第7章 操作系统的整体设计

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1、第七章第七章 操作系统的整体设计操作系统的整体设计第七章第七章 操作系统的整体设计操作系统的整体设计操作系统的整体设计经历了系统开发和程序设计的各个阶段，它是伴随着系统工程和程序设计方法的发展而成长的。本章的目的是更全面、更深入的了解操作系统的整体设计。 操作系统的各种模型 分布式操作系统网络操作系统 Windows 的网络操作系统 Linux操作系统 7.1 操作系统的各种模型操作系统的各种模型 由于操作系统是程序的集合，因此，操作系统的模型由于操作系统是程序的集合，因此，操作系统的模型必然要决定程序之间的相互关系。必然要决定程序之间的相互关系。 根据程序之间的调用关系可以将操作系统分为：根

2、据程序之间的调用关系可以将操作系统分为：网络模型网络模型层次模型层次模型根据程序作用范围及包装手段可将操作系统分为：根据程序作用范围及包装手段可将操作系统分为：面向过程的模型面向过程的模型面向对象的模型面向对象的模型7.1.1 网状结构与层次结构网状结构与层次结构 1.模快模快模块模块模块化的方法模块化的方法模块的独立性模块的独立性高内聚高内聚低耦合低耦合将整个操作系统根将整个操作系统根据设计所要求的子据设计所要求的子功能划分成单独命功能划分成单独命名、独立编址的程名、独立编址的程序部分，这些程序序部分，这些程序部分被称为模块。部分被称为模块。 采采用用模模块块化化的的方方法法可可以以使使设设

3、计计者者更更清清晰晰的的了了解解整整个个系系统统的的结结构构，并并且且可可以以采采用用分分而而治治之之的的方方法法来来完完成成每每一一个程序段的设计。个程序段的设计。所所谓谓独独立立性性是是指指每每个个模模块块只只涉涉及及操操作作系系统统所所要要求求的的某某一一个个或或某某几几个个具具体体的的子子功功能能，并并且且有有唯唯一一的的入入口口和和出出口口，模模块块与与模模块块之之间的接口简单明了。间的接口简单明了。 在在模模块块内内部部，各各个个功功能能部部分分的的联联系系代代表表模模块块的的内内聚聚性性，联联系系越越紧密，内聚程度越高。紧密，内聚程度越高。 而而在在模模块块之之间间，相相互互交交

4、流流信信息息与与控控制制的的程程度度代代表表耦耦合合性性，模模块块间间的的联联系系越越高高，耦耦合合程度越高。程度越高。 模块之间的调用关系可以有不同的组织方式，模块之间的调用关系可以有不同的组织方式，最典型的有网状结构和层次结构。最典型的有网状结构和层次结构。2.网状结构网状结构 如果任意两个模块之间可以相互调用，并且系统没有明确的上级模块和下级模块的区别，该系统的结构称为网状结构。7.1.1 网状结构与层次结构网状结构与层次结构 系系统统服服务务代代表表操操作作系系统统所所提提供供的的面面向向用用户户的功能和界面。的功能和界面。 中中间间的的模模块块代代表表各各种种操作系统的子功能。操作系

5、统的子功能。 各各个个子子功功能能之之间间根根据据需需要要可可以以形形成成相相互互的的调调用用关关系系，既既可可以以横横向向调调用用，也可以上下调用。也可以上下调用。 网状结构的好处是：可网状结构的好处是：可以很轻松地从一个子功以很轻松地从一个子功能转向另一个子功能，能转向另一个子功能，这给系统的运行带来了这给系统的运行带来了灵活性。灵活性。 如果对网状结构不如果对网状结构不加限制，有可能形加限制，有可能形成循环调用的情况，成循环调用的情况，安全的隐患随时可安全的隐患随时可能导致系统的崩溃。能导致系统的崩溃。 3.层次结构层次结构 依据操作系统各子功能与计算机系统不同种类的资源之间的相互关系，

6、将操作系统程序模块划归于不同的层次，层次之间形成单向调用关系。7.1.1 网状结构与层次结构网状结构与层次结构 系系统统服服务务处处于于最最上上层层，它它通通过过调调用用下下层层的的作作业业管管理理来来实实现现对对用用户户的的交交互和控制。互和控制。 当当需需要要使使用用信信息息资资源源时时，由由作作业业管管理理调调用用文文件件系系统统来来实实现现数数据据的的存存储储与与流动；流动；文文件件存存储储与与流流动动所所涉涉及及的的存存储储介介质质的的使使用用需需调调用用内内存存管管理理和和I/O设设备备管管理模块；理模块；上上层层各各个个模模块块的的实实现现又又必必然然是是不不同同进进程程的的实实

