OS的核心類型

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OS的核心類型
一般來說OS的核心有以下幾種:
1.單塊核心(MONOLITHIC KERNEL)
將所有OS功能放入核心.UNIX就是這種結(jié)構(gòu).
2.環(huán)狀核心
分為核心,任務(wù),用戶幾級(jí),如MINIX.LINUX 也有這種特征,大家也許注意到,LINUX增加某些種類的服務(wù)時(shí)不像UNIX,必須重新啟動(dòng).這就是這種結(jié)構(gòu)比UNIX先進(jìn)的地方.
3.無內(nèi)核:
不區(qū)分核心和用戶程序的分別,這樣省去了狀態(tài)切換的時(shí)間,這種模式適合WEB服務(wù)器.
4.微內(nèi)核
微內(nèi)核將許多OS服務(wù)放入分離的進(jìn)程,如文件系統(tǒng),設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,而進(jìn)程通過消息傳遞調(diào)用OS服務(wù).微內(nèi)核結(jié)構(gòu)必然是多線程的,第一代微內(nèi)核,在核心提供了較多的服務(wù),因此被稱為'胖微內(nèi)核',它的典型代表是MACH,它既是GNU
  HURD也是APPLE SERVER OS 的核心,可以說,蒸蒸日上.第二代為內(nèi)核只提供最基本的OS服務(wù),典型的OS是QNX,QNX在理論界很有名,被認(rèn)為是一種先進(jìn)的OS
  .1
我個(gè)人認(rèn)為第二代微內(nèi)核應(yīng)該是我們的選擇.下面是我的一個(gè)操作系統(tǒng)模型
前言:
任何操作系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上若沒有一個(gè)簡(jiǎn)化的模型（藍(lán)圖）做為整個(gè)大方向的引導(dǎo)，就很容易陷入一種混淆的局面------程序代碼無組織的交相混雜在一起，甚至
導(dǎo)致失敗。模型就象大樓的骨架，先有健全的骨架，然后繼續(xù)填土，粉刷等修飾的工作會(huì)變得比較容易。所以提出一個(gè)操作系統(tǒng)模型(Operating
System Modal)勢(shì)在必行。
有人稱，早期的MS-DOS，WINDOWS3.X等產(chǎn)品還稱不上操作系統(tǒng)，而只是文件操作和圖形界面的“程序組”，因?yàn)楹湍切┑堑蒙洗笱胖�堂的所謂理論
上的模型比較之下，它們還差“真正的”操作系統(tǒng)一大截，所以我們的操作系統(tǒng)模型應(yīng)該是個(gè)滿足“學(xué)術(shù)理論模型”的操作系統(tǒng)，甚至應(yīng)較理論上的更強(qiáng)些。
論題一：操作系統(tǒng)模型
在操作系統(tǒng)理論上，有較常見的三種模型：?jiǎn)误w模型（Monolithic Model）,層狀模型(Layered Model)，主從模型（Client/Server
  Model）。在確定操作系統(tǒng)模型之前，先對(duì)現(xiàn)有其它操作系統(tǒng)模型有個(gè)簡(jiǎn)單的介紹(附模型圖3張)：
單體模型（Monolith）：?jiǎn)误w模型把該有的功能都整合于一個(gè)整體，其中分不出明顯的模塊，也無集中排程，主要掌控的程序負(fù)責(zé)對(duì)內(nèi)，外的聯(lián)系，需要什
么樣功能就由應(yīng)用程序直接呼叫，操作程序內(nèi)部之間的關(guān)系就像炒大鍋菜一般，或者用藕斷絲連來形容它，其中的函數(shù)呼叫來，呼叫去，很難分割出單獨(dú)的個(gè)體，如
MS-DOS。
這種模型的最大特點(diǎn)就是牽一而發(fā)全身，所以更新，升級(jí)困難。
層狀模型（Layered）:層狀模型的主要特色是一種由上而下的多層階梯結(jié)構(gòu)，與應(yīng)用程序越有關(guān)的東西擺在越靠近應(yīng)用程序的地方（較上層），與應(yīng)用程序
越無關(guān)或不希望應(yīng)用程序直接碰觸到的東西則擺在距離應(yīng)用程序較遠(yuǎn)的地方（較下層），命令則一律由上往下層發(fā)送，執(zhí)行，不允許跨層或任意方向發(fā)送至其它層。
與單體模型比較，層狀模型主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一，操作系統(tǒng)按功能模塊化使得子系統(tǒng)（模塊）的更新，除錯(cuò)容易，二，應(yīng)用程序僅接觸到操作系統(tǒng)的最上層應(yīng)用程序
界面（API）部分，不易對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成傷害，API是由操作系統(tǒng)提供的較低層的成套函數(shù)或切入點(diǎn)，程序設(shè)計(jì)者于其程序中呼叫種種API以獲得各種內(nèi)建于
操作系統(tǒng)的功能，如開放文件，讀擋，移動(dòng)游標(biāo)位置等等。
主從模型(Server/Client):當(dāng)我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)方面說到主從模型時(shí)，一般指的是一部負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)的服務(wù)器及另一部取得數(shù)據(jù)的工作站，其中所分享的
數(shù)據(jù)通常是文件和打印機(jī)。操作系統(tǒng)的主從模型也很類似，但所分享的數(shù)據(jù)是系統(tǒng)所提供的種種服務(wù)，當(dāng)然也負(fù)責(zé)提供服務(wù)的程序及所接受服務(wù)的程序，
