计算机系统概述3

计算机系统指用于数据库管理的计算机硬软件及网络系统。数据库系统需要大容量的主存以存放和运行操作系统、数据库管理系统程序、应用程序以及数据库、目录、系统缓冲区等，而辅存则需要大容量的直接存取设备。

操作系统的结构

• 为什么一直在改革OS的结构？
  • 因为操作系统所要实现的功能越来越多，所需要的代码太多，提供合理的结构，能降低OS的复杂性、提升OS的安全性和可靠性。
• OS结构的发展历程
  • 分层法
    • 概念：将OS分为若干层，最底层为硬件，最外层为用户接口。每一层只能调用紧邻的底层的功能和服务（单向依赖）。
    • 优点：最底层优先调试，不用管其他层；若调试出现错误，那就是这调试这一层出现了错误；易扩充和易维护，直接在对应的层直接添加。
    • 缺点：效率低，每一次执行都要从最底层逐步向上执行；合理定义比较困难，因为依赖关系确定后，往往显得都不够灵活了。
  • 模块化
    • 操作系统按照系统的功能划分为若干个具有一定独立性的模块，还可以进一步将各模块细分为具有一定功能的子模块。这种方法称为模块-接口法。
    • 模块划分的大小会影响系统：划分的模块太小，增加内部自身的复杂性，造成系统比较混乱。模块划分的太大，增加模块内部的复杂性。主要考虑模块的独立性，之间的交互的少，系统结构会越清楚。
    • 衡量模块独立性的两个指标：内聚性、耦合度。
    • 优点：增加了操作系统设计的正确性、可维护性和可理解性；加速了OS的开发性；
    • 缺点：模块间的接口规定很难满足实际的需求；无法规定哪一个模块先执行。
  • 宏内核
    • 根据OS的内核框架内核划分，分为宏内核和微内核。宏内核把用户态分出去了，里面只有内核态（性能高）；然后把越来越多没用的子功能加入了宏内核，导致OS系统运行的东西越来越多，运行的速度越来越慢，利用微内核技术来解决这个问题。
  • 微内核
    • 微内核框架结构，把最主要的基本功能保留在内核态，其余的不需要在核心态执行的功能放在用户态执行（系统调用），，哪些移除操作系统的代码会根据分层原则划分为若干个程序（模块化），执行相互独立，交互借助微内核进行通信。、
    • 基本功能
      • 微内核通常利用“机制与策略分离”的原理来构建OS结构，通常把硬件和机制部分放入微内核。《微内核把进程管理、存储器管理和I/O管理一分为二，属于机制的很小一部分放入微内核，而大部分放入微内核之外服务器进行实现，在客户/服务器模式，把微内核做的很小。》
      • 进程（线程）的管理，进程之间的通信功能是微内核OS的最基本的功能，此外还有进程的切换、进程的调度，以及多进程之间的同步问题，都放在微内核里面。
      • 低级存储器管理，在微内核里面，对于内存的管理是实现逻辑地址到物理地址的映射，比如页面置换算法，但是属于策略实现的。
      • 在识别中断和陷入事件后，之后的操作交给服务器进行处理。
    • 特点
      • 1.扩展性和灵活性
      • 2.可靠性和安全性
      • 3.可移植性：CPU和I/O硬件有关代码都存放在内核中，各种服务器与硬件均无关，操作系统一直到另一个平台所需要修改比较小，
      • 3.微内核主要的问题是需要在用户态和内核态来回频繁切换，操作系统执行的开销增大。