7、现现，因因此此，需需要要调调用用处处理理机机调度模块。调度模块。 处处理理机机调调度度处处于于系系统统的的底底层层，它它只只能能被被上上层层的的各各个个模模块块调调用用而而不不能能调调用上层模块。用上层模块。 调用只能朝一个方向进行，因调用只能朝一个方向进行，因此不会产生循环调用的情况。此不会产生循环调用的情况。如果按层次对模块赋予对应的如果按层次对模块赋予对应的权限，就很容易实现对资源的权限，就很容易实现对资源的保护。保护。Windows和和Linux都采用了层都采用了层次结构进行设计。次结构进行设计。 某些操作系统的设计者某些操作系统的设计者经过权衡以后，在同层经过权衡以后，在同层模块之间

8、使用少量的网模块之间使用少量的网状结构。比如状结构。比如UNIX系系统的有些底层模块之间统的有些底层模块之间可以相互调用。可以相互调用。7.1.2 面向过程与面向对象面向过程与面向对象 1.面向过程的操作系统面向过程的操作系统 早期的操作系统都是采用的面向过程的设计方法。在面向过程的操作系统中，要查看资源的使用状况非常容易，只需要找到代表该资源的数据结构就可以对资源的情况一目了然。如果想实现对某个资源的新的动作，只需要针对该数据结构再编制一段程序就可以完成了。 什么是面向过程的程序设计什么是面向过程的程序设计？ 问问题题：只只要要任任何何一一个个程程序序操操作作发发生生失失误误，对对应应的的数

9、数据据就就可可能能出出错错，随随着着程程序序之之间间的的相相互互调调用用不不断断扩扩大大，最最后后扩扩展展到到整整个个系系统统，导导致致整整个个系系统统错错误误的的发发生生。另另外外，大大量量的的全全局局变量使系统安全性受到威胁。变量使系统安全性受到威胁。2.面向对象的操作系统面向对象的操作系统 （1）对象 （2）消息 （3）类 （4）继承 7.1.2 面向过程与面向对象面向过程与面向对象 让我们来回忆一下让我们来回忆一下过去学过的内容！过去学过的内容！（1 1）对象）对象2.面向对象的操作系统面向对象的操作系统对象是一组属性和一组针对该属性的操作。属性和操作在对象内部相互作用，对象的状态通过

10、属性的值来体现，每一次对操作的调用都可能改变对象的状态。而在对象外部，如果不经特许无法了解对象的内部结构，只能通过对象所提供的外部接口来获知对象的状态。（2 2）消息）消息2.面向对象的操作系统面向对象的操作系统消息是对象之间的通信单元。当一个对象接收来自外部的消息时，可根据消息中指定的操作与传递的参数来对对象中的属性进行操作，从而改变对象的属性。由用户U向文件B发送消息，从而启动文件B的打开操作。消息发送的主体也可以是任意对象，接收消息的对象必须含有消息所对应的操作，否则消息发送失败。 （3 3）类）类2.面向对象的操作系统面向对象的操作系统类是一组具有相同数据结构和相同操作的对类是一组具有

11、相同数据结构和相同操作的对象的集合，因此，它是对对象的抽象。象的集合，因此，它是对对象的抽象。类中同样定义了一组属性和针对该属性的一类中同样定义了一组属性和针对该属性的一组操作。组操作。一般情况下类中的属性没有具体的值来代表，一般情况下类中的属性没有具体的值来代表，而只是一个数据结构框架。而只是一个数据结构框架。类的实例被称为对象，因此，对象是类的实类的实例被称为对象，因此，对象是类的实现。现。 （4 4）继承）继承2.面向对象的操作系统面向对象的操作系统在某一个既存类的基础上经过添加新的属性或操作生成一个新类，新类直接继承既存类的属性和操作，因此被称为对既存类的继承。使用类与类之间的继承特性

12、，可以极大地简化对属性和操作的设计工作量。同时一个新类并不会对既存类产生影响，因此，操作系统的扩展将不会影响原有系统的功能。 2.面向对象的操作系统面向对象的操作系统 （5）面向对象操作系统的设计方法设计操作系统将经过如下几个步骤：分析分析设计设计类的设计与实现类的设计与实现对类进行实例化对类进行实例化系统组装与测试系统组装与测试维护维护7.1.2 面向过程与面向对象面向过程与面向对象 分分析析所所要要设设计计的的操操作作系系统统的的类类型型、应应用用范范围围和和要要达达到到的的系系统统目目标标等等，确确定定了了操操作作系系统统的的逻逻辑模型。辑模型。 进进行行系系统统结结构构设设计计，根根据

13、据资资源源的的分分类类将将系系统统分分层层，确确定定每每层层要要完完成成的的任任务务，确确定定对对类类进进行行描述所依据的模型。描述所依据的模型。 对对类类进进行行定定义义与与设设计计，包包括括类类的的设设计计、复复用用、继继承承，确确定定类类与与类类之之间间要要传传送送的的消消息息格格式式与与时机。时机。 它它主主要要是是依依据据不不同同计计算算机机的的硬硬件件资资源源的的规规格格、型型号号以以及及其其他他参参数数将将类类实实例例化化为为对对象象，由由这这些对象来代表具体的资源。些对象来代表具体的资源。 以以类类和和对对象象为为部部件件按按操操作作系系统统的的设设计计要要求求组组装装完完整整

