计算机

器，如同系统中只有一个进程，系统所有资源都为它服务。从这个角度来讲，操作系统为每一个进程创建了一个使该进程独立运行于其中的“虚拟机”，在这个“虚拟机”中，进程拥有自己的“CPU”和“存储器”，同时进程还得到了硬件所无法提供的文件系统功能。虚拟机操作系统就是根据这一想法而产生的。

虚拟机操作系统不提供传统操作系统中的文件系统的功能。最初的虚拟机仅仅为进程提供一个访问底层的接口，它通过对硬件的复用提供给每一个进程以硬件的一个拷贝，因此能够直接的运行在硬件上的程序都可以直接运行在虚拟机之上。后来出现了另外三种体系结构的虚拟机:由机器虚拟指令映射构成的虚拟机。 虚拟机操作系统并没有提供一个供应用程序直接运行的现成环境，它仅仅是对硬件进行(分时)复用从而得到硬件的多个拷贝，应用程序不可以直接运行在硬件之上，因此它也无法运行在虚拟机操作系统之上。通常的情况是，普通的操作运行在虚拟机之上。而应用程序运行在各自的操作系统之上，由于虚拟机操作系统是通过(分时)复用硬件资源同时提供多台虚拟机，因此同时可以有多个不同的操作系统运行在同一物理硬件机器之上，因此可以有多个不同操作系统的应用程序可以同时运行在同一台物理硬件机器之上。 四、微内核结构

操作系统研究领域最近十几年突出的成就应该是微内核技术。微内核的研究动机是为克服已有的操作系统内核由于功能的增加而逐渐变大的缺点。

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微内核体系结构的基本思想是把操作系统中与硬件直接相关的部分抽取出来作为一个公共层，称之为硬件抽象层(HAL)。这个硬件抽象层其实就是一种虚拟机，它向所有基于该层的其它层通过API接口提供一系列标准服务。在微内核中只保留了处理机调度、存储管理和消息通讯等少数几个组成部分，将传统操作系统内核中的一些组成部分放到内核之外来实现。如传统操作系统中的文件管理系统、进程管理、设备管理、虚拟内存和网络等内核功能都放在内核外作为一个独立的子系统来实现。因此，操作系统的大部分代码只要在一种统一的硬件体系结构上进行设计就可以了。

微内核体系结构的主要特点有:①内核非常小。②许多操作系统服务不属于内核，而是运行在内核之上的，这样，当高层模块更新时内核无须重新编译。③有一个硬件抽象层，内核能方便地移植到其它的硬件体系结构中。因为当需要移植到新的软件或硬件环境中时，只需对与硬件相关的部分稍加修改即可把微内核嵌入到新的硬件环境中，在多数情况下并不需要移植外部服务器或客户应用。④灵活性和扩展性.微内核最大的优点之一就是它的灵活性和扩展性。如果要实现另一个视图，可以增加一个外部服务器。若要想扩展功能，可以增加和扩展内部服务器。

微内核思想虽然是一种非常理想的，理论上具有明显先进性的操作系统设计思想，但是现代微内核结构操作系统还存在着许多问题，现代微内核操作系统结构和性能还不够理想。在市场和应用领域，微内核的应用在近几年逐渐广泛，很多过程控制计算机不以通

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用计算机的面貌出现，只是完成特定的专用功能，常常采用微内核结构。 五、分析、评价

以上介绍的模块组合结构、层次结构、虚拟机结构和微内核结构四种典型的操作系统体系结构主要是通用机上采用的体系结构，如模块组合结构是早期MS-DOS系统采用的结构，层次结构是Unix、Linux和Windows9x系统采用的结构，这些系统的功能相对完善，处理能力很强，但是这些系统内核都比较大，对于嵌入式系统里硬件系统多元化以及小存储空间的问题，这些通用的操作系统不可能直接移植到嵌入式产品上进行使用。因此研究更加合理嵌入式操作系统体系结构将有利于提高嵌入式系统的开发效率，降低开发成本，提高系统的可复用性。

2.2 介绍操作系统结构，比如内核结构，系统调用结构，等等。

计算机内核的作用是尽可能将用户和操作系统分割开，以保证用户进程或线程不会对操作系统造成威胁，以保证操作系统的安全，这正是微内核操作系统的宗旨，而微内核的操作系统的API即应用程序接口，也就是所谓的内核空间线程库，它的作用是让应用程序能通过这个线程库来完成一些系统调用，即应用程序可以通过dll或者API来调用内核来做一些权限范围内的事情，如读写IO，软中断等，写驱动程序时所使用的读、写、控制函数的背后即是这些系统调用。

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计算机能够进行人机交互，主要依靠系统内部的结构的协调统一，从

窗口式操作系统的发展来看，操作系统主要由四种结构，即模块组合、层次、虚拟机、微内核。其中，模块组合结构的优点是，接口简单，系统整体效率比较高，结构紧密。缺点是模块间转接随意，数据是作为全程量处理，遇到关中断，系统的并发性难以提高。层次结构按照调用的顺序、排列成若干层级，各层级之间的模块只能是单向依赖或者单向调用，层次结构具有较高的可读性和适应性。虚拟机结构，虚拟机结构让操作系统的运行，带来了多元化的选择。在现代网络技术的不断更新，微内核结构具有可靠、灵活，但效率较低。 系统调用

系统调用是内核提供的程序接口，是应用程序和硬件设备之间的中间层：为应用程序提供了系统服务和硬件抽象能力，例如，当需要读文件时，应用程序可以不管磁盘类 型和介质，甚至不用去管文件所在的文件系统到底是哪种类型；系统调用保证了系统的稳定和安全

如打开、创建、读取、删除、修改文件；进程控制类系统调用：如创建进程、设置或获取进程属性等；通信类系统调用：创建进程间的通信连接，发送、接收消息，或其他的通信 方式；设备管理类系统调用：打开、关闭和操作设备；信息维护类系统调用：在用户程

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序和OS之间传递信息。例如，系统向用户 程序传送当前时间、日期、操作系统版本号等。

2.3 分析操作系统在用户交互、内存管理、文件管理和硬件支持方面提供的服务。

文件管理

首先要能创建（create()）和删除（delete()）文件。这两个系统调用需要文件名称，还可能需要文件的一些属性。一旦文件创建后，就会打开（open()）并使用它，也会读(read()）、写（write()）或重定位（reposition()）（例如，重新回到文件开头，或直接跳到文件末尾）。最后，需要关闭（close()）文件，表示不再使用它了。

如果采用目录结构来组织文件系统的文件，那么也会需要同样的目录操作。另外，不管是文件还是目录，都要能对各种属性的值加以读取或设置。文件属性包括：文件名、文件类型、保护码、记账信息等。 针对这一功能，至少需要两个系统调用：获取文件属性（get_file_attributes()）和设置文件属性

（set_file_attributes()）。有的操作系统还提供其他系统调用，如文件的移动（move()）和复制（copy()）。还有的操作系统通过代码或系统调用来完成这些 API 的功能。其他的操作系统可能通过系统程序来实现这些功能。如果系统程序可被其他程序调用，那么这些系统程序也就相当于 API。

设备管理

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