内核，也可能是单内核（后者有时称之为宏内核Macrokernel）。
按照类似封装的形式，这些术语定义如下：微内核（Microkernelkernel）――在微内核中，大部分内核都作为单独的进程在特权状态下运行，他们通过消息传递进行通讯。
在典型情况下，每个概念模块都有一个进程。
因此，假如在设计中有一个系统调用模块，那么就必然有一个相应的进程来接收系统调用，并和能够执行系统调用的其他进程（或模块）通讯以完成所需任务。
在这些设计中，微内核部分经常只但是是个消息转发站：当系统调用模块要给文档系统模块发送消息时，消息直接通过内核转发。
这种方式有助于实现模块间的隔离。
（某些时候，模块也能够直接给其他模块传递消息。
）在一些微内核的设计中，更多的功能，如I/O等，也都被封装在内核中了。
但是最根本的思想还是要保持微内核尽量小，这样只需要把微内核本身进行移植就能够完成将整个内核移植到新的平台上。
其他模块都只依赖于微内核或其他模块，并不直接直接依赖硬件。
微内核设计的一个长处是在不影响系统其他部分的情况下，用更高效的实现代替现有文档系统模块的工作将会更加容易。
我们甚至能够在系统运行时将研发出的新系统模块或需要替换现有模块的模块直接而且迅速的加入系统。
另外一个长处是无需的模块将不会被加载到内存中，因此微内核就能够更有效的利用内存。
单内核（Monolithic kernel）――单内核是个很大的进程。
他的内部又能够被分为若干模块（或是层次或其他）。
但是在运行的时候，他是个单独的二进制大映象。
其模块间的通讯是通过直接调用其他模块中的函数实现的，而不是消息传递。
单内核的支持者声称微内核的消息传递开销引起了效率的损失。
计算机操作系统典型体系结构
计算机操作系统典型体系结构计算机的典型操作系统结构你知道有哪些吗?下面由店铺为大家整理了计算机操作系统典型体系结构的相关知识，希望对大家有帮助!计算机操作系统典型体系结构一、模块组合结构模块组合结构是在软件工程出现以前的早期操作系统以及目前一些小型操作系统最常用的组织方式。
操作系统刚开始发展时是以建立一个简单的小系统为目标来实现的，但是为了满足其他需求又陆续加入一些新的功能，其结构渐渐变得复杂而无法掌握。
以前我们使用的MS-DOS就是这种结构最典型的例子。
这种操作系统是一个有多种功能的系统程序，也可以看成是一个大的可执行体，即整个操作系统是一些过程的集合。
系统中的每一个过程模块根据它们要完成的功能进行划分，然后按照一定的结构方式组合起来，协同完成整个系统的功能。
如图1所示:在模块组合结构中，没有一致的系统调用界面，模块之间通过对外提供的接口传递信息，模块内部实现隐藏的程序单元，使其对其它过程模块来说是透明的。
但是，随着功能的增加，模块组合结构变得越来越复杂而难以控制，模块间不加控制地相互调用和转移，以及信息传递方式的随意性，使系统存在一定隐患。
计算机操作系统典型体系结构二、层次结构为了弥补模块组合结构中模块间调用存在的固有不足之处，就必须减少模块间毫无规则的相互调用、相互依赖的关系，尤其要清除模块间的循环调用。
从这一点出发，层次结构的设计采用了高层建筑结构的理念，将操作系统或软件系统中的全部构成模块进行分类:将基础的模块放在基层(或称底层、一层)，在此基础上，再将某些模块放在二层，二层的模块在基础模块提供的环境中工作;它只能调用基层的模块为其工作，反之不行。
严格的层次结构，第N+l层只能在N层模块提供的基础上建立，只能在N层提供的环境中工作，也只能向N层的模块发调用请求。
在采用层次结构的操作系统中，各个模块都有相对固定的位置、相对固定的层次。
处在同一层次的各模块，其相对位置的概念可以不非常明确。
windows操作系统的框架结构
windows操作系统的框架结构Windows操作系统是一种广泛应用于个人电脑和服务器的操作系统，它的框架结构是指其整体的架构和组成部分。
本文将从不同的角度来介绍Windows操作系统的框架结构。
一、Windows操作系统的总体架构Windows操作系统的总体架构可以分为两个层次：用户模式和内核模式。
用户模式提供了用户与操作系统交互的接口，包括应用程序、用户界面等；而内核模式则是操作系统的核心，负责管理系统资源、提供系统服务等。
