操作系统的逻辑结构
操作系统 存储的逻辑结构
操作系统存储的逻辑结构
通常，操作系统会将内存划分为多个区域，每个区域都有自己的特定用途和管理方式。
以下是常见的几种逻辑结构：
1. 内核区：这是操作系统内核所占用的区域，用于管理系统资源和运行系统服务。
该区域通常是操作系统最重要的部分，也是最受保护的区域之一。
2. 用户区：这是给用户程序使用的区域，用于存储程序代码、数据和堆栈。
用户程序只能访问该区域，而不能访问内核区和其他用户区。
3. 缓存区：这是操作系统用来提高磁盘读写效率的一种内存区域。
当操作系统读取磁盘数据时，会把数据缓存到该区域中，以便下次访问时能够更快地获取数据。
4. 设备区：这是用于管理设备驱动程序的区域，用于控制和管理I/O设备的访问。
5. 共享区：这是用于多个进程之间共享数据的区域，允许不同进程之间交换信息和通信。
以上是操作系统存储的常见逻辑结构，不同操作系统会采用不同的结构来管理内存。
了解这些逻辑结构有助于深入理解操作系统的工作原理和内存管理方式。
- 1 -。
《操作系统结构》课件
操作系统结构
欢迎来到我们的操作系统结构课程。操作系统是计算机系统中最为重要的软 件之一。
什么是操作系统？
1 定义
操作系统是计算机硬件与应用软件之间的媒介，是一组控制程序。
2 功能
操作系统为用户和其他软件提供了接口，是进行其它任务的基础。
操作系统的层次结构
操作系统的层次结构
操作系统的层次结构是指系统中各种软件和硬件所 组成的层次结构。
操作系统的安全与保护通常通过访问控制列表、统的重要性
操作系统是计算机系统中最为 重要的软件之一，为用户和其 他软件提供了接口。
操系统结构的演变
操作系统的演变从最初的单体 式到现在的微内核操作系统。
操作系统的应用领域
操作系统广泛用于个人电脑、 服务器、嵌入式系统、移动设 备等各种应用领域。
文件系统管理
文件系统管理器是一种Windows 应用程序，它负责管理计算机上 的文件和文件夹。
操作系统的输入输出系统
1
I/O系统的组成
I/O系统是由控制器、设备驱动程序、中断处理程序、逻辑处理程序等组成的。
2
I/O系统的工作原理
I/O系统工作分为polling、中断驱动和DMA等方式。
操作系统的网络管理
进程状态
进程可以分为就绪状态，运 行状态和阻塞状态。
进程管理函数
进程管理函数定义了所有与 进程有关的操作，如创建、 撤销进程；挂起、恢复进程 等。
操作系统的文件系统
文件系统组成
文件目录是文件系统中的基本组 织单元，包括目录和文件两种类 型。
文件系统结构
文件系统结构可以分为单层目录 结构、多层目录结构和文件树结 构。
操作系统的内存管理
1
物理内存管理
第二章 操作系统的逻辑结构
4. 程序性中断 在程序执行的过程中，发现了程序性质的错误或出
现了某些特定状态而产生的中断。如浮点溢出、用户态 下使用了特权指令、内存越界、跟踪等。
5. 访管中断 对操作系统提出某种请（需）求时所发生的中断。
例如，创建进程，I/O传输、打开文件、关闭文件、文件 的读、写等系统调用。
所发生的中断。例如：打印机打印完成、缺纸，读磁盘 时相应驱动器中没有磁盘等。
2. 外中断 对某个中央处理机而言，它的外部非通道式装置所
引起的中断称为外部中断。例如，时钟中断、操作员控 制台中断，多处理机系统中CPU到CPU之间的通信中断
等。
3. 硬件故障中断 当机器发生故障时的中断叫硬件故障中断。例如，
中断进入
中断 返回
中断处 理程序
继续执行
所谓中断是指某个事件 (例如 电源掉电、定点加法溢出或 I/O传输结束等) 发生时，系 统中止现行程序的运行、引 出处理事件程序对该事件进 行处理，处理完毕后返回断 点，继续执行。
中断源： 引起中断的事件称中断源，如打印完成中断，其中断源
是打印机。
断点： 发生中断时正在运行的程序被暂时停止，程序的暂停点
处理机状态的权限次序是：核态、管态、用户态。
1. 核态：
CPU执行操作系统程序时所处的状态。
在此状态下允许CPU使用全部资源和全部指令， 其中包括一组特权指令（如涉及外设的I/O、改变处 理机状态、修改存储保护的指令），实现对系统资 源的分配与管理，为用户提供使用外部设备的服务。
2. 管态:
管态比核态的权限低，在此状态下允许使用一 些用户态下不能使用的资源，但不能使用修改CPU 状态的指令。无核态时，管态执行核态的全部功能。
操作系统原理总结
操作系统原理总结操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和协调计算机的各种活动，使得计算机能够高效、稳定地运行。
下面就让我们来深入了解一下操作系统的原理。