WindowsNT采用的操作系統(tǒng)架構(gòu)就是主從模型。這兩個(gè)主從模型在抽象上都有個(gè)服務(wù)器及客戶機(jī)主體，只是形式不一樣，換言之，透過這種機(jī)制，可將操作
系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)成分散于一群機(jī)器的分散式操作系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)扮演客戶端角色，操作系統(tǒng)本身則作為服務(wù)器，應(yīng)用程序向操作系統(tǒng)要求服務(wù)，操作系統(tǒng)則提供服務(wù)。
　
論題二： 兼容性
根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)，新的操作系統(tǒng)若打算在現(xiàn)有的市場(chǎng)占有一席之地，則和現(xiàn)有軟件的兼容性是最重要的關(guān)鍵，無論這個(gè)新的系統(tǒng)是多么強(qiáng)而有力。所以我們必須注意到現(xiàn)有的文件系統(tǒng)，網(wǎng)路系統(tǒng)，甚至不同的CPU。這里我認(rèn)為有必要向微軟學(xué)習(xí)一下“統(tǒng)一”哲學(xué)，
WindowsNT的環(huán)境子系統(tǒng)（Environment
subsystem）觀念允許操作系統(tǒng)模擬不同的操作環(huán)境，甚至不同的CPU，如WindowsNT的DOS窗（環(huán)境子系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)程序，負(fù)責(zé)讓被執(zhí)
行的程序感覺就像在它所熟悉的操作環(huán)境下工作，它攔截并解釋在該模擬環(huán)境下的執(zhí)行程序和機(jī)器指令，并轉(zhuǎn)交主系統(tǒng)處理，執(zhí)行）。且WindowsNT有效的
模塊化特性使NT很容易擴(kuò)充出新的環(huán)境子系統(tǒng)。
論題三： 系統(tǒng)核心
系統(tǒng)核心是整個(gè)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，應(yīng)是微核心的一種，需包括1。程序及線程的排程和發(fā)派，系統(tǒng)核心的日常工作即是將各個(gè)程序或線程發(fā)派給CPU執(zhí)行。
2．多處理能力，即當(dāng)存在幾個(gè)CPU時(shí)，操作系統(tǒng)對(duì)CPU的使用邏輯（典型有兩種，一為對(duì)稱式Symmetric Multi-Processing，此時(shí)應(yīng)用程序共享所有CPU，另一為非對(duì)稱式Asymmetric
  Multi-Processing，此架構(gòu)中，操作系統(tǒng)有一顆專屬的CPU，應(yīng)用程序有其它CPU。
3．處理硬件中斷，包括鍵盤，計(jì)時(shí)器，串列行及其他各種硬件中斷來源。
4．例外處理，象非法寫入保護(hù)記憶區(qū)等例外。
5．當(dāng)電源意外中斷時(shí)，于再次重啟前做好重新啟動(dòng)系統(tǒng)的準(zhǔn)備。
論題四： 硬件抽象化
硬件抽象化的目的是透過操作系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)將硬件因素降到最低，軟件本身牽涉到的硬件因素越少，則其跨平臺(tái)的可能性越高，而硬件抽象化的最直接作法即是將操作系統(tǒng)本身與硬件有關(guān)的部分集中成一個(gè)模塊，利用此模塊將操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序與硬件界面相隔絕。
論題五：安全機(jī)制
橘皮書對(duì)可信賴系統(tǒng)的定義是這樣：一個(gè)由完整的硬件及軟件所組成的系統(tǒng)，在不反映存取的情況下，它能同時(shí)服務(wù)不限定個(gè)數(shù)的用戶，并處理從一般機(jī)密到
最高機(jī)密等等不同范疇的咨詢。WindowsNT是C2級(jí)安全等級(jí)，UNIX(或clone)未經(jīng)測(cè)試時(shí)，一般認(rèn)為是C1，也有人認(rèn)為是C2.
論題六：文件系統(tǒng)格式
NT文件系統(tǒng)(NTFS)
DOS檔案配置表(FAT)
OS/2的高效文件系統(tǒng)(HPFS)
FAT格式有許多限制,如每個(gè)硬盤的分割容量不能超過65535Cluster，僅支持長(zhǎng)8.3的件名格式，無存取權(quán)限的設(shè)置等。
NTFS與FAT比，提供了更多包括256字元的件名，具C2等級(jí)的文件安全管理，文件修復(fù)還原能里等。
HPFS是IBM OS/2的文件系統(tǒng)格式，包括254字元的件名，允許額外的檔案注解，簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤修正能力等。
論題七：錯(cuò)誤容忍
保護(hù)數(shù)據(jù)免遭各種意外造成損失的能力稱為錯(cuò)誤容忍(Faulit Tolerance)，如支持磁盤映射(disk mirror),不斷電系統(tǒng)(UPS)等。
磁盤映射技巧引自容余廉價(jià)磁盤陳列概念(RAID)，簡(jiǎn)單的提一下，包括RAID 0 –平行儲(chǔ)存，RAID 1—磁盤映射，RAID 2—位元容錯(cuò)平行儲(chǔ)存，RAID
  3—大單位容錯(cuò)平行儲(chǔ)存，RAID 4—改良式容錯(cuò)平行儲(chǔ)存，RAID 5—高效率容錯(cuò)平行儲(chǔ)存。
論題八：多任務(wù)，多線程處理能力


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