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操作系统——计算机系统概述——1.4操作系统结构

news 2024/11/5 11:47:11

操作系统的体系结构

大内核（宏内核/单内核）：

微内核：

分层法

模块化

操作系统的体系结构

大内核（宏内核/单内核）：

将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态。（大内核的OS通常也采用了“模块化”的设计思想）

优点：高性能，内核内部各种功能都可以直接相互调用

缺点：

1、内核代码庞大，结构混乱，难以维护

2、大内核中某个功能模块出错，就可能导致整个系统崩溃

微内核：

只把最基本的功能保留在内核。

优点：

1、内核小功能少、易于维护，内核可靠性高

2、内核外的某个功能模块出错不会导致整个系统崩溃

缺点：

1、需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低。用户态下的功能模块不可以直接相互调用，只能通过内核的“消息传递”来间接通信。

2、用户态下的各功能模块不可以直接相互调用，只能通过内核的“消息传递”来间接通信。

tip：变态的过程是有成本的，要消耗不少时间，频繁地变态会降低系统性能。

分层法

将操作系统分为若干层，底层（层0）为硬件，顶层（层N）为用户接口，每层只能调用紧邻它的低层的功能和服务（单向依赖）。

优点：

1、便于调试和验证，自底向上逐层调试验证

2、易扩充和易维护，各层之间调用接口清晰固定

缺点：

1、仅可调用相邻低层，难以合理定义各层的边界

2、效率低，不可跨层调用，系统调用执行时间长

模块化

将内核划分为多个模块，各模块之间相互协作。

内核=主模块+可加载内核模块

主模块：只负责核心功能，如进程调度、内存管理。

可加载内核模块：可以动态加载新模块到内核，而无需重新编译整个内核。

优点：

1、模块间逻辑清晰易于维护，确定模块间接口后即可多模块同时开发

2、支持动态加载新的内核模块（如：安装设备驱动程序、安装新的文件系统模块到内核），增强OS适应性。

3、任何模块都可以直接调用其他模块，无需采用消息传递进行通信，效率高。

缺点：

1、模块间的接口定义未必合理、实用

2、模块间相互依赖，更难调试和验证。

内核负责进程调度、进程通信等功能，外核负责为用户进程分配未经抽象的硬件资源，且由外核负责保证资源使用安全。

优点：

1、外核可直接给用户进程分配“不虚拟、不抽象”的硬件资源，使用户进程可以更灵活的使用硬件资源。

2、减少了虚拟硬件资源的“映射层”，提升效率。

缺点：

1、降低了系统的一致性。

2、使系统变得更复杂。