操作系统的主要功能包括处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。
处理机管理的任务是合理地分配和调度处理机资源，以提高处理机的利用率和系统的性能。
进程是处理机管理中的一个重要概念，它是程序的一次执行过程。
操作系统通过进程控制、进程同步、进程通信和进程调度等手段来管理进程。
进程调度算法决定了哪个进程将获得处理机资源，常见的调度算法有先来先服务、短作业优先、时间片轮转等。
存储器管理的目标是为程序的运行提供良好的内存环境，提高内存的利用率。
内存分配方式有连续分配和离散分配两种。
连续分配包括单一连续分配和分区分配，离散分配则包括分页存储管理、分段存储管理和段页式存储管理。
虚拟存储器技术通过将部分程序和数据暂时存放在外存上，使得计算机能够运行比实际内存更大的程序。
设备管理的主要任务是管理和控制各类 I/O 设备，方便用户使用设备，并提高设备的利用率。
设备管理包括设备分配、设备驱动、设备缓冲和设备独立性等方面。
设备分配算法要考虑设备的使用情况和请求的优先级。
设备驱动程序是操作系统与设备硬件之间的接口，负责控制设备的操作。
设备缓冲可以减少 I/O 操作的次数，提高系统的性能。
文件管理负责对文件进行组织、存储、检索和保护。
文件系统为用户提供了一种按名存取的方式，方便用户对文件进行操作。
文件的逻辑结构有流式文件和记录式文件，物理结构有连续文件、链接文件和索引文件。
文件存储空间的管理方法有空闲表法、空闲链表法和位示图法等。
文件的保护机制可以防止文件被非法访问和修改。
用户接口是操作系统与用户之间的交互界面，分为命令接口和程序接口。
命令接口包括联机命令接口和脱机命令接口，程序接口则通过系统调用为用户程序提供服务。
操作系统的体系结构主要有单体结构、层次结构、微内核结构和客户/服务器结构等。
计算机逻辑构成
计算机逻辑构成计算机逻辑构成是指计算机系统中用来处理和操作信息的基本逻辑组件。
这些组件是计算机硬件的重要部分，包括输入、输出、中央处理器（CPU）、内存和数据通路等。
1. 输入输入是将外部信息引入计算机系统的过程。
通常，输入设备如键盘、鼠标、扫描仪等将人类的指令、数据或其他信息转化为计算机可识别的形式，以便计算机能够进一步处理。
2. 输出输出是将计算机处理完毕的信息传递给用户或其他设备的过程。
输出设备如显示器、打印机、音频设备等将计算机生成的结果转化为人们能够理解的形式，以便满足用户的需求。
3. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心组件，负责执行计算机指令、控制程序运行以及处理数据。
它由运算器和控制器组成，运算器负责进行算术和逻辑运算，而控制器负责解析和执行指令。
4. 内存内存是计算机系统存储数据和指令的地方，用于临时存储和处理信息。
计算机中的内存分为主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器（如内存条）是计算机直接访问的存储区域，用于存储当前执行的程序和数据；辅助存储器（如硬盘、固态硬盘）用于长期存储数据和程序。
5. 数据通路数据通路是计算机系统中负责数据传输和处理的部分，它由一系列逻辑门、寄存器和数据传输线组成。
数据通路负责将输入的数据和指令传递给中央处理器进行处理，并将处理结果传递给输出设备或存储器。
在计算机逻辑构成中，逻辑门是十分重要的组件。
逻辑门是用于实现逻辑运算的电子元件，根据输入信号的不同组合产生相应的输出信号。
常见的逻辑门有与门、或门和非门等，它们能够实现与、或、非等基本逻辑运算。
除了逻辑门，还有其他重要的逻辑组件，如触发器、计数器和多路选择器等。
触发器是一种存储器件，用于存储和传输数据，常用于存储程序和临时数据。
计数器是一种用于计数和记录次数的电子元件，常用于时序控制和计时操作。
多路选择器是一种能够根据选择信号选择不同输入信号的电子元件，用于实现数据的多路复用和选择。
以上是计算机逻辑构成的基本内容，通过合理的组合和连接这些逻辑组件，计算机能够实现各种复杂的功能和任务。
操作系统的逻辑结构
中断响应：是处理机发现有中断请求时，中止
现运行程序的执行并自动引出中断处理程序的过 程。
中断由软硬件协同处理
中断装置：指发现中断，响应中断的硬件 中断处理程序：对中断事件进行处理的程序，由软
件来完成
二. 中断类型
按中断功能分类