14、的的系系统统，并并根根据据预预先先设设计计好好的的测测试试流流程程进进行行系系统统测测试试，测测试试通通过过以以后后操作系统完全生成。操作系统完全生成。 在在操操作作系系统统的的运运行行过过程程中中针针对对发发现现问问题题进进行行修修正正、补补丁丁、扩扩展展等等。维维护护往往往往只只针针对对指指定定的的类类或或者者对对象象，因因此此涉涉及及范范围围很很小。小。 7.2 分布式操作系统分布式操作系统 计计算算机机的的发发展展并并不不局局限限于于称称为为集集中中式式系系统统的的单单处处理理机机和单存储器的形式。和单存储器的形式。为为了了达达到到更更大大程程度度的的并并行行，系系统统可可能能使使用用

15、多多个个处处理理机机甚至多台主机。因此，我们必须了解分布式系统。甚至多台主机。因此，我们必须了解分布式系统。7.2 分布式操作系统分布式操作系统 分布式系统定义分布式系统定义分分布布式式系系统统是由多个物理上分布的处理机或计算机经过连接构成的计算机系统，这些组成部件可以合作完成一个共同的任务，以透明的方式在用户面前呈现出一个整体形象。分分布布式式操操作作系系统统是建立于分布式系统基础之上的，对所有分布式资源进行管理和控制的操作系统。由于增加了分布特性，操作系统需要增加进程间的数据交换、全局性的保护机制、各个物理位置上的数据一致性、任务分布与协调等功能，以实现资源共享、开放性、并发性、容错性和透

16、明性。7.2 分布式操作系统分布式操作系统 分布式操作系统的设计目标分布式操作系统的设计目标 1.资源共享 2.开放性 3.并发性 4.可靠性 5.数据一致性 6.透明性 分分布布式式系系统统的的资资源源共共享享指指的的是是对分布式资源的共享。对分布式资源的共享。分分布布式式操操作作系系统统需需要要解解决决如如下下问问题题：采采用用何何种种管管理理手手段段来来记记录录分分布布于于不不同同地地理理位位置置上上的的资资源源？当当多多进进程程同同时时需需要要对对同同类类资资源源使使用用时时，由由谁谁及及采采用用何何种种调调度度策策略略来来对对进进程程与与资资源源进进行行连连接接？如如何何实实现现远远

17、程程资资源源与与用用户的交互？户的交互？目目前前讨讨论论得得比比较较多多的的有有两两种种模模型型：客客户户机机 服服务务器器模模型型和和面面向向对象模型。对象模型。由由于于分分布布式式系系统统是是通通过过对对不不同同地地理理位位置置上上的的计计算算机机的的连连接接来来构构成成的的，它它应应该该能能够够允允许许连连接接数数量量的的变变化化、软软件件功功能能的的增增减减、服服务务分分布布的的变变化化、节节点点之之间间的的沟沟通通等等，而而不不导导致致系系统统功功能能的的削削弱弱或或破破坏坏。如如果果能能够够实实现现上上述述要要求求，则则称称该该分分布布式式系系统统是是开开放放的的。要要实实现现开开

18、放放系系统统必必须须有有标标准准的的数数据据通通信信格格式式、可可移移植植的的系系统统软软件件、统统一一的的用用户户界界面。面。 在在分分布布式式系系统统中中，存存在在着着许许多多进进程程，这这些些进进程程既既存存在在物物理理上上的的并并行行，也也存存在在逻逻辑辑上上的的并并行行；在在节节点点与与节节点点之之间间又又存存在在大大量量的的数数据据并发流动。并发流动。这这一一切切对对操操作作系系统统的的并并发发控控制制能能力力提提出出了了要要求求，要要尽尽量量减减少少并并发发行行为为之之间间可可能能发发生生的的冲冲突突，保保证证资资源源的的安安全全使使用用，实实现现各各进进程程之之间的协调运作。间

19、的协调运作。 相相对对于于传传统统的的计计算算机机系系统统，分分布布式系统具有较高的可靠性。式系统具有较高的可靠性。硬硬件件的的可可靠靠性性可可以以利利用用相相同同部部件件的的相相互互替替代代来来保保证证，数数据据的的可可靠靠性性可可以以通通过过一一定定程程度度的的冗冗余余与与备备份来实现。份来实现。另另外外，对对于于整整个个系系统统的的容容错错能能力力，需需要要操操作作系系统统具具有有错错误误检检测测和和恢恢复功能。复功能。相相同同的的数数据据可可能能分分布布于于不不同同的的节节点点上上，保保证证数数据据一一致致性性的的办办法法通通常常是是保保证证事事务务处处理理的的原原子子性性，即即在在事

