目录

操作系统的结构设计

1. 无结构操作系统

2. 模块化 OS 结构

3. 分层式 OS 结构

4. 微内核 OS 结构

操作系统的结构设计

操作系统是一个大型系统软件，其结构已经历了四代的变革：

1. 第一代 OS 是无结构
2. 第二代 OS 采用模块式结构
3. 第三代是层次式结构
4. 现代 OS 结构是微内核结构

1. 无结构操作系统

在早期开发操作系统时，设计者只是把 TA 的注意力放在功能的实现和获得高的效率上，缺乏首尾一致的设计思想。

这种 OS 是为数众多的一组过程的集合，各过程之间可以相互调用，在操作系统内部不存在任何结构。因此，有人把它称为整体系统结构。

缺陷：

• 设计出的操作系统既庞大又杂乱，缺乏清晰的程序结构。
• 编制出的程序错误很多，给调试工作带来很多困难；增加了维护人员的负担。

修改某一部分程序将会需要对整个 OS 进行重新编译。

2. 模块化 OS 结构

（1）模块化结构（模块 - 接口法）

使用分块结构的系统包含若干模块，每一模块实现一组基本概念以及与其相关的基本属性。

块与块之间的相互关系：所有各块的实现均可以任意引用其它各块所提供的概念及属性。

module

模块化操作系统结构

（2）模块化 OS 的优缺点

优点

• 提高了 OS 设计的正确性、可理解性和可维护性。
• 增强了 OS 的可适应性。
• 加速了 OS 的开发过程。

缺点

• 对模块的划分及对接口的规定要精确描述很困难。
• 从功能观点来划分模块时，未能将共享资源和独占资源加以区别。

3. 分层式 OS 结构

使用分层系统结构包含若干层，其中，每一层实现一组基本概念以及与其相关的基本属性。

层与层之间的相互关系：

• 各层实现不依赖其以上各层所提供的概念及其属性；
• 各层实现只依赖其直接下层所提供的概念及属性；
• 每一层均对其上各层隐藏其下各层的存在。

layer

层次的设置时应考虑的几个因素

① 程序嵌套。通常 OS 的每个功能的实现，并非是只用一个程序便能完成的，而是要经由若干个软件层才有可能完成，因此在考虑实现 OS 时，每个功能可能形成的程序嵌套。

② 运行频率。将那些经常活跃的模块放在最接近硬件的层。

③ 公用模块。把供多种资源管理程序调用的公用模块，设置在最低层， 以便调用。

④ 用户接口。命令接口、程序接口以及图形用户接口。这些接口应设置在 OS 的最高层，直接提供给用户使用。

层次化操作系统结构

DeltaCORE 的体系结构：层次＋模块结构。

若更改硬件，则只需修改硬件抽象层即可。

4. 微内核 OS 结构

所谓微内核技术，是指精心设计的、能实现现代 OS 核心功能的小型内核，它与一般的 OS 程序不同， 它更小更精炼，它不仅运行在核心态，而且开机后常驻内存， 它不会因内存紧张而被换出内存。
当前比较流行的、能支持多处理机运行的 OS 几乎全部都采用了微内核结构，如：Mac OS、Windows 2000 。

微内核功能

微内核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如：

• 进程管理
• 低级存储器管理
• 中断和陷入处理
• 进程间通信
• 低级 I/O 功能

微内核特点

• 足够小的内核
• 基于客户/服务器模式
• 应用 “机制与策略分离” 原理
• 采用面向对象技术