（1）输入输出中断： 外部设备或通道操作正常结束或错误时所发生的中断。 如I/O传输结束或出错中断。 （2）外中断： 外部非通道式装置所引起的中断。 时钟中断、操作员控制台中断、通信中断等。 （3）机器故障中断： 机器发生故障时的中断。 电源故障、主存取指令错、长线传输的奇偶校验错等。 （4）程序性中断： 程序性质的错误或某些特定状态而产生的中断。 浮点溢出、用户态下用核态指令、越界、非法操作等。 （5）访管中断： 对操作系统提出某种需求时发出的中断称为访管中断。
作业控制语言、键盘命令、图形化用户界面
（2）系统功能调用（又称程序接口）
（二） 操作系统逻辑结构
UNIX系统体系结构
Unix系统组成：
硬件（裸机） 核心层 实用层 其他应用程序
CC、Shell、用户程序
核外程序 sh who a.out date wc grep
cd vi ld comp cpp UNIX核心 裸机
主存中用于存放中断向量服务地址的一组存储单元组成 的表。
六.中断返回
中断返回是指执 行一条中断返回 指令(RTI)。
硬件操作
↑(SP) → PC ↑(SP) → PS
第二章 小 结
1. 操作系统虚拟机概念。 2. 处理机的态，（核态）、管态、用户 态，相互的区别。 3. 中断概念：定义、类型。 4. 中断响应的定义、实质。 5. 中断处理的过程。 6. 向量中断的概念。
操作系统文件的逻辑结构
操作系统文件的逻辑结构操作系统文件的逻辑结构文件是操作系统中最基本的资源之一，它是指一组相关数据的集合，可以被命名并存储在计算机的存储设备中。
在计算机科学中，文件有着重要的作用，因为它们是数据持久化存储和共享的主要方式。
在本文中，我们将深入探讨操作系统文件的逻辑结构。
一、概述操作系统文件的逻辑结构指的是文件在应用程序和用户角度上看到的结构。
与物理结构不同，逻辑结构通常由应用程序员和用户来定义和使用。
一个好的逻辑结构能够提高数据处理效率、提高数据管理能力以及减少出错率。
二、顺序存储结构顺序存储结构是最简单也是最常见的一种逻辑文件结构。
这种存储方式将数据按照其出现顺序依次排列，并且每个记录都有一个唯一标识符来区分不同记录。
这种方式对于大量批量处理数据非常有效。
三、索引顺序存储结构索引顺序存储结构是在顺序存储基础上增加了一个索引表来提高检索速度。
索引表包含了所有记录位置和关键字信息，并且按照关键字排序。
这种方式可以减少数据扫描的时间，提高检索效率。
四、链式存储结构链式存储结构是一种非常灵活的数据结构，它使用指针将记录链接在一起。
每个记录包含了指向下一个记录的指针，这样就可以通过遍历指针来访问整个文件。
链式存储结构适合于随机访问，但是由于需要维护指针关系，所以在插入和删除操作时效率较低。
五、散列存储结构散列存储结构也称为哈希表，它是一种基于关键字的快速检索方法。
这种方法将所有记录散布到不同的桶中，并且每个桶都有一个唯一标识符。
当需要查找某个记录时，只需要计算其哈希值并且在相应的桶中查找即可。
这种方法可以大大提高查找效率。
六、树形存储结构树形存储结构是一种基于二叉树或多叉树的数据结构，它使用节点来表示文件中的每个记录，并且通过节点之间的父子关系来描述记录之间的逻辑关系。
树形存储结构适合于有序数据和随机访问，并且在插入和删除操作时效率较高。
七、总结操作系统文件的逻辑结构有多种形式，每种形式都有其优缺点。
在实际应用中，应该根据具体需求选择合适的存储方式。
电脑操作系统的架构分析
电脑操作系统的架构分析电脑操作系统是指运行在计算机上，管理计算机硬件和软件资源的一种程序。
它是计算机系统中最核心的部分，承担着计算机资源的管理和调度等重要任务。
本文将从操作系统的架构角度，为读者分析电脑操作系统的组成和运行机制。
一、操作系统的组成电脑操作系统通常由内核、系统调用、进程和线程管理、进程间通信、文件系统、网络协议栈等模块组成。
1. 内核操作系统内核是操作系统最核心的部分，负责管理计算机硬件资源的分配及其协调工作。
它包括了操作系统的进程管理、内存管理、文件管理、I/O管理等功能模块，是操作系统与计算机硬件之间的中间层。
2. 系统调用系统调用是用户程序与操作系统之间的接口。
当一个用户应用程序需要使用操作系统的功能时，就需要通过系统调用向操作系统发出请求。
常见的系统调用包括创建进程、打开文件、读写文件、网络通信等。
3. 进程和线程管理进程是指正在运行的一个程序，它包含了代码、数据、堆栈等，是系统资源管理的基本单位。
线程是进程中负责执行任务的最小单位，可以认为是轻量级进程。
操作系统需要进行进程或线程的创建、撤销、调度等工作，以充分利用计算机资源。
4. 进程间通信进程间通信（IPC）是指多进程或多线程之间的数据交换和通信。
操作系统提供了多种IPC机制，如管道、消息队列、共享内存等，可用于进程之间的数据共享和通信。