20、事务务处处理理过过程程中中如如果果发发生生中中断断，则则取取消消该该事事务务的的处处理理，并并让让系系统统恢恢复复到到处处理理之之前前的状态。的状态。原原子子性性避避免免了了事事务务在在处处理理过过程程中产生的错误。中产生的错误。另另外外，对对分分布布于于不不同同位位置置的的相相同同数数据据定定期期刷刷新新也也可可以以保保证证一一定程度上的数据一致性。定程度上的数据一致性。透透明明性性指指用用户户在在使使用用分分布布式式系系统统时时，不不需需要要了了解解系系统统的的资资源源、进进程程、动动作作、服服务务等等任任何何数数据据与与行行为所处的位置。为所处的位置。与集中式操作系统相比，分布与集中式操

21、作系统相比，分布式系统集中了各部分资源的优式系统集中了各部分资源的优势，因此，运行速度更快、系势，因此，运行速度更快、系统处理能力更强、资源共享范统处理能力更强、资源共享范围更广、更易于进行功能扩充围更广、更易于进行功能扩充并且有更高的可靠性。并且有更高的可靠性。分布式系统管理复杂、分布式系统管理复杂、系统安全保密实现困难、系统安全保密实现困难、软件太少等都对分布式软件太少等都对分布式系统的发展与应用有影系统的发展与应用有影响。响。 7.3 网络操作系统网络操作系统 什么是网络什么是网络网络的结构网络的结构 网络操作系统网络操作系统 7.3.1 什么是网络什么是网络 计计算算机机网网络络是是按

22、按照照网网络络协协议议通通信信，以以共共享享资资源源为为目目的的，将将地地理理上上分分散散且且自自主主的的计算机互相连接的集合。计算机互相连接的集合。网络的构成包含网络的构成包含三个要素三个要素网络的网络的主要功能主要功能计算机网络主要计算机网络主要分为三类分为三类网络的物理架构网络的物理架构通信协议通信协议一系列独立的计算机一系列独立的计算机（1 1）在计算机与计算机之间进行通信或数据传输。）在计算机与计算机之间进行通信或数据传输。（2 2）实现对数据、软件和硬件资源的共享。）实现对数据、软件和硬件资源的共享。（3 3）提高计算机的可靠性和可用性。）提高计算机的可靠性和可用性。（4 4）便于

23、进行分布式处理。）便于进行分布式处理。 局域网局域网 广域网广域网 城域网城域网7.3.2 网络的结构网络的结构 1.网络拓扑结构网网络络在在物物理理上上表表现现为为通通信信子子网网对对网网络络节节点点的的连连接接，其其中中通通信信子子网网的的结结构构称称为为网络拓扑结构。网络拓扑结构。 星星形形结结构构一一般般是是通通过过一一个个中中央央交交换换机机实实现现对对网网络络各各节节点点的的连连接接，所所有有的的数数据据通通信信都都必必须须经经过过交交换换机机的的控制与转接控制与转接来实现。来实现。 总总线线形形结结构构中中的的所所有有节节点点都都连连接接到到一一条条公公用用的的数数据据通通路路上

24、上（称称为为总总线线），接接点点之之间间的的数数据据通通信信靠靠各各节节点点对对总总线线信信息息的的分分辨辨与与获获取取来实现。来实现。 环环形形结结构构是是将将各各节节点点连连接接成成环环，通通过过节节点点争争取取环环路路使用权使用权来完成信息通信的。来完成信息通信的。 目目前前使使用用较较多多的的还还有有树树形形结结构构，它它往往往往采采用用星星形形的的连连接接方方式式与与总总线线形形的的通通信信手段来实现通信。手段来实现通信。7.3.2 网络的结构网络的结构2.网络体系结构之一OSI参考模型 物物理理层层提提供供为为建建立立、维维护护和和拆拆除除物物理理链链路路所所需需的的机机械械的的、

25、电电气气的的、功功能能的的和和规规程程的的特特性性；提提供供有有关关在在传传输输介介质质上上传传输输二二进进制制位位流流及及物理链路故障检测指示。物理链路故障检测指示。 数数据据链链路路层层为为网网络络层层实实体体提提供供点点到到点点无无差差错错帧帧传传输输功功能能，并并进进行行流流量量控制及链路管理。控制及链路管理。 网网络络层层接接受受来来自自数数据据链链路路层层的的服服务务，并并为为传传输输层层建建立立、保保持持及及释释放放连连接接和和数数据据传传送送提提供供数数据据交交换换、流流量量控控制制、拥拥挤挤控控制制、差差错错控控制制及恢复、路由选择等功能。及恢复、路由选择等功能。 传传输输层

26、层为为会会话话层层实实体体提提供供透透明明的的、可可靠靠的的数数据据传传输输服服务务，保保证证端端到到端端的的数数据据完完整整性性；按按本本层层需需要要选选择择网网络络层层能能提提供供的的服服务务；提提供供建建立立、维维护护和和拆拆除除传输连接功能。传输连接功能。 会会话话层层提提供供面面向向用用户户的的连连接接服服务务，对对不不同同系系统统会会话话层层实实体体提提供供组组织织和和同同步步所所必必需需的的手手段段，以以便便对对数数据据的的传传送送提提供控制和管理。供控制和管理。 表表示示层层为为应应用用层层进进程程提提供供能能解解释释所所交交换换信信息息含含义义的的一一组组服服务务，如如代代码