二、用户模式的组成1. 用户界面：Windows操作系统提供了直观友好的用户界面，包括桌面、任务栏、开始菜单等，方便用户进行操作。
2. 应用程序：用户可以通过应用程序来完成各种任务，例如办公软件、娱乐软件等。
Windows操作系统提供了丰富的应用程序开发接口，使得开发者可以开发各种各样的应用程序。
三、内核模式的组成1. 硬件抽象层（HAL）：HAL是Windows操作系统的底层模块，负责与硬件设备进行交互，提供了一个对硬件的抽象接口，使得操作系统可以独立于硬件平台。
2. 内核：内核是操作系统的核心，提供了各种系统服务，例如进程管理、内存管理、文件系统等。
内核被分为多个模块，每个模块负责不同的功能。
3. 设备驱动程序：设备驱动程序是连接操作系统和硬件设备的桥梁，它负责将操作系统的请求转换为硬件设备可以理解的命令，从而实现对硬件设备的控制和管理。
四、进程管理1. 进程：进程是指正在运行的一个程序的实例，每个进程都有自己的地址空间和资源。
Windows操作系统使用进程来实现多任务，并提供了各种进程管理的功能，例如创建进程、终止进程、进程调度等。
2. 线程：线程是进程的执行单元，一个进程可以包含多个线程。
线程之间可以共享进程的资源，并且可以并发执行。
Windows操作系统提供了丰富的线程管理功能，例如创建线程、线程同步、线程调度等。
五、内存管理1. 虚拟内存：Windows操作系统使用虚拟内存来管理系统的内存资源，将物理内存和磁盘空间结合起来使用。
操作系统的基本结构
操作系统的基本结构一、引言操作系统是计算机系统中最重要的软件之一，它负责管理计算机硬件和软件资源，为用户提供友好的接口和良好的体验。
操作系统的基本结构是操作系统设计者必须考虑的一个重要问题。
二、操作系统的基本结构概述1. 操作系统的任务操作系统主要任务包括：管理计算机硬件和软件资源、提供用户接口、控制程序执行、保护计算机资源等。
2. 操作系统的组成部分操作系统由内核和外壳两部分组成。
内核是操作系统最核心的部分，它直接控制硬件资源；外壳则是用户与内核交互的界面。
3. 操作系统的层次结构操作系统可以分为多个层次，每个层次都有不同的职责和功能。
常见的层次结构包括：硬件层、设备驱动程序层、内核层、服务程序层和应用程序层等。
三、具体内容详解1. 硬件层硬件层是计算机物理设备，包括CPU、内存、IO设备等。
在这一层中，操作系统需要完成对硬件资源进行初始化和管理。
例如：建立中断向量表，初始化存储器等。
2. 设备驱动程序层设备驱动程序层是连接硬件和操作系统的层次，它负责将硬件设备转换成操作系统可以理解的形式。
在这一层中，操作系统需要完成对设备驱动程序的管理和调度。
3. 内核层内核层是操作系统最核心的部分，它直接控制硬件资源。
在这一层中，操作系统需要完成对进程、线程、内存、文件等资源的管理和调度。
同时还需要完成对外壳、服务程序等其他组成部分的调用。
4. 服务程序层服务程序层是为用户提供各种服务的部分，例如：文件管理、网络连接等。
在这一层中，操作系统需要完成对服务程序的管理和调度。
5. 应用程序层应用程序层是用户直接使用的部分，例如：文本处理软件、游戏软件等。
在这一层中，操作系统需要完成对应用程序的管理和调度。
四、结论通过以上详细介绍可以看出，操作系统基本结构是由多个不同职责和功能的组成部分构成。
每个部分都有自己独特的功能和任务，在整个操作系统中起到不可或缺的作用。
了解操作系统基本结构有助于我们更好地理解计算机工作原理，并能更好地使用计算机资源。
计算机体系结构与操作系统
计算机体系结构与操作系统计算机体系结构与操作系统是计算机科学中的两个重要概念。
它们在计算机领域中发挥着至关重要的作用。
计算机体系结构涉及计算机硬件组成和各个组件之间的关系，而操作系统则负责管理和控制计算机的硬件和软件资源。
本文将从计算机体系结构和操作系统的角度，探讨它们对计算机性能和功能的影响。
一、计算机体系结构1. 计算机硬件组成计算机体系结构包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
中央处理器是计算机的核心，负责执行各种计算和逻辑运算。
内存用于存储数据和程序指令，输入输出设备用于与计算机外部进行信息交互。
2. 指令集架构指令集架构定义了计算机的指令集合和指令的格式。
常见的指令集架构有CISC和RISC。