5. 文件系统文件系统是操作系统中的一个重要模块，用于管理计算机硬盘等存储设备中的文件。
它可以进行文件的创建、读写、修改和删除等操作，并且还提供了文件的安全权限和文件夹管理等功能。
6. 网络协议栈网络协议栈是一个网络通信的软件组件，主要负责处理网络协议。
它包含了网络层、传输层、应用层等多个协议，并且提供了数据传输的全过程管理和控制。
二、操作系统的运行机制1. 系统启动当电脑启动时，系统首先加载BIOS（基本输入输出系统），并根据系统配置自动进入操作系统的引导程序。
引导程序会读入操作系统内核代码，并且将它加载到内存中。
操作系统结构
层次结构
所谓的层次结构，就是把操作系统所有的功能模块按照功能调用次序分别排成若干层，各层之间的模块只有 单向调用关系(例如，只允许上层或外层模块调用下层或内层模块)。分层的优点是：
(1)把功能实现的无序性改成有序性，可显著提高设计的准确性。 (2)把模块间的复杂依赖关系改为单向依赖关系，即高层软件依赖于低层软件。 tra于1968年发表的THE多道程序设计系统第一次提出了操作系统的分层结构方法。整个THE系统分为6层。
整体式结构
整体式结构也叫简单结构或无结构，在早期设计开发操作系统时，设计者只是把注意力放在功能的实现和获 得高的效率上。整个操作系统的功能由一个一个的过程来实现，这些过程之间又可以相互调用，导致操作系统变 为一堆过程的集合，其内部结构复杂又混乱。因此这种操作系统没有结构可言。
这种早期的整体式结构的最大优点就是接口简单直接，系统效率高但是却有很多的缺点：没有可读性，也不 具备可维护性，一旦某一个过程出了问题，凡是与之存在调用关系的过程都要修改，所以给调试和维护人员带来 许多麻烦，有时为了修改系统中的错误还不如重新设计开发一个操作系统。因此，这种早期的整体式结构已经淘 汰不用了。
操作系统结构
操作系统的构成结构
目录
01 整体式结构
03 层次结构
02 模块化结构 04 微内核结构
操作系统结构是指操作系统的构成结构。在操作系统的发展过程中，产生了多种多样的系统结构，几乎每一 个操作系统在结构上都有自己的特点，从总体上看，根据出现的时间，操作系统结构依次可以分为整体式结构、 模块化结构、层次式结构和微内核结构。
感谢观看
模块化结构
模块化结构是指将整个操作系统按功能划分为若干个模块，每个模块实现一个特定的功能。模块之间的通信 只能通过预先定义的接口进行。或者说模块之间的相互关系仅限于接口参数的传递。
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。
计算机五大逻辑结构
计算机五大逻辑结构1.逻辑结构概述计算机逻辑结构是指计算机硬件、软件及其相关部件之间的逻辑联系，包括计算机的各种组件，以及它们之间的互联关系和运作方式。
计算机的逻辑结构分为五种，分别是顺序结构、选择结构、循环结构、跳转结构和指针结构。
这五种逻辑结构是计算机编程中最基本的概念，也是程序设计的基础。
2.顺序结构顺序结构是指程序按照预定的顺序依次执行，没有条件和循环的结构。
这种结构可以理解成一种线性的结构，即程序的执行是单一的、连续的，不会有其他的分支和循环的情况。
整个程序的流程是一条线，在一个任务完成后，即按照下一个任务的方式进行操作。
在实际编程中，顺序结构常常被用来描述一些简单的操作，例如打印一段文字、读取一个数据等等。
3.选择结构选择结构是指程序根据某些条件，在两个或多个分支之间选择其中一个分支执行的结构，也称为if-else结构或条件分支结构。
它可以使程序根据条件选择不同的执行路径，从而实现不同的操作。
选择结构可以按照条件的真假来执行不同的程序段，有助于节省计算时间和提高程序的效率。
例如，在一个考试成绩查询系统中，根据输入的学号和密码，判断该学生是否合法并给出相应的反馈，就适合用选择结构来实现。
4.循环结构循环结构是指在程序执行时，根据一定的条件，重复执行一定的操作的结构，也称为循环结构或迭代结构。
循环结构可以让程序对一个操作进行多次执行，从而能够简化程序的编写，并且能够提高程序的可读性和效率。
例如，在图书管理系统中，用户需要重复输入某一内容来查询图书信息，在这种情况下，就可以使用循环结构。
5.跳转结构跳转结构是指在程序执行时，通过跳转到指定位置的方式改变执行路径的结构，也称为跳转语句或转移指令。
跳转结构可以被用来实现一些特殊的操作，如退出程序、返回主菜单等。
在实际编程中，跳转语句是一种比较特殊的结构，需要谨慎使用，否则容易造成程序不稳定或者死循环的情况。
6.指针结构指针结构是指程序中使用指针来操作数据区的结构，也称为指针变量或指针类型。
操作系统的逻辑结构