27、码转转换换、格格式式转转换换、文文本本压压缩缩、文文本本加加密密与与解解密等。密等。 应应用用层层为为OSIOSI进进程程提提供供服服务务，如如文文件件传传送送、电电子子邮邮件件、EDIEDI等等，保保证证网网络络的完整透明性。的完整透明性。 7.3.3 网络操作系统网络操作系统 网络操作系统是针对网络环境设计的、网络操作系统是针对网络环境设计的、具有具有OSI上层功能的、能同时对网络服务器上层功能的、能同时对网络服务器及工作站进行管理的及工作站进行管理的并实现并实现网络节点之间网络节点之间通信功能通信功能的操作系统。的操作系统。 因为网络的目的是实现资源共享与数因为网络的目的是实现资源共享与

28、数据通信，在据通信，在文件共享文件共享和和进程通信进程通信方面有许方面有许多工作要做。多工作要做。 7.3.3 网络操作系统网络操作系统网络操作系统必须具有如下功能：网络操作系统必须具有如下功能：（1）用户管理功能。）用户管理功能。（2）系统容错措施。）系统容错措施。（3）服务连接维护和数据访问同步。）服务连接维护和数据访问同步。（4）文文件件、目目录录服服务务，除除基基本本文文件件及及目目录录管管理理外外，还包括文件传输协议、远程通信等。还包括文件传输协议、远程通信等。（5）网络计费、安全与维护。）网络计费、安全与维护。（6）提供开放的软件开发环境。）提供开放的软件开发环境。7.3.3 网络

29、操作系统网络操作系统 分布式分布式OS 网络网络OS 表现形式表现形式功能强大的单功能强大的单机系统机系统 若干分立的计若干分立的计算机及其连接算机及其连接 操作系统操作系统 部件上运行相部件上运行相同的操作系统同的操作系统 各计算机可运行各计算机可运行独立的操作系统独立的操作系统 通信通信进程之间传递消进程之间传递消息来实现通信息来实现通信采用文件共享的采用文件共享的形式形式 文件组织文件组织文件有统一的组文件有统一的组织与形式织与形式 允许文件的多样化允许文件的多样化 7.4 Windows 的网络操作系统的网络操作系统 Windows系列逐渐分化为三类产品：系列逐渐分化为三类产品：以以W

30、indows 9x/Me为代表的是为代表的是面向家庭计算机面向家庭计算机用用户的操作系统，其最新的版本是户的操作系统，其最新的版本是Windows XP Home Edition；以以Windows NT Worksation/2000 Professional为为代表的是代表的是面向商业办公面向商业办公的操作系统，其最新的的操作系统，其最新的版本是版本是Windows XP Professional；以以Windows NT Server/2000 Server为代表的是为代表的是面面向高端应用向高端应用的操作系统，其最新版本是的操作系统，其最新版本是Windows 2003 Server。

31、 7.4 Windows 的网络操作系统的网络操作系统 网络构成网络构成 Windows的结构的结构 Windows的管理职能的管理职能Windows Server的安全与监视的安全与监视 7.4.1 网络构成网络构成 常见的Windows网络构造 7.4.2 Windows的结构的结构 Windows操作系统结构 划分成用户划分成用户模式和核心模式和核心模式两大部模式两大部分分 用户模式中有：用户模式中有：环境子系统环境子系统集成子系统集成子系统每个环境子每个环境子系统代表一系统代表一个用户态服个用户态服务器务器 每个集成子每个集成子系统是完成系统是完成操作系统功操作系统功能的服务器能的服务

32、器 核心模式被称核心模式被称为执行体为执行体 对象（资源）对象（资源）管理器，拥管理器，拥有内核对象，有内核对象，这些对象具这些对象具有获得创建有获得创建应用程序所应用程序所需要的核心需要的核心服务的手段；服务的手段； 安全引用监安全引用监视器，为系视器，为系统资源提供统资源提供一致的安全一致的安全检查和实施；检查和实施； 进程管理器，进程管理器，管理线程和管理线程和进程的寿命，进程的寿命，承担安排执承担安排执行时间的责行时间的责任；任； 虚拟内存管虚拟内存管理器（理器（VMMVMM），），为每个进程为每个进程提供统一的、提供统一的、私有的地址私有的地址空间；空间； 本地过程调用本地过程调用工

33、具，向同一工具，向同一计算机上的客计算机上的客户和服务器提户和服务器提供简单的消息供简单的消息传送手段；传送手段； IOIO管理器，管理器，为所有的进程为所有的进程提供访问硬件提供访问硬件驱动程序、文驱动程序、文件系统和网络件系统和网络的方法；的方法； 窗口管理器，窗口管理器，创建用户熟悉创建用户熟悉的界面并为进的界面并为进程提供访问图程提供访问图形设备接口的形设备接口的方法。方法。 微内核和硬件微内核和硬件抽象层采用了抽象层采用了层次操作系统层次操作系统模型，提供了模型，提供了线程调度、中线程调度、中断、异常调度断、异常调度及多处理机同及多处理机同步。步。 7.4.3 Windows的管理职

