问题

• 如何设计和实现一个功能复杂的系统（如：企业组织结构）？
  • 如何平衡或取舍各种相互冲突的设计目标？

简单结构

MS-DOS：应用和OS混在一起 (1981–1994)

• 没有拆分为模块
• 主要用汇编编写
• 没有安全保护

宏内核结构

宏内核结构操作系统(Monolithic OS) 划分为多层 (levels)

• 每层建立在低层之上
• 最底层 (layer 0), 是硬件驱动
• 最高层 (layer N) 是用户界面
• 每一层仅使用更低一层的功能和服务

微内核结构(Micro Kernel)

• 尽可能把内核功能移到用户空间
• 用户模块间的通信使用消息传递
• 好处: 灵活/安全...
• 缺点: 性能
• LPC: 本地过程调用(Local Procedure Call)
• HAL: 硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer）

外核结构(Exokernel)

• 让内核分配物理资源给多个应用程序, 并让每个程序决定如何处理这些资源
• 程序能链接到操作系统库 (libOS) 实现了操作系统抽象
• 保护与控制分离
• Distributed Shared Memory(DSM)

虚拟机结构

虚拟机管理器将单独的机器接口转换成很多的虚拟机, 每个虚拟机都是一个原始计算机系统的有效副本, 并能完成所有的处理器指令

虚拟机结构

应用程序运行与 OS 抽象 + 架构的关系

小结

• 操作系统架构：
  • 纵向分层
  • 横向隔离：虚拟存储、虚拟机
  • 依赖最小化：微内核、保护与控制分离
• 平衡冲突操作系统实现目标
  • 折中：执行时间与存储空间