操作系统的逻辑结构操作系统是计算机系统中的一个重要组成部分，它负责管理计算机的硬件资源和提供用户与计算机之间的接口。
在操作系统中，逻辑结构包括进程管理、内存管理、文件系统和设备管理等几个方面。
首先，进程管理是操作系统的核心之一，它负责管理计算机系统中正在运行的进程。
进程是计算机中正在执行或等待执行的程序实例，操作系统通过进程管理来控制进程的创建、运行、调度、终止等操作。
进程管理的主要任务有：分配资源、为进程分配CPU、控制进程的同步和互斥、进行进程之间的通信等。
进程管理是实现多任务并发执行的基础，通过合理的进程调度算法可以提高系统的性能和资源利用率。
其次，内存管理是操作系统的另一个重要组成部分，它负责管理计算机系统中的内存资源。
内存是计算机中用于存储程序和数据的地方，操作系统通过内存管理来控制内存的分配、回收、保护等操作。
内存管理的主要任务有：内存分配与回收、内存保护和共享、虚拟内存管理等。
内存管理的核心概念包括物理内存和虚拟内存，通过合理的内存管理策略可以确保计算机系统的正常运行和性能优化。
另外，文件系统是操作系统中用于管理存储设备上文件和目录的系统软件。
文件系统提供了对文件的访问、读写、管理等功能，使用户可以方便地存储、访问和共享文件。
文件系统的主要任务有：文件分配和管理、文件权限控制、文件IO和缓存管理等。
文件系统通过组织文件和目录的层次结构来管理文件，常见的文件系统有FAT、NTFS、EXT等。
最后，设备管理是操作系统中用于管理计算机硬件设备的组件。
计算机系统中的设备包括输入设备、输出设备和存储设备等，操作系统通过设备管理来控制设备的分配、调度和访问等操作。
设备管理的主要任务有：设备分配和释放、设备驱动程序管理、设备中断处理等。
设备管理是实现输入输出功能的保证，通过合理的设备管理策略可以提高系统的响应速度和可靠性。
总之，操作系统的逻辑结构主要包括进程管理、内存管理、文件系统和设备管理等几个方面。
操作系统结构
操作系统结构操作系统是计算机系统中的核心组成部分，负责管理计算资源、提供用户接口以及协调和控制系统中各个程序的运行。
为了更好地理解和学习操作系统，了解其结构是至关重要的。
本文将介绍常见的操作系统结构，并探讨它们的特点和功能。
一、单体结构单体结构是最早出现的操作系统结构之一。
它将所有的操作系统功能都集中在一个大的程序中，这个程序包括了各种不同类型的系统功能，如文件管理、内存管理、进程调度等。
单体结构的最大特点是简单直观，易于开发和理解。
然而，由于所有功能都集中在一个程序中，当系统变得复杂时，单体结构容易导致代码紊乱、难以维护和扩展。
二、层次结构为了解决单体结构的问题，研究人员提出了层次结构的操作系统设计思想。
层次结构将操作系统划分为多个层次，每个层次都提供不同的功能接口，并且每个层次只依赖于更低层次的功能接口。
这样一来，系统变得更加模块化，每个层次可以独立开发、测试和维护。
常见的操作系统层次结构包括内核层、文件系统层、设备驱动层等。
层次结构的优势在于提高了系统的可维护性和可扩展性，但也带来了一定的性能开销。
三、微内核结构微内核结构是一种特殊的层次结构，它将操作系统划分为最小的核心和若干个可选的服务进程。
微内核只提供最基本的功能，如进程管理和内存管理，而其他功能则由服务进程来实现。
这种设计可以最大限度地减小内核的规模，提高系统的稳定性和可靠性。
微内核结构的一个重要特点是可扩展性，可以根据需要动态地加载和卸载服务进程，从而实现系统功能的动态扩展。
四、虚拟机结构虚拟机结构是一种基于虚拟化技术的操作系统结构。
它通过在物理机器上创建多个虚拟机来模拟多个独立的计算环境，每个虚拟机可以运行一个完整的操作系统。
虚拟机结构的优势在于提供了更好的资源隔离和资源管理能力，可以更灵活地配置和管理计算资源。
虚拟机结构广泛用于云计算和服务器虚拟化领域。
五、客户端-服务器结构客户端-服务器结构是一种常见的分布式操作系统结构。
它将操作系统划分为两个主要部分：客户端和服务器。
操作系统-文件的逻辑结构
第一章 操作系统引论
图7-6 Hash 文件的逻辑结构
20
13
第一章 操作系统引论
7.2.5 索引顺序文件 (Index Sequential File) 1. 索引顺序文件的特征 索引顺序文件是对顺序文件的一种改进，它基本上克服
了变长记录的顺序文件不能随机访问，以及不便于记录的删 除和插入的缺点。但它仍保留了顺序文件的关键特征，即记 录是按关键字的顺序组织起来的。它又增加了两个新特征： 一个是引入了文件索引表，通过该表可以实现对索引顺序文 件的随机访问；另一个是增加了溢出 (overflow文) 件，用它来 记录新增加的、删除的和修改的记录。