34、能的管理职能 Windows Server对网络的管理是通过对网络的管理是通过活动目录活动目录来进行的。来进行的。活活动动目目录录是是一一种种目目录录服服务务，它它存存储储有有关关网网络络对对象象的的信信息息，这这些些对对象象是是用用户户、域域、组组织织单单元元、树树和和森森林林，网网络络上上的的所所有有可可用用资资源源信信息息都都被被集集成成于于这这些些对对象象之之中中，利利于于管管理理员员和和用户用户方便地查找和使用方便地查找和使用。域域是是对对计计算算机机及及用用户户的的一一种种组组织织，任任何何用用户户只只要要在在域域中中有有一个帐户，就拥有了网络资源的使用权利。一个帐户，就拥有了网络

35、资源的使用权利。一一个个域域作作为为一一个个完完整整的的目目录录，域域之之间间能能够够通通过过信信任任关关系系建建立立起起树树状状连连接接，使使单单一一帐帐户户可可享享用用该该树树状状结结构构中中的的任任何何信信息。息。活活动动目目录录服服务务把把域域又又详详细细划划分分成成组组织织单单元元，组组织织单单元元是是一一个个逻逻辑辑单单位位，它它是是域域中中一一些些用用户户和和组组、文文件件与与打打印印机机等等资资源对象的集合。源对象的集合。 7.4.3 Windows的管理职能的管理职能 活活动动目目录录完完全全采采用用了了Internet 标标准准协协议议，进进行行网网络络登登录录时时，可用可

36、用“用户名用户名域名域名”的用户帐号。的用户帐号。Windows Windows 活活动动目目录录把把DNSDNS作作为为其其定定位位服服务务，因因此此是是直直接接面面向向InternetInternet的。的。 域域中中有有许许多多平平等等的的域域控控制制器器，WindowsWindows任任何何一一个个域域控控制制器器上上的的目目录录库库的的变变更更都都会会自自动动复复制制到到其其他他域域控控制制器器上上的的副副本本中。中。7.4.3 Windows的管理职能的管理职能 域安全策略域安全策略 7.4.3 Windows的管理职能的管理职能 用户和计算机帐户管理用户和计算机帐户管理 7.4.

37、3 Windows的管理职能的管理职能 活动目录的特性活动目录的特性（1 1）信息安全性）信息安全性（2 2）基于策略的管理）基于策略的管理（3 3）扩展性）扩展性（4 4）可调整性）可调整性（5 5）信息复制）信息复制（6 6）与）与 DNS DNS 集成集成（7 7）与其他目录服务的内部操作）与其他目录服务的内部操作（8 8）灵活的查询）灵活的查询 安安全全性性与与活活动动目目录录完完全全集集成成在在一一起起。不不仅仅可可以以针针对对目目录录中中的的每每个个对对象象定定义义访访问问控控制制，还可对其每种属性进行操作。还可对其每种属性进行操作。活活动动目目录录的的目目录录服服务务包包括括数数

38、据据存存储储以以及及逻逻辑辑、分分层层结结构构。作作为为逻逻辑辑结结构构，它它为为策策略略应应用用程程序序提提供供上上下下文文分分层层结结构构。作作为为目目录录，它它存存储储指指定定给给特特定定上上下下文文的的策策略略（称称为为组组策策略）。略）。活活动动目目录录是是可可扩扩展展的的，这这意意味味着着管管理理员员可可以以将将对对象象的的新新类类添添加加到到规规划划中中，而而且且还还可可以以将将新新属属性性添添加加到到已已现现有有的的对象类中。对象类中。活活动动目目录录可可包包括括一一个个或或多多个个域域，每每个个又又都都带带有有一一个个或或多多个个域域控控制制器器，这这使使得得可可调调整整目目

39、录录以以便便满满足足任任何何网网络络的的要要求求。多多域域可可组组合合成成域域目目录录树树或林。或林。活活动动目目录录使使用用多多主主复复制制。目目录录存存储储在在初初始始域域控控制制器器中中，其其内内容容可可复复制制到到域域、域域目目录录树树或或林林的的每每个个域域中中。对对目目录录数数据据所所做做的的更更改改将将复复制制到到所所有域控制器中。有域控制器中。活活动动目目录录使使用用域域名名解解析析系系统统DNS（Domain Name System） 。 DNS是是 一一 个个Internet的的标标准准服服务务，它它可可以以很很容容易易地地将将可可读读主主机机名名称称翻翻译译成成数数字字的

