应用 进程
内核 函数
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应用 进程 内核 函数
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应用 进程 内核 函数
用户态
核心态
进程切换 函数




大部分的操作系统功能组织成一组内核函数供应用程序调 用，操作系统的地址空间位于共享地址空间中，不与应用 程序的地址空间重叠，但被所有的应用进程共享。 当发生一次中断或系统调用后，处理器状态将从用户态切 换到核心态，控制权被传递给操作系统；此时，发生了模 式切换，模式上下文（现场）信息被保存，但是进程上下 文切换并没有发生，操作系统仍在该用户进程中执行。 当操作系统的内核函数完成工作后，如果让当前进程继续 运行，执行一次模式切换恢复执行原来被中断的用户进程。 如果应该发生进程切换，控制权就被传递给操作系统的进 程切换函数，实现进程切换，指派另一个就绪进程来占有 处理器运行。 核心：每一次中断时，操作系统的一个模块程序被执行， 然而这个执行过程依然从属于用户进程的执行过程。
OS功能(函数)作为进程执行的模型把操作系统组织成一组系统 进程，即操作系统功能是这些系统进程集合运行的结果，这些系 统进程也称为服务器或服务器进程，于是与用户进程或其他服务 器进程之间构成了客户/服务器关系。Windows 2000/ XP采用了 这种结构。
核心：操作系统本身（除了内核之外）也作为几个进程工作， 它可以接收用户进程的指令，向用户进程提供服务。
系统 进程
服务 进程
应用 程序
环境子 系统
子系统动态链接库 用户态 核心态
执行体
核心 设备驱动程序 图形 引擎
硬件抽象层
系统进程 服务管理器 安全验证 Win登录 会话管理器
服务进程 Service.exe RPC Spooler 事件日志
环境子系统 POSIX
应用程序 任务管理器 IE浏览器 用户程序 子系统DLL
核 心 态


1）可扩充性：适应市场需求易于扩充和改动。 2）可移植性： 3）可靠性与坚固性：防止内部故障和外部侵扰。 4）兼容性：与DOS、Windows旧版本兼容，与UNIX、 OS2、Netware等其他操作系统互操作。 5）高性能：



Windows 20003设计者认为：采用整体式或层次式 操作系统体系结构在可扩充性和可移植性方面效果 不好；纯的微内核运算成本太高，不适用于商业。 因而，Windows 2003把许多系统服务代码放在核 心态运行，包括：文件服务、设备管理、图形引擎 等。 采用基于对象技术，提出了一种C/S系统结构，该结 构在纯微内核结构的基础上做了扩展，融合了层次 式结构和纯微内核结构的特点。 对操作系统性能影响很大的组件放在内核下运行， 其他功能则在内核外实现。 主要优点是模块化程度高、灵活性大、便于维护、 系统性能好。
内核具有独立的存储空间，也可以访问应用进程的空间。
在这种模式下，进程的概念仅仅是针对用户程序而言，操作系统 代码作为一个独立实体在内核模式下运行。
内核函数不可以并发执行。
应用 进程
应用 进程
… 内核
应用 进程
用户态
核心态
为提高内核函数的并发行，在创建应用进程时，同时为 其分配一个核心栈，用于运行操作系统的内核函数，形 成操作系统在应用进程内执行的方式。
OS2 WIN32
系统线程
NTDLL.DLL
用 户 态
系统服务调度进程 Win32 User I/O 文件缓 即插即 电源 安全访 虚存 进程线 注册表配 局部过 GDI 管理器 存管理 用管理 管理器 问监视 管理 程管理 置管理器 程调用 图形驱动 器 对象管理器 核心态可调用接口(执行程序API) 设备驱动程序 硬件抽象层(HAL) 硬件接口（总线、I/O、时钟、计时器、中断、DMA、CACHE控制器） 内核

教学目标
◦ 让学生理解三种操作系统的运行模型 ◦ 让学生了解Windows操作系统的运行模型

教学重点
◦ 三种操作系统运行模型

教学难点
◦ 理解三种操作系统运行模型


操作系统本身是一组程序，也在处理器上运行，那 么，操作系统程序是否组织成进程?它是如何控制的、 怎样执行的呢?它在什么模式下运行呢? 从操作系统的运行方式来看，可分成： 1)非进程内核模型、 2)OS功能(函数)在用户进程内执行的模型、 3)OS功能(函数)作为进程执行的模型。
应 用 进 程
应 用 进 程
OS … 函 用 数 户 态 核 微内核（进程切换函数） 心 态
应 … 用 进 程
OS OS 函 函 数 数



优点： 首先，它采用了模块化的操作系统实现方法。 其次，原来由内核实现的多种操作系统功能被组织成独 立的进程，有利于操作系统的实现、配置和扩充。 最后，这一结构在多处理器多计算机的环境下非常有效， 一些操作系统服务可指派到专门处理器上执行。



注意：实际上，这里讨论的操作系统的运行模型，指 的是实现操作系统的服务功能的模块的运行方式。 根据操作系统的结构（单内核/微内核）不同，实现这 些服务功能的模块的位置也不同，可以在内核里，也 可以在内核外。 讨论操作系统的运行模型，就需要针对不同的情况分 别讨论。
早期操作系统的实现方式，系统的执行与应用进程不存在关联