CISC指令集架构具有复杂的指令集和多种寻址方式，可以实现复杂的指令和操作。
而RISC指令集架构则更加简化和规范，每条指令的执行时间相对更短。
3. 性能优化计算机体系结构的设计可以对计算机性能进行优化。
例如，通过增加高速缓存来提高指令读取速度，或者采用流水线技术来实现并行执行指令。
这些优化措施可以提高计算机的运行速度和效率。
二、操作系统1. 功能和作用操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和控制计算机的资源。
它提供了一个抽象的计算机接口，使得应用程序可以方便地访问和使用硬件资源。
操作系统的功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备管理等。
2. 进程管理进程管理是操作系统的重要功能之一。
操作系统通过进程调度算法，控制和分配处理器资源，使得不同的进程可以合理地共享CPU时间。
同时，操作系统还负责进程间的通信和同步，保证系统的稳定和高效运行。
3. 内存管理内存管理是操作系统的另一个核心功能。
操作系统通过内存管理算法，将进程所需的内存空间分配给各个进程，同时处理内存碎片和页面置换等问题，保证内存的高效利用和进程的正常运行。
4. 文件系统管理文件系统管理是操作系统对磁盘存储的管理和控制。
操作系统通过文件系统管理算法，将文件存储在磁盘上，并提供读写接口，使得用户可以方便地读写文件和进行文件管理操作。
操作系统的基本组成与架构解析
操作系统的基本组成与架构解析操作系统是计算机系统中的核心软件之一，负责管理和控制计算机硬件资源，提供给用户和应用程序一个友好、高效的运行环境。
它由多个模块和组件组成，构建了一个复杂而高效的软件体系结构。
本文将对操作系统的基本组成和架构进行解析，以加深对操作系统的理解。
一、引言在计算机科学领域，操作系统是一种中间软件，对计算机的硬件进行管理和控制。
操作系统的主要任务包括进程管理、内存管理、文件系统管理、输入输出设备管理等。
通过这些管理和控制，操作系统为用户提供了一个高效、安全以及友好的计算机使用环境。
二、操作系统的基本组成1. 内核（Kernel）内核是操作系统的核心组件，负责管理和分配计算机的各种资源。
它提供了一个统一的接口，使得其他软件和硬件能够与操作系统进行交互。
内核包括两个主要部分：核心内核（Core Kernel）和外围内核（Periphery Kernel）。
核心内核管理计算机的主要资源，如CPU、内存和硬盘；外围内核则管理与计算机外部设备（如打印机、鼠标等）的交互。
2. 进程管理进程是指计算机中正在运行的程序。
进程管理是操作系统最重要的功能之一，它负责在计算机的CPU上分配不同的进程，以确保每个进程都能得到充分的运行时间。
进程管理包括进程调度、进程同步和进程通信等。
3. 内存管理内存管理是操作系统的另一个重要组成部分，它负责对计算机的内存资源进行分配和管理。
内存管理的主要任务包括内存分配、内存回收和虚拟内存管理等。
通过有效地管理内存，操作系统可以提高计算机的运行效率和资源利用率。
4. 文件系统管理文件系统管理是操作系统的一个重要功能，它负责对计算机中的文件进行组织和管理。
文件系统管理包括文件存储和检索、文件保护和权限控制、文件共享和备份等。
通过文件系统管理，操作系统可以提供一种统一的文件访问方式，使得用户和应用程序可以方便地对文件进行操作。
5. 输入输出设备管理输入输出设备管理是操作系统的另一个重要组成部分，它负责管理计算机与外部设备（如键盘、鼠标、显示器等）之间的数据传输和交互。
计算机操作系统的组成部分
计算机操作系统的组成部分计算机操作系统是指管理计算机硬件与软件资源的一种系统软件，它承载着控制计算机系统运行的重要职责。
一个完整的操作系统通常由多个组成部分构成。
本文将介绍计算机操作系统的几个主要组成部分，包括内核、文件系统、设备驱动程序和用户界面。
一、内核内核是操作系统的核心部分，它负责管理计算机硬件资源并提供最基本的服务。
内核包括了操作系统的一些核心功能，比如进程管理、内存管理和文件系统等。
内核可以在计算机启动时加载到内存中，并且通常是不可见的，直接与硬件进行通信。
内核还负责管理计算机的各种设备与外部接口，并在需要时将资源分配给不同的进程。