40、的IP地地址址。这这可可以以在在TCP/IP网网络络上上启启用用与与计计算算机和用户的标识和连接。机和用户的标识和连接。 由由于于活活动动目目录录是是基基于于工工业业标标准准的的目目录录访访问问协协议议，它它可可以以与与使使用用这这些些协协议议的的其其他他目目录录服服务务实实现内部操作。现内部操作。用用户户和和管管理理员员可可在在搜搜索索功功能能中中指指定定网网络络邻邻居居、活活动动目目录录用用户户和和计计算算机机来来快快速速查查找找网网络络上上的的对对象象，使使用用对对象象属属性性。可可通通过过使使用用活活动动目目录录生生成成的的全局目录优化查找信息。全局目录优化查找信息。 7.4.4 Wi

41、ndows Server的安全与监视的安全与监视 Windows Server提供了许多安全机制，如：备份事件查看性能监视系统监视网络监视等 7.5 Linux操作系统操作系统 Linux体系结构体系结构 Linux模块化加载模块化加载 核心数据结构核心数据结构 设备驱动设备驱动 文件系统文件系统 Linux特性特性 7.5.1 Linux体系结构体系结构 内内核核是是系系统统的的心心脏脏，是是运运行行程程序序和和管管理理计计算算机机硬件的核心程序。硬件的核心程序。它它接接受受shellshell传传来来的的系系统统调调用用命命令令并并把把命命令令送送给内核去执行。给内核去执行。 ShellS

42、hell是是系系统统的的用用户户界界面面，提提供供了了用用户户与与内内核核进进行行交交互互操操作作的的一一种种接接口口。它它接接收收用用户户输输入入的的命命令令并并把把它它送送入入内内核核去去执行。执行。 实实际际上上ShellShell是是一一个个命命令令解解释释器器，它它解解释释由由用用户户输输入入的的命命令令并并且把它们送到内核。且把它们送到内核。ShellShell有有自自己己的的编编程程语语言言，用用这这种种编编程程语语言言编编写写的的ShellShell程程序序与与其其他他应应用用程程序序具具有有同样的效果。同样的效果。 内内核核、ShellShell和和文文件件结结构构一一起起形

43、形成成了了基基本本的的操作系统结构。操作系统结构。标标准准的的LinuxLinux系系统统都都有有一一套套叫叫做做实实用用工工具具的的程程序序, ,它它们们是是专专门门的的程程序序，例例如如编编辑辑器器、执执行行标标准准的的计计算算操操作作等等。用用户户也也可可以以产产生生自自己的工具。己的工具。 7.5.2 Linux模块化加载模块化加载 Linux的核心（的核心（Kernel）可以认为是一可以认为是一个个单一的巨大的程序单一的巨大的程序，核心的功能组件可，核心的功能组件可以以访问访问它的所有的它的所有的内部数据结构以及例程内部数据结构以及例程。Linux允许在你需要的时候允许在你需要的时候

44、动态动态地地加加载和卸载载和卸载操作系统的组件。操作系统的组件。 Linux 的的模块模块是可以在系统启动之后是可以在系统启动之后任何时候动态连接到核心的任何时候动态连接到核心的代码块代码块。它们。它们可以在不被需要的时候从核心删除并卸载。可以在不被需要的时候从核心删除并卸载。7.5.3核心数据结构核心数据结构 数据结构数据结构说明说明block_dev_struct向核心登记块设备向核心登记块设备buffer_head 关于关于buffer cache中一块缓存的信息中一块缓存的信息device表示系统网络设备表示系统网络设备device_struct 块设备和字符设备用来向核心登记块设备和

45、字符设备用来向核心登记file 表示每个打开的文件表示每个打开的文件files_struct描述被某进程打开的所有文件描述被某进程打开的所有文件gendisk关于某个硬盘的信息关于某个硬盘的信息inode描述磁盘上一个文件或目录的信息描述磁盘上一个文件或目录的信息irqaction用来描述系统的中断处理过程用来描述系统的中断处理过程linux_binfmt用来表示可被用来表示可被Linux理解的二进制文件格式理解的二进制文件格式mem_map_t用来保存每个物理页面的信息用来保存每个物理页面的信息mm_struct用来描述某任务或进程的虚拟内存用来描述某任务或进程的虚拟内存pci_bus表示系

46、统中的一个表示系统中的一个PCI总线总线pci_dev表示系统中的每个表示系统中的每个PCI设备设备request用来向系统的块设备发送请求用来向系统的块设备发送请求rtable用来描述向某个用来描述向某个IP主机发送包的路由信息主机发送包的路由信息semaphore保护临界区数据结构和代码信号灯保护临界区数据结构和代码信号灯sk_buff用来描述在协议层之间交换的网络数据用来描述在协议层之间交换的网络数据sock包含包含BSD套接口的协议相关信息套接口的协议相关信息task_struct用来描述系统中的进程或任务用来描述系统中的进程或任务timer_list用来为进程实现实时时钟用来为进程实

