windows操作系统原理ppt

对象头部属性
对象名（Object name） 对象目录（directory in which object live） 安全描述字（access security descriptor） 配额使用价格（resource quota charges） 打开把柄记数（open handle counter） 打开把柄数据库（open handle database） 永久/临时（permanent／temporary） 核心/用户模式（kernel/user mode） 访问记数（reference counts） 对象类型指针（type object pointer）
11.3 操作系统体系结构
操作系统组成成分
– 主动成分：进程，线程 – 被动成分：模块，对象
基于共享变量的体系结构 基于消息通讯的体系结构 微内核结构
成分间的关系
1. 主动-主动 主动 消 息 主动 主动 主动
公共变量 2. 主动-被动 主动 主动 主动
被动
被动
被动
成分间的关系
被动-被动 主动 主动 主动
4. 分层原则 (1) 与界面有关的放在高层 (2) 与硬件有关的放在低层 (3) 并发控制放较低层 (4) 其它放在中层
分层实例 6层 5层 4层 3层 2层 1层 0层 SPOOLing系统 作业调度 终端命令
系统调用（OS API） 进程(线程)管理 虚拟存储 内存管理
中断处理 短程调度
高级通讯 文件管理 设备管理
第十一章 操作系统设计
操作系统设计目标 操作系统基本内核 操作系统体系结构
– 基于公共变量的结构 – 基于消息传递的结构 – 微内核结构
操作系统设计方法
– 模块接口法 – 核扩充法 – 层次化方法 – 面向对象方法
11.1 操作系统设计目标
正确性 高效性
– 系统效率
η=
Tu + Tsu Tu + Tsu + Tsm
原语管理 交通控制
宿住系统
5. 面向对象设计方法 Building Operating systems with objects + thread Benefits: (1) Better organization/structure of inherent complexity inheritance, containment,... (2) Reduced development effort through reuse (3) More extensible and maintainable system
对象体（Object body）
对象体
Windows2000/XP对象
Tu: 执行用户程序所占时间 Tsu: 执行操作系统程序为用户服务所占时间 Tsm: 执行操作系统程序做系统管理所占时间
可维护性
– 易读，易修改，易裁减，易扩充
可移植性
11.2 操作系统基本内核
内核成分
– 中断处理 – 原语管理 – 短程调度（低级调度） – 交通控制
中断处理 原语管理
短程调度
交通控制
Windows2000/XP设计特点 Windows2000/XP设计特点
基于服务
– 由NT发展而来
C/S模型，RPC，LPC，DPC
关于微内核
– 最初：NT微内核 – 目前：不是纯微内核结构
文件、虚拟存储等已被放入核心
关于面向对象
– 执行体采用O2设计原则 – 大部分代码非O2语言编写
数据对用户模式访问是公开的或数据访问是共享的或受限 制时才使用对象
被动
被动
被动
被动
被动
11.3.1 基于共享变量的体系结构
主动 ... 被动 ... 被动 ... 共享变量 ... ... 主动 ... 被动 ... … 被动 ... 优点：效率高 缺点：不适合分布
11.3.2 基于消息通讯的体系结构
主动 ... 主动 ... ... ... 主动 ... 主动 ... 高级通讯原语 基本内核 优点：适合分布 缺点：效率不高
OS/2应用 OS/2子系统 系统级线程
Win32应用
POSIX应用 POSIX子系统
Win32子系统 系统服务 执行体
I/O管理器 文件系统 缓存管理 设备驱动 网络管理
用户态 系统态
对象 管理器
安全 访问控制
进程 管理器
虚拟存 储管理器
本地 过程调用
核心 HAL 硬件
Windwso2000/XP体系结构
功能n：模块n M7 M8
M9
2. 核扩充法
OS1 扩充1 基本内核 硬件
OS2 扩充2
特点：适应性好
3. 层次化方法 E.W. Dijkstra 分若干层 层间单向依赖(全序，半序) M1 M2 M3
Example system: THE M6
M4
M5
M7
M8
M9
层次化设计的实现 1. 确定设计目标(An) 2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 确定宿主系统(A0) 3. 层次设计 (1) 自底向上(bottom-up) A0,A1,A2,…,An-1,An 优点：易于调试 缺点：可能偏离设计目标 (2) 自顶向下(top-down) An,An-1,An-2,…,A2,A1,A0 优点：无偏差 缺点：调试困难(仿真) (3) 混合策略 A0,A1,A2,…,An-1,An
Example systems: Windows2000/XP
11.5 系统举例—Windows2000 系统举例—
基本组成
– (1) 硬件抽象层(HAL)：体现硬件无关性．可加载的
核心模块HAL.dll，掩盖了与硬件有关部门的细节， 例如I/O接口、中断控制等． – (2) 核心(kernel)：由操作系统中最常用、最基础的 构件组成．其中包括调度、上下文切换、中断处理、 异步过程调用(APC)、延迟过程调用(DPC)、多处理 机同步等．内核常住内存． – (3) 执行体(Executive)：是Windows2000操作系统的 主体，包括进程管理器、虚拟内存管理器、安全引 用管理器、I/O管理器、本地过程调用等．其中I/O 管理包含了所有与外部打交道的成分，如文件、网 络等.
微内核组成
处理机调度 基本中断处理程序 同步机制 内存管理 进程通讯原语 电源管理
优缺点
优点
– 体积小,正确性健壮性容易保障 – 适应性好,灵活性强，应用面广
缺点
– 实现效率低
11.4 操作系统设计方法
1. 模块接口法 功能1：模块1 功能2：模块2 … ... M6 优点：高效 缺点：正确性难于保障 M4 M5 M1 M2 M3
11.3.3 微内核结构
微内核(micro-kernel)是体积很小的内核，只包括操作 系统中绝对必要的成分，其它与应用有关的系统功能 以进程或线程模式在目态执行 .
文 件 系 统 设 备 驱 动 虚 拟 存 储 进 程 控 制 应 用 程 序 应 用 程 序
…
微内核 (Micro-kernel) 硬件