二、文件系统文件系统是操作系统的一部分，负责管理计算机的文件和文件夹。
它为用户提供了组织和访问文件的方式。
文件系统通常由文件分配表、目录表和索引节点等数据结构组成，用于记录文件的位置和属性信息。
通过文件系统，用户可以创建、删除、读取和写入文件，以及对文件进行管理和操作。
三、设备驱动程序设备驱动程序是操作系统的一部分，用于控制与计算机相连的各种设备。
它提供了与硬件设备进行通信的接口，使操作系统能够识别设备并发送命令进行控制。
设备驱动程序可以包括键盘驱动程序、鼠标驱动程序、打印机驱动程序等。
通过设备驱动程序，操作系统可以与各种硬件设备进行交互，实现输入输出和数据传输等功能。
四、用户界面用户界面是操作系统与用户之间的交互接口。
它提供了用户与计算机系统进行通信的方式，使用户能够操作计算机并使用其中的应用程序。
用户界面可以有不同的形式，如命令行界面和图形用户界面。
命令行界面通过命令行输入和输出来进行操作，而图形用户界面通过图形化的窗口、菜单和按钮等元素来进行操作。
无论是哪种形式，用户界面都是操作系统与用户之间的桥梁，使用户能够方便地与计算机进行交互。
总结：计算机操作系统的组成部分包括内核、文件系统、设备驱动程序和用户界面。
内核是操作系统的核心部分，负责管理计算机资源和提供基本服务；文件系统用于管理计算机的文件和文件夹；设备驱动程序用于控制各种硬件设备；用户界面是操作系统与用户之间的交互接口。
了解操作系统的组成与功能
了解操作系统的组成与功能操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理和协调计算机硬件、软件和用户之间的交互。
它具有着复杂而庞大的功能和组成部分。
本文将介绍操作系统的基本组成和功能，帮助读者更好地了解操作系统的运作原理。
一、操作系统的基本组成操作系统由多个组成部分组成，主要包括内核（kernel）、文件系统、设备驱动程序和系统工具。
这些组成部分相互配合，共同组成了一个完整的操作系统。
1. 内核内核是操作系统的核心部分，负责管理系统的硬件资源并提供访问硬件的接口。
它是操作系统与硬件之间的桥梁，控制和分配计算机的处理器、内存、硬盘以及其他外部设备的资源。
同时，内核还具备调度任务、处理中断和异常处理等功能。
2. 文件系统文件系统是操作系统中负责管理和组织文件的部分。
它是一种将文件存储在磁盘上的机制，提供了对文件的读取、写入和删除等基本操作。
文件系统还维护了文件的目录结构、权限设置和磁盘空间管理等功能，使用户可以方便地存取和管理文件。
3. 设备驱动程序设备驱动程序是操作系统中的重要组成部分，它负责与硬件设备进行通信。
设备驱动程序通过控制和管理硬件设备的工作，向上层应用程序提供了访问和控制硬件设备的接口。
常见的设备驱动程序包括显卡驱动、打印机驱动和网络适配器驱动等。
4. 系统工具系统工具是操作系统提供给用户的一些辅助工具，用于管理和设置计算机系统的各项功能。
比如任务管理器、磁盘清理工具、网络设置工具等。
这些系统工具可使用户更方便地管理和操作计算机系统，提高了工作效率。
二、操作系统的基本功能操作系统具有多种功能，下面将介绍一些操作系统的基本功能。
1. 进程管理进程管理是操作系统的核心功能之一。
操作系统能够同时管理多个进程，为每个进程分配所需的资源，并实现进程间的切换与通信。
通过进程管理，操作系统能够有效地利用计算机资源，提高系统的运行效率和稳定性。
2. 内存管理内存管理是操作系统对计算机内存的分配和管理。
它通过内存分页、虚拟内存等技术，实现了对内存空间的合理利用和分配。
操作系统——操作系统的运行机制和体系结构
操作系统——操作系统的运⾏机制和体系结构知识预览
⼀、运⾏机制
两种指令
两种处理器状态
两种程序
总结
特权指令只能在CPU处于核⼼态下执⾏，⾮特权指令既可以在核⼼态下执⾏，也可以在⽤户态下执⾏。
需要使⽤特权指令的程序称为内核程序，普通的程序为应⽤程序。
内核程序由于需要使⽤特权指令，所以需要运⾏在核⼼态。
⼆、操作系统内核
既然操作系统中的两种程序分为内核程序和应⽤程序，那么那些功能需要内核程序来实现？
⽂字总结：
三、操作系统的体系结构
举个例⼦说明：。
操作系统结构
操作系统是一种大型、复杂的并发系统，为了研制操作系统，首先必须研究它的结构，力求设计出结构良好的程序。