18
第一章 操作系统引论
2. 哈希(Hash)文件 这是目前应用最为广泛的一种直接文件。它利用 Hash 函 数(或称散列函数 )可将关键字转换为相应记录的地址。但为 了能实现文件存储空间的动态分配，通常由 Hash 函数所求得 的并非是相应记录的地址，而是指向某一目录表相应表目的 指针，该表目的内容指向相应记录所在的物理块，如图 7-6 所示。
列。一般地，可分为两种情况： (1)串结构。 (2)顺序结构。
6
第一章 操作系统引论
2. 顺序文件的优缺点 顺序文件的最佳应用场合是在对文件中的记录进行批量 存取时(即每次要读或写一大批记录 )。所有逻辑文件中顺序 文件的存取效率是最高的。此外，对于顺序存储设备 (如磁 带)，也只有顺序文件才能被存储并能有效地工作。
4
第一章 操作系统引论
2. 按文件的组织方式分类 根据文件的组织方式，可把有结构文件分为三类： (1)顺序文件。 (2)索引文件。 (3)索引顺序文件。
5
第一章 操作系统引论
7.2.2 顺序文件(Sequential File) 1. 顺序文件的排列方式 在顺序文件中的记录，可以按照各种不同的顺序进行排
os文件的逻辑结构
os文件的逻辑结构OS文件的逻辑结构一、引言计算机操作系统（Operating System，简称OS）是计算机硬件和应用程序之间的桥梁，负责管理和控制计算机资源，为用户提供友好的界面和良好的使用体验。
在操作系统中，文件是一种重要的数据存储和管理方式。
文件是操作系统中的基本信息单位，它可以是文本、图片、音频、视频等各种形式的数据。
为了有效地管理和操作文件，操作系统将文件的逻辑结构和物理结构进行了分离。
二、逻辑结构的概念逻辑结构是指文件在用户看来的组织形式，它与文件的物理存储无关。
在操作系统中，常见的文件逻辑结构有顺序文件、索引文件、链式文件和多级索引文件等。
三、顺序文件顺序文件是最简单也是最常见的文件逻辑结构之一。
顺序文件中的记录按照特定的顺序排列，每个记录占用连续的存储空间。
通过记录的物理位置来确定记录的逻辑顺序，通常使用文件指针来指示当前读写位置。
顺序文件适用于需要按照顺序进行访问的场景，如日志文件、配置文件等。
四、索引文件索引文件是通过索引表来实现对文件记录的访问。
索引表中的每个索引项包含了记录的关键字和对应的物理地址，通过索引表可以快速定位到文件中的记录。
索引文件适用于需要快速随机访问记录的场景，如数据库系统中的索引文件。
五、链式文件链式文件是通过指针将文件中的记录按照逻辑顺序连接起来的。
每个记录中都包含了指向下一个记录的指针，通过指针可以按照任意顺序访问文件中的记录。
链式文件适用于需要频繁插入和删除记录的场景，如邮件系统中的邮件链表。
六、多级索引文件多级索引文件是一种将索引表进行多级划分的文件结构。
最上层的索引表指向下一级的索引表，直到最底层的索引表指向实际的记录。
通过多级索引表可以减少索引表的大小，提高索引的访问效率。
多级索引文件适用于大规模文件的索引，如大型数据库系统中的数据表索引。
七、文件逻辑结构的选择在实际的应用中，选择合适的文件逻辑结构对于提高文件的访问效率和管理效率非常重要。
操作系统整体结构
Linux系统I/O层次结构
设备驱动程序向上则面对文件系统，由文 件系统为内核其他部分提供统一接口： 入口调用集合Operations: （read、write等等） 设备驱动程序向下与设备控制器接口：定 义如何与设备进行通信的协议 （设备控制命令集合）
设备驱动程序框架
一个完整的设备驱动程序包括五个部分： 1、设备驱动程序的注册与注销（与系统引导的接口）
等
待
执行下条指令 开始数据传送
(a)
(b)
中断控制方式的传送结构
int 数据线 I/O设备1 I/O控制器1 地址线 控制线 CPU
start I/O设备n 启动位
I/O控制器n 中断位 控制状态寄存器 数据缓冲寄存器
内存
信号线
中断控制方式的处理过程
设备 接 收 到 CPU 发 来 的 start指令 CPU 向设备发start指令 将中断允许位置1 调度程序调度其 他进程 否 否 是 控制器发中断信号
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
系统能作为抽象数据类型或对象方法来实现。
缺点： 存在潜在的性能退化 没有纯粹采用模块化结构的商业化操作系统
可扩展内核结构
可扩展内核结构通过使用一个公共的基本功能集合（称为 基础核心），以实现特定操作系统（如实时、分时）的模 块化组织结构。 这种方法为特定操作系统定义了两类模块： 策略独立模块：用来实现微内核（可扩展内核）。这一层 的模块功能（基础组件）与机制和硬件相关，基础组件是 支持上层特定策略的共性部分。 特定策略模式：包含能够满足某种需要的操作系统的模块 集合，它依靠策略独立模块的支持以反映特定操作系统的 需求。
