《微内核操作系统》PPT课件.ppt

微内核操作系统 数学与计算机科学学院2011级计算机与科学技术二班孙丽欣黄思宁罗宗李凌茜 微内核操作系统 目录简介技术优势结构详解采用微内核的操作系统微内核操作系统的基本概念微内核操作系统的优点微内核操作系统存在的问题 目录简介 微内核 英文中常译作 kernel或者microkernel 是一种能够微内核提供必要服务的操作系统内核 其中这些必要的服务包括任务 线程 交互进程通信 IPC Inter ProcessCommunication 以及内存管理等等 所有服务 包括设备驱动 在用户模式下运行 而处理这些服务同处理其他的任何一个程序一样 因为每个服务只是在自己的地址空间运行 所以这些服务之间彼此之间都受到了保护 技术优势 能够使得不同的API 文件系统 甚至不同的操作系统的特性在一个系统中共存 系统非常灵活 当运行一个应用程序时 只需把选定的系统服务加载到系统中即可 而修改了服务以后可以通过联机进行测试 并不需要重新构建或者启动一个新的内核 他们并不影响系统的运行 系统服务或者设备驱动故障和与它们有关的运行任务是隔绝的 依存关系的服务器系统可以加以限制 使为安全重要至关信赖的计算基数的应用可被削减 这种由微内核所决定的结构 IPC 多线程 能够应用在所有的应用程序和服务上 一个精炼的微内核接口能够有演绎成更多模块的系统结构 结构详解 微内核是内核的一种精简形式 将通常与内核集成在一起的系统服务层被分离出来 变成可以根据需求加入的选件 这样就可提供更好的可扩展性和更加有效的应用环境 使用微内核设计 对系统进行升级 只要用新模块替换旧模块 不需要改变整个操作系统 采用微内核的操作系统 NucleusChorus系统公司 Beaverton oregon 设计 该公司总部设在法国 WindowsNT这种操作系统是围绕着Microsoft设计的微内核而设计的 它紧跟在Mach设计之后 它提供线程调度 中断和意外事件管理 多处理器同步和系统恢复 在掉电之后 它永远不会被存储器管理程序调出内存 而且它的执行也永远不能被其它进程中断 OSF 1MK这是开放式系统基金会的OSF 1UN 操作系统使用微内核研究的最新版本 它实现了Mach内核 并提供虚拟存储管理 进程间通信和设备驱动程序管理 UN SVR4UN 系统实验室公司推出了一个微内核的UN SVR4 系统V版本4 它实现了Nucleus微内核 它提供前面讨论的所有微内核特征 然而 在微内核中不管理驱动程序 WorkPlaceOSIBM的微内核是基于Mach微内核的 这种微内核在MotorolaPowerPC处理器上运行 它是Intel80486和Pentium处理器的直接竞争者 WorkPlace操作系统上的用户可以选择不同的运行于操作系统上的接口 如DOS OS 2 Windows U N 等 IBM微内核的体积很小 约40K 可处理基本的任务 如存储器管理 线程管理 中断管理和消息传递 微内核操作系统的基本概念 为了提高操作系统的 正确性 灵活性 易维护性 和 可扩充性 在进行现代操作系统结构设计时 即使在单处理机环境下 大多也采用基于客户 服务器模式 即C S模式 的微内核结构 将操作系统划分为两大部分 微内核和多个服务器 至于什么是微内核操作系统结构 现在尚无一致公认的定义 但我们可以从下面四个方面 对微内核结构的操作系统进行描述 1 足够小的内核 在微内核操作系统中 内核是指精心设计的 能实现现代OS最基本的核心功能的部分 微内核并非是一个完整的OS 而只是操作系统中最基本的部分 它通常用于 实现与硬件紧密相关的处理 实现一些较基本的功能 负责客户和服务器之间的通信 它们只是为构建通用OS提供一个重要基础 这样就可以确保把操作系统内核做得很小 2 低级存储器管理 通常在微内核中 只配置最基本的低级存储器管理机制 如用于实现将用户空间的逻辑地址变换为内存空间的物理地址的页表机制和地址变换机制 这一部分是依赖于机器的 因此放入微内核 而实现虚拟存储器管理的策略 则包含应采取何种页面置换算法 采用何种内存分配与回收策略等 应将这部分放在微内核外的存储器管理服务器中去实现 3 中断和陷入处理 大多数微内核操作系统都是将与硬件紧密相关的一小部分放入微内核中处理 此时微内核的主要功能 是捕获所发生的中断和陷入事件 并进行相应的前期处理 如进行中断现场保护 识别中断和陷入的类型 然后将有关事件的信息转换成消息后 把它发送给相关的服务器 由服务器根据中断或陷入的类型 调用相应的处理程序来进行后期处理 在微内核OS中是将进程管理 存储器管理以及I O管理这些功能一分为二 属于机制的很小一部分放入微内核中 另外绝大部分放在微内核外的各种服务器中来实现 事实上 其中大多数服务器都比微内核大 这进一步说明了为什么能在采用客户 服务器模式后 还能把微内核做得很小的原因 微内核操作系统的优点 1 提高了系统的可扩展性由于微内核OS的许多功能是由相对独立的服务器软件来实现的 当开发了新的硬件和软件时 微内核OS只须在相应的服务器中增加新的功能 或再增加一个专门的服务器 与此同时 也必然改善系统的灵活性 不仅可在操作系统中增加新的功能 还可修改原有功能 以及删除已过时的功能 以形成一个更为精干有效的操作系统 2 增强了系统的可靠性 这一方面是由于微内核是出于精心设计和严格测试的 容易保证其正确性 另一方面是它提供了规范而精简的应用程序接口 API 为微内核外部的程序编制高质量的代码创造了条件 此外 由于所有服务器都是运行在用户态 服务器与服务器之间采用的是消息传递通信机制 因此 当某个服务器出现错误时 不会影响内核 也不会影响其它服务器 3 可移植性 随着硬件的快速发展 出现了各种各样的硬件平台 作为一个好的操作系统 必须具备可移植性 使其能较容易地运行在不同的计算机硬件平台上 在微内核结构的操作系统中 所有与特定CPU和I O设备硬件有关的代码 均放在内核和内核下面的硬件隐藏层中 而操作系统其它绝大部分 即各种服务器 均与硬件平台无关 因而 把操作系统移植到另一个计算机硬件平台上所需作的修改是比较小的 4 提供了对分布式系统的支持 由于在微内核OS中 客户和服务器之间以及服务器和服务器之间的通信 是采用消息传递通信机制进行的 致使微内核OS能很好地支持分布式系统和网络系统 事实上 只要在分布式系统中赋予所有进程和服务器惟一的标识符 在微内核中再配置一张系统映射表 即进程和服务器的标识符与它们所驻留的机器之间的对应表 在进行客户与服务器通信时 只需在所发送的消息中标上发送进程和接收进程的标识符 微内核便可利用系统映射表 将消息发往目标 而无论目标是驻留在哪台机器上 5 融入了面向对象技术 在设计微内核OS时 采用了面向对象的技术 其中的 封装 继承 对象类 和 多态性 以及在对象之间采用消息传递机制等 都十分有利于提高系统的 正确性 可靠性 易修改性 易