操作系统的结构设计有两层含义：一是研究操作系统的整体结构，由程序的构成成分组成操作系统程序的构造过程和方法；二是研究操作系统程序的局部结构，包括数据结构和控制结构。
采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统。
本节将在讨论操作系统构件之后，全面介绍各种操作系统的构造方法。
1.2.1 操作系统的组件通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。
剖析现代操作系统，构成操作系统的基本单位除内核之外，主要还有进程、线程、类程和管程。
1．内核现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地工作，单靠计算机硬件提供的功能是十分不够的。
例如，进程调度工作目前就不能用硬件来实现；而进程自己调度自己也是困难的。
所以，系统必须有一个软件部分能对硬件处理器及有关资源进行首次改造，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。
由于操作系统设计的目标和环境不同，内核的大小和功能有很大差别。
有些设计希望把内核做得尽量小仅具有极少的必需功能，称为微内核（microkernel），其他功能都在核外实现，通过微内核提供的消息传递机制完成其余功能模块间的联系；有些设计则希望内核具有较多的功能，虽然其内部也可划分成层次或模块，但运行时是一个大二进制映像，模块间的联系可通过函数或过程调用实现，称为单内核（monolithic kernel）。
操作系统的一个基本问题就是内核的功能设计。
微内核结构是现代操作系统的特征之一，这种方法把内核和核外服务程序的开发分离，可为特定应用程序或运行环境要求定制服务程序，具有较好的可伸缩性，简化了实现，提供了灵活性，很适合分布式系统的构造。
一般而言，内核必须提供以下3个方面的功能。
（1）中断处理。
中断处理是内核中最基本的功能，也是操作系统赖以活动的基础，为了缩短屏蔽中断的时间，增加系统内的并发性，通常它仅仅进行有限的、简短的处理，其余任务交给在内核之外的特殊用户态进程完成。
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System Architecture第2章系统结构现在我们已经了解了必须熟悉的术语、概念和工具，所以，我们准备开始挖掘Microsoft Windows操作系统的内部设计目标和数据结构。
这一章讲述系统的总体结构——关键的部件、它们相互之间如何交互，以及它们分别运行在什么样的环境下。
为了提供一个有助于理解Windows内部机理的框架，首先回顾一下最初的需求和设计目标，这些需求和目标基本上勾画出了Windows系统最初的设计和规范。
2.1 需求和设计目标回到1989年，下面的需求导致了Windows NT的以下规范：提供一个真正32位的、抢先式的（preemptive）、可重入的（reentrant）虚拟内存操作系统；在多种硬件体系结构和平台上运行；可在对称多处理器系统（symmetric multiprocessing systems）上运行，并且能很好地适应处理器的数量；成为一个主要的分布式计算平台，无论是作为网络客户还是服务器；能够运行大多数已有的16位MS-DOS和Microsoft Windows 3.1应用程序；符合政府对于POSIX 1003.1兼容性的要求；符合政府和工业界对于操作系统安全性方面的要求；支持Unicode，以便很容易地适应全球市场。
要创建一个满足这些需求的系统，必须做出数千个决定；为了便于做出这些决定，Windows NT设计小组在项目开始之初选择了下面的设计目标：扩展性（Extensibility）编写的系统代码必须能够随着市场需求的变化而自如地增长和改变；可移植性（Portability）系统必须能运行在多种硬件体系结构上，必须能根据市场的需要，相对容易地移到新的体系结构上；可靠性和健壮性（Reliability and Robustness）系统应该能够保护自己，不会因内部的错误和外部的篡改而不能工作。