配置在裸机上的第一层软件是操作系统。
什么是操作系统虚拟机
应用程序 扩充后的机器 裸机 操作系统 用户程序 裸机：没有装入任何软件的计算机。 操作系统虚拟机：在裸机上配置了 操作系统程序后就构成。
操作系统虚拟机为用户提供了很多硬件无法提供 的功能。
操作系统虚拟机的功能
虚拟机的“指令”集合 裸机各种基本硬件指令
① 结构：描述组成系统的不同功能如何分组和交互
② 接口：与系统内部结构密切相关，由操作系统提供 给用户、用户程序、或上层软件使用 ③ 运行时的组织结构：定义了执行过程中存在的实体 类型及调用方式
2.2.1
结构化组织
操作系统是一个大型的程序系统，或者说是软件模 块的集合。每个模块包含数据、完成一定功能的程 序以及该模块对外提供的接口。 软件设计者的任务： 1、使用模块来实现功能 2、定义接口实现模块间交互 在操作系统的设计中，采用四种方法：
层次结构
采用层次结构构造操作系统是将操作系统的 各种功能模块分成不同的层次，然后以一定的 原则形成一个整体。 整个操作系统在结构上类似于一个洋葱头， 它由若干层组成，每一层都提供一组功能，这 些功能只依赖于该层以内的各层。
各层次的调用关系：外层可以调用内层， 内层不能调用外层。
资源分配和调度 文件存取 I/O处理 存储管理 进程控制 进程通信 初级中 断处理
可扩展内核结构
可扩展内核结构支持操作系统中两个新方向： 微内核操作系统 在单一硬件平台上建立具有不同策略的操作系统 微内核操作系统的优点： 提高了安全性和可靠性。绝大多数服务不是作为内核进 程，而是作为用户进程来运行 便于系统扩充。不需要修改内核，将新服务加到用户空 间 便于操作系统移植。微内核很小，修改也会很小 便于形成不同策略特征的操作系统。
2.3 处理机的状态
2.3.1、处理机状态及分类 为什么要区分处理机的态?
在系统中有两类程序在运行——
管理程序
管理和控制者 负责管理和分配系统资源
用户程序
被管理和被控制者 所需资源必须向操作系统提出请求
为用户提供服务
享受系统提供的服务
为了保证操作系统不被破坏，应为操作系统建立一个保护环境。 采用的办法是根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理 器设置为不同状态。
客户—服务器方式特点
服务器（server）：提供服务的进程
客户端（client）：调用进程
优点：
适用于分布式系统 便于实现多种不同的服务类型 具有较好的容错性 客户—服务器组织方式严格进行功能特性的分离，使系 统易于理解和维护 缺点： 必须维持许多持久型的服务进程，这些进程要监听和响 应各种不同的请求。
断处理程序来处理。
操作系统服务作为系统服务进程
用户进程 客户端 发送请求 服务 例程 返回结果 系统进程 服务器
服务请求和服务响应是通过消息
传递方式来实现的，又称为客 户—服务器方式。 操作系统对外提供服务的功能处 理为单独自治的系统进程，称为 服务员进程（服务器） 应用进程活动时称为应用进程， 需要操作系统服务时，向服务器 发请求服务消息。 服务器收到请求，执行相关例程， 以消息的形式返回结果给请求者。
2.1 操作系统的虚拟机 2.2 操作系统的组织结构 2.3 处理机的状态
2.4 中断机制
2.5 UNIX系统结构
2.1 操作系统虚拟机
OS管理和控制多个用户对计算机系统的软、硬件 资源的共享。 用户请求资源数比系统资源数多，虚拟的概 念可以实现资源共享，使给定的物理资源能 力更强。 为计算机配置各种软件扩充计算机的功能， 用户以透明的方式使用系统的各类资源。
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
在下列情况下，由用户态自动转向管态：
用户进程访问操作系统，要求操作系统的某 种服务（即管理程序调用）。 发生一次中断。
用户程序发生一个错误。（内部中断）
在用户态下企图执行一条特权指令。 从管态转回用户态是用一条指令实现的，这条 指令本身也是特权指令。
中断系统=中断装置+中断处理程序
中断源：引起中断发生的事件,如打印完成中断，
其中断源是打印机。
断点：发生中断时正在运行的程序被暂时停止，
程序的暂停点称为断点。例如，某程序正在执行 0200地址的指令被中断，那么，0200地址就是断 点， 在中断返回时就执行0200的下一条指令。
中断响应:是处理机发现有中断请求时，中止现运
用户进程
