LINUX操作系统及其内核.ppt

第六课第六课 操作系统及其内核操作系统及其内核一一、现代操作系统简介从20世纪80年代中期开始，随着处理器的微型化发展和网络出现，各自独立的计算机系统通过网络联系在一起，形成松耦合的多计算机系统。随着计算机之间信息交换、软硬件资源共享和任务协作（如分布式计算）等需求，又出现了一种特殊的多处理器的计算机系统分布式计算机系统，各处理器通过互连网络构成统一的紧耦合的计算机系统。在多计算机系统和分布式计算机系统之上，出现了网络操作系统、分布式操作系统、集群操作系统和网格操作系统等多种基于不同硬件环境和应用需求的研究版及商业版操作系统。网络操作系统：目前大多数操作系统都提供网络操作系统功能。运行在各种类型的服务器上，向局域网中其他计算机提供网络通信和网络资源共享等功能。分布式操作系统：始于20世纪80年代中期。经典的分布式操作系统如Mach、Amoeba、Chorus、Spring等。集群操作系统：随着高性能微处理器、高速网络和高性能分布式计算标准件的发展，采用廉价的PC、工作站、对称多处理器（Symmetric Multi-Processors,SMP）搭建的集群系统得到发展。集群操作系统针对集群系统模式，在现有操作系统之上搭建。如基于Linux的Beowulf和Mosix。网格操作系统：提供网络中间件；在底层操作系统中实现对网格支持。另外跟随计算机体系的发展变化，操作系统还面向嵌入式环境、多处理器（并行）技术等发展；同时提供面向对象服务、分布式计算技术等新功能。随着多核计算机系统的发展，多核操作系统成为操作系统发展的一个趋势。主要类型：n每个处理核心具有一个私有操作系统。内存按照核数目分区，以装载不同操作系统代码和数据。n主处理核心运行一个操作系统，其他处理核心只运行用户进程。n对称多处理。只有一个操作系统，每个处理核心都可运行操作系统代码，管理系统资源和数据。大多数支持多处理器和多核结构的操作系统都采用此种类型。多核操作系统关键技术：同步与互斥、多核调度。二、操作系统的内核二、操作系统的内核内核是操作系统的主要部分，常驻内存，为核外程序提供运行环境。内核是指负责计算机系统中的资源管理和进程调度分配的功能模块，包括中断处理、存储器管理、进程管理和I/O文件管理等等多种基本程序。内核包括传统的单一强内核和现代微内核。传统内核功能繁多，主要应完成功能：n支撑功能：中断处理、时钟管理、原语操作n资源管理功能：进程管理、存储器管理、设备管理现代微内核特征：n只提供进程管理、线程管理、内存管理、通信和I/O服务等基本功能。n其他功能如文件系统、窗口管理器、Web服务等被定义在了核外，作为用户服务进程运行。n内核与高层功能模块之间的拓扑结构是客户/服务器模式。微内核结构可以适应新型操作系统的以下特点：n高性能的并发处理能力，包括多进程/线程管理机制。n支持对称式多处理器体系结构，即支持处理器多核体系。n具备分布式操作能力，系统功能扩展性强。n具有面向对象设计特性。三、传统UNIX内核传统UNIX操作系统从内到外分为：内核、shell、应用层三层。属于层次结构体系的操作系统。内核是C 语言开发的，使UNIX具备易于访问内部结构的特性。传统UNIX操作系统内核主要可划分为两大类模块：文件管理系统：相当于核心的静态部分；以文件形式组织和保存各种软、硬件信息。进程管理系统：相当于核心的动态部分；用于进程管理、进程同步、进程通信和内存管理等。传统Unix内核可实现的功能：设备管理：控制计算机硬件，负责处理中断、与机器通信。进程管理：将用户命令和程序组织为可由计算机处理单元轮流工作的进程，并进行调度（为进程分配CPU）和其它管理。存储管理：控制内存的分配与回收，采用对换和请求分页方式。文件系统管理：使用缓冲机制实现数据访问；以树型结构组织目录和文件。四、现代UNIX操作系统内核随着现代操作系统结构体系的发展变化（无结构 层次结构 虚拟机结构、微内核结构），内核的功能更加精简，以适应系统的高效运行与功能扩展。微内核只包含操作系统最核心的功能，一部分原属于核心模块的功能提到核外完成，更适合网络与分布式处理环境。UNIX微内核的主要功能是：地址空间分配；内部进程通信；基本调度管理。被放到核心层外的主要功能模块有：文件管理、I/O控制等。在微内核结构的新型 UNIX 操作系统中，内核部分只负责最基本的系统及I/O管理，其他功能由服务进程完成，并且增加了线程管理机制。UNIX的微内核结构是支持客户/服务器模型的新型操作系统设计结构。用户对系统的请求采用C/S方式。