应用程序应该无法伤害操作系统或者其他的应用程序；第2章 系统结构36兼容性（Compatibility） 虽然Windows NT应该扩展已有的技术，但是它的用户界面和API应该与老版本的Windows和MS-DOS兼容。
而且它也应该能与其他的系统，比如UNIX、OS/2和NetWare，很好地互操作；性能（Performance）在其他设计目标的约束下，系统在每一种硬件平台上应尽可能运行得更快，对外部的响应尽可能地及时。
随着我们挖掘Windows内部结构和内部操作的各种细节，你将会看到，这些原始的设计目标和市场要求是如何成功地融入到系统的构造过程中的。
但是，在我们开始挖掘内部细节之前，先来看一下Windows的总体设计模型，并且将它与其他的现代操作系统作一比较。
2.2 操作系统模型在大多数多用户操作系统中，应用程序与操作系统本身是隔离的——操作系统内核代码运行在处理器的特权模式下（在本书中称为内核模式，kernel mode），可以访问系统数据和硬件；应用程序代码运行在处理器的非特权模式下（称为用户模式，user mode），只有很有限的一组接口可以使用，对系统数据的访问受到限制，并且无法直接访问硬件。
当用户模式程序调用一个系统服务时，处理器捕获到该调用，然后将调用线程切换到内核模式。
当该系统服务完成时，操作系统将线程环境切换回用户模式，并允许调用者继续执行。
与大多数UNIX系统类似，Windows是一个庞大而完整的操作系统；操作系统的大部分代码与设备驱动程序代码共享同样的受保护的内核模式内存空间。
这意味着，操作系统的任一组件或者设备驱动程序都有可能破坏其他系统组件所使用的数据。
Windows是一个微内核系统吗尽管有些人如此声称，但是按照微内核（microkernel）的典型定义，Windows并不是一个微内核系统。
在微内核的定义中，操作系统的主要组件（比如内存管理器、进程管理器和I/O 管理器）运行在各自独立的进程中，它们有自己私有的地址空间，在这一组组件之上是微内核提供的一组原语服务。
例如，CMU（Carnegie Mellon University，卡耐基·梅隆大学）的Mach 操作系统是一个现代的微内核体系结构的例子，它实现了一个最小的内核，包括线程调度、消息传递、虚拟内存和设备驱动程序。
任何其他的组件，包括各种API、文件系统和网络等，都运行在用户模式下。
然而，Mach微内核操作系统的商业版本实现，往往至少将所有的文件系统、网络和内存管理代码放在内核模式中运行。
原因很简单：纯粹的微内核设计在商业上是不切实际的，因为它的效率太低。
2.3 总体结构37那么，Windows中有那么多代码运行在内核模式下，是否就意味着它比一个真正的微内核操作系统一定更加容易崩溃呢？并非如此。
请考虑下面的情景。
假设在操作系统的文件系统代码中有一个错误，该错误会导致文件系统时不时地崩溃。
在一个传统的操作系统中，内核模式代码（比如内存管理器或者文件系统）中的错误很可能会使整个操作系统崩溃。
在一个纯粹的微内核操作系统中，这样的组件运行在用户模式下，所以，在理论上说，这样的错误只是意味着该组件的进程将会退出。
但是，从实际的角度来看，系统将会崩溃，因为要从这样一个关键进程的失败中恢复过来往往是不可能的。
当然，操作系统的所有组件都是受保护的，不会被错误的应用程序破坏，因为应用程序不能直接访问操作系统中特权部分的代码和数据（尽管它们可以快捷地调用其他的内核服务）。
Windows无论是作为一个应用服务器，还是一个工作站平台，从操作系统核心服务（比如虚拟内存管理、文件I/O、网络，以及文件和打印共享）的角度来看，它都很快地赢得了健壮性和稳定性两方面的良好声誉，之所以如此，操作系统组件的这种保护性正是原因之一。
Windows的内核模式组件也体现了基本的面向对象设计原则。
例如，它们通常并不会直接进入另一个组件的数据结构来访问该组件所维护的信息。
相反，它们利用正式的接口来传递参数，以及访问或修改相应的数据结构。
虽然Windows内部普遍地使用了对象来表达共享的系统资源，但是，从严格意义上讲，Windows并不是一个面向对象的系统。
为了移植性的考虑，Windows操作系统的大多数代码是用C语言编写的，因为C语言的开发工具更为广泛可用。
C语言并不直接支持面向对象的概念，比如数据类型的动态绑定、多态函数或者类继承等。
