操作系统有哪些结构？

Posted 2022-12-03 跋扈洋

操作系统的结构

• 操作系统的服务
• 操作系统结构
• 后续

操作系统的服务

操作系统以服务的形式向用户和程序提供环境执行程序。操作系统的基本服务有：
操作系统有一组服务用于提供用户功能：

• 用户界面：几乎所有的操作系统都有用户界面，这种界面可有多种形式，一种是命令行界面，另一种是批处理界面。
• 程序执行：系统应能加载程序到内存，并加以运行。
• I/O操作：为了保证效率和保护，用户通常不应直接控制I/O设备，因此操作系统必须提供手段以便执行I/O
• 文件系统操作
• 通信
• 错误检测

另外操作系统还有一组服务，不是为了帮助用户而是为了确保系统本身运行高效，多用户系统通过共享计算机资源可以提升效率。

• 资源分配
• 记账：我们需要记录用户使用资源的类型和数量，这种记录可以用于记账，或统计使用量。
• 保护和安全

操作系统的服务形式主要分为三种：

1. 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/C++）、程序通过应用程序接口（API）访问
2. 用户接口：分为命令行接口（CLI）和图形化接口（GUI），许多系统同时包含CLI和GUI界面。第一个图形界面是Xerox Alto。
3. 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。

操作系统结构

现代操作系统庞大而复杂，常用方法是将这种系统分成子系统或模块。

1. 简单结构：早期操作系统采用无结构的简单结构，规模小、简单且功能有限，会造成混乱、不易维护更新和不适合大规模系统开发的问题。MS-DOS、早期UNIX就是这样一个操作系统。
2. 层次结构：操作系统划分为若干层，在低层上构建高层，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。分层的主要优点是在于简化了沟造和调试，所选的层次要求每层只能调用更低层的功能和服务。缺点是每层内容的定义困难且效率差。例子是THE系统（简单批处理系统）。
3. 微内核：随着内核越来越大，越来越难管理，开始出现了微内核技术对内核进行模式化。微内核的主要功能是，为客户端程序和运行在用户空间的各种服务提供通信。通信是通过消息传递来提供的。微内核的优点之一是便于扩展操作系统。微内核也提供了更好的安全性和可靠性。微内核的缺点是用户空间和内核空间通信的系统开销增加。微内核的例子有：CMU的Mach（第一个微内核系统）、Tru64 Unix、Windows NT,2000以及后续版本。
4. 模块结构：大部分现代操作系统采用模块结构，采用可加载的内核模块是目前操作系统设计的最佳方法。内核有一组核心组件，无论在启动还是运行时，内核都可通过模块链入额外服务。这种设计的思想是：内核提供核心服务，而其他服务可在内核运行时动态实现。动态链接服务优于直接添加新功能到内核，这是因为对于每次更改，后者都要重新编译内核。模块结构比层次结构更加灵活，并且比微内核更加高效（因为模块无需调用消息传递来进行通信）。例子有：现代UNIX和Windows。
5. 混合系统：许多现代操作系统不是采用单一结构，通过采用多种结构获取性能、安全和使用等方面需求。

后续

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