操作系统 内核 服务 例程 返回
又称为采用系统功能调用方式。 操作系统的服务例程以内核功能
调用或库函数方式实现。
应用程序需要操作系统某项服务
库或内核调用
功能时，只需调用对应的内核功 能调用或库函数。
操作系统被调用的服务例程作为
用户的子例程（通过特殊的方式 进入）
硬件引发的中断由操作系统的中
实例：x86系列处理器-2
各个级别有保护性检查（地址校验、I/O限制） 特权级别之间的转换方式不尽相同 四个级别运行不同类别的程序： •R0-运行操作系统核心代码 •R1-运行关键设备驱动程序和I/O处理例程 •R2-运行其它受保护共享代码，如语言系统运行环境 •R3-运行各种用户程序
现有基于x86处理器的操作系统，多数UNIX、Linux以 及Windows系列大都只用了R0和R3两个特权级别
3.机器故障中断：当机器发生故障时所产生的中断叫硬件故 障中断。
例如，电源故障、通道与主存交换信息时主存出错、从主 存取指令错、内存单元奇偶校验错、机器电路检验错等
4. 程序中断：在现行程序执行过程中，若发生了程序性质 的错误或出现了某些程序的特定状态而产生的中断称为程序 性中断。 例如：定点溢出、十进制溢出、十进制数错、地址错、用 户态下用核态指令、越界、非法操作等。程序的特定状态包 括逐条指令跟踪、指令地址符合跟踪、转态跟踪、监视等。 5. 访管中断：对操作系统提出某种请(需)求是所发出的中 断称为访管中断。 例如请求I/O传输，建立进程、打开文件、关闭文件、文件 的读、写等系统调用）
裸机
处理机 分派
3
操作系统的层次结构
2.2.2
运行时的组织结构
操作系统是一个程序的集合，或称为例程的集 合。操作系统又是一个服务系统，它根据用户的 请求而提供服务。
操作系统运行时的组织结构按调用方式分为两 种类型： 操作系统服务作为子例程 操作系统服务作为系统服务进程
操作系统服务作为子例程
CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应
CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执
户 角 度 看 中 断
CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件 的处理程序，处理完成后返回断点，继续执行被打断的程序
什么是处理机的态? ——处理机的工作状态，即处理机当前正在执行哪一 类程序，依此来区分处理机的状态。
多数系统将处理器工作状态划分为管态和用户态
管态(Supervisor mode)：操作系统管理程序运行时机器所处的 状态，较高的特权级别，又称为特权态（特态）、系统态
用户态(user mode)：用户程序运行时机器所处的状态，较低 的特权级别，又称为目态、普通态（普态） 有些系统将处理器状态划分核心状态，管理状态和用户程序状 态（目标状态）三种
操作系统提供的命令
系统所提供的全部操作命令的集合称为操作命令语言， 它是用户与系统进行通信的手段和界面。
用户界面分为两个方面： 操作命令（命令接口）
键盘命令 作业控制语言 图形化用户界面
系统功能调用（程序接口）
操作系统的虚拟技术
用户眼中的 虚拟机器 虚存
虚拟处理机
memory
cpu
device
行程序的执行并自动引出中断处理程序的过程。 系统堆栈: 在内存开辟的一块区域，用于临时保存现场
2.4.2 中断类型 按中断功能分类：
1.输入输出中断：当外部设备或通道操作正常结束或发生某 种错误时所发生的中断。 例如打印机打印完成、缺纸，读磁盘时相应驱动器中没 有磁盘等。 2.外中断：对中央处理机而言,它的外部非通道式装置所引 起的中断称为外部中断。 例如，时钟中断，操作员控制台中断，多机系统中CPU 到CPU之间的通信中断，各种外设或传感器发来的实时中断 等
①一体化 ②模块化 ③可扩展内核 ④层次化
一体化结构
在一体化结构中，所有的操作系统功能模块和数 据结构放在一个逻辑模块中，操作系统软件的模块 间没有显式的接口。 优点： 系统的设计只需少量分析，很好实现后非常有效 缺点： 难以理解、难以维护 验证正确性十分困难
模块化结构
采用某块化结构的系统，其功能通过逻辑独立的 模块来划分，相关模块间具有良好定义的接口。 优点：
实例：x86系列处理器-1
•3386、486、Pentium系列都支持4个处理器特权级别（特权
环：R0、R1、R2和R3） •从R0到R3特权能力依次降低 •R0相当于双状态系统的管态 •R3相当于目态 •R1和R2则介于两者之间，它们能够运行的指令集合具有包 含关系：
I R 0 I R1 I R 2 I R 3