因此，Windows中C语言版本的对象实现只是借用了（但并不依赖于）特定面向对象语言的特性。
2.3 总体结构在这一节关于Windows设计目标和包装方式的简短介绍中，我们先来看一看Windows总体结构中的关键系统组件。
一个简化版本的总体结构如图2.1所示。
请记住，这个图只是一个基本结构，它并没有显示任何特定内容（例如，网络组件和各种类型设备驱动程序的层次并没有显示）。
第2章 系统结构38图2.1 简化的Windows结构图在图2.1中，首先可注意到中间有一条线把Windows操作系统的用户模式（user mode）和内核模式（kernel mode）两部分划分开来。
线上面的方框代表了用户模式的进程，线之下的组件是内核模式的操作系统服务。
正如在第1章中曾经提到的，用户模式的线程在一个受保护的进程地址空间中执行（不过，当它们在内核模式中执行的时候，它们可以访问系统空间）。
因此，系统支持进程、服务进程、用户应用程序和环境子系统都有它们各自的私有进程地址空间。
四种基本的用户模式进程分别描述如下。
固定的（或者硬性指定的）系统支持进程（system support processes），比如登录（logon）进程和会话管理器（session manager），它们并不是Windows的服务。
也就是说，它们不是由服务控制管理器来启动的（第4章将会详细地介绍Windows服务）；服务进程（service processes）宿纳（host）的是Windows服务，比如任务调度器（Task Scheduler）和假脱机服务。
Windows服务的运行通常要独立于用户登录。
许多Windows服务器应用，比如Microsoft SQL Server和Microsoft Exchange Server，也包含了一些以Windows服务方式来运行的组件；用户应用程序（user applications）有六种类型：Windows 32位、Windows 64位、Windows3.1 16位、MS-DOS 16位、POSIX 32位或者OS/2 32位；环境子系统服务器进程（environment subsystem server processes）实现了操作系统环境（environment）的支持部分。
这里所谓的环境是指操作系统展示给用户或者程序员的个性化部分。
Windows NT最初发布的时候带了三个不同的环境子系统：Windows、POSIX和OS/2。
然而，Windows 2000是最后一次带OS/2发布，之后OS/2就被去掉了。
到了WindowsXP，在基本的产品中只有Windows子系统随产品一起发布——不过，一个增强的POSIX子系统也可以使用，它是针对Unix产品的免费服务的一部分。
在图2.1中，请注意在“服务进程”和“用户应用程序”方框下面的“子系统DLL”方框。
在Windows下，用户应用程序并不直接调用原始的Windows操作系统服务，相反，它们通过一2.3 总体结构39个或者多个子系统动态链接库（DLLs）来发起调用。
子系统DLL的角色是，将一个已文档化的函数转化为一些恰当的内部（通常是未文档化的）Windows系统服务调用。
这个转化过程可能会——也可能不会——向正在为用户应用程序提供服务的环境子系统进程发送一个消息。
Windows的内核模式组件包含以下部分。
Windows执行体（executive）包含了基本的操作系统服务，比如内存管理、进程和线程管理、安全性、I/O、网络和跨进程通信。
Windows内核（kernel）是由一组低层次的操作系统功能构成的，比如线程调度（thread scheduling）、中断（interrupt）和异常分发（exception dispatching），以及多处理器同步。
它也提供了一组例程和基本对象。
执行体的其余部分利用这些例程和对象实现更高层次的功能。
设备驱动程序（device drivers）既包括硬件设备驱动程序，也包括文件系统和网络驱动程序。
其中硬件设备驱动程序将用户的I/O函数调用转换成特定的硬件设备I/O请求。
硬件抽象层（HAL，Hardware Abstraction Layer）是指一层特殊的代码，它把内核、设备驱动程序和Windows执行体的其余部分，跟与平台相关的硬件差异（比如不同主板的差异）隔离开来。