47、现实时时钟tq_struct任务队列结构任务队列结构vm_area_struct表示一个进程的一个虚拟内存区域表示一个进程的一个虚拟内存区域7.5.3核心数据结构核心数据结构 7.5.4设备驱动设备驱动 设备驱动组成了设备驱动组成了Linux核心的主要部分。像操作系统的核心的主要部分。像操作系统的其他部分一样，它们运行在其他部分一样，它们运行在高权限高权限环境中，一旦出错环境中，一旦出错将引起灾难性后果。将引起灾难性后果。设备驱动控制操作系统和硬件设备之间的相互操作。设备驱动控制操作系统和硬件设备之间的相互操作。设备驱动设备驱动负责负责处理所有处理所有设备相关细节设备相关细节。Linux 的一

48、个基本特点是它抽象了设备的处理。所有的的一个基本特点是它抽象了设备的处理。所有的硬件设备都象硬件设备都象常规文件一样看待常规文件一样看待：它们可以使用和操：它们可以使用和操作文件相同的、标准的系统调用来进行打开、关闭和作文件相同的、标准的系统调用来进行打开、关闭和读写。读写。系统中的每一个系统中的每一个设备设备都用一个都用一个设备特殊文件设备特殊文件代表。代表。 7.5.4设备驱动设备驱动 Linux 有有许许多多不不同同的的设设备备驱驱动动程程序序，但但是是它它们们都具有一些一般的属性：都具有一些一般的属性：1.核心代码。核心代码。2.核心接口。核心接口。3.核心机制及服务。核心机制及服务。

49、4.可拆装。可拆装。5.可配置。可配置。6.动态性。动态性。7.5.5文件系统文件系统 1.Linux文件结构文件结构 2.Linux文件系统文件系统 3.3.装载文件系统装载文件系统 4.4.虚拟文件系统虚拟文件系统 7.5.5文件系统文件系统 1.Linux文件结构文件结构 目录名目录名说明说明/ /binbin二进制可执行命令；二进制可执行命令；/ /devdev设备特殊文件；设备特殊文件；/ /etcetc系统管理和配置文件；系统管理和配置文件；/ /etc/etc/rcrc.d .d 启动的配置文件和脚本；启动的配置文件和脚本；/ /homehome用户主目录的基点，比如用户用户主目

50、录的基点，比如用户useruser的主目录就是的主目录就是/ /home/userhome/user；/lib/lib标准程序设计库，又叫动态链接共享库；标准程序设计库，又叫动态链接共享库；/ /sbinsbin系统管理命令，这里存放的是系统管理员使用的管理程序；系统管理命令，这里存放的是系统管理员使用的管理程序；/ /tmptmp公用的临时文件存储点；公用的临时文件存储点；/ /rootroot系统管理员的主目录；系统管理员的主目录；/ /mntmnt系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统；系统提供这个目录是让用户临时挂载其他的文件系统；/ /lost+found lost+foun

51、d 这个目录平时是空的，系统非正常关机而留下这个目录平时是空的，系统非正常关机而留下“无家无家可归可归”的文件；的文件；1.Linux文件结构文件结构 / /procproc虚拟的目录，是系统内存的映射。可直接访问这个目录来获取系虚拟的目录，是系统内存的映射。可直接访问这个目录来获取系统信息；统信息；/ /varvar某些大文件的溢出区，比方说各种服务的日志文件；某些大文件的溢出区，比方说各种服务的日志文件；/ /usrusr最庞大的目录，要用到的应用程序和文件几乎都在这个目录。其最庞大的目录，要用到的应用程序和文件几乎都在这个目录。其中包含：中包含：/ /usrusr/X11R6 /X11R

52、6 存放存放XwindowXwindow的目录；的目录；/ /usrusr/bin /bin 众多的应用程序；众多的应用程序；/ /usrusr/ /sbin sbin 超级用户的一些管理程序；超级用户的一些管理程序；/ /usrusr/doc/doc linux linux文档；文档；/ /usrusr/include/include linux linux下开发和编译应用程序所需要的头文件；下开发和编译应用程序所需要的头文件；/ /usrusr/lib /lib 常用的动态链接库和软件包的配置文件；常用的动态链接库和软件包的配置文件；/ /usrusr/man /man 帮助文档；帮助文档

53、；/ /usrusr/ /src src 源代码，源代码，linuxlinux内核的源代码就放在内核的源代码就放在/ /usrusr/ /srcsrc/ /linuxlinux里；里；/ /usrusr/local/bin /local/bin 本地增加的命令；本地增加的命令；/ /usrusr/local/lib /local/lib 本地增加的库。本地增加的库。7.5.5文件系统文件系统 2. linux文件系统文件系统 linux系系统统中中每每个个分分区区都都是是一一个个文文件件系系统统，都都有有自自己己的的目目录层次结构。录层次结构。linux文文件件系系统统使使用用索索引引节节点点

54、来来记记录录文文件件信信息息。系系统统给给每每个个索索引引节节点点分分配配了了一一个个号号码码，也也就就是是该该节节点点在在数数组组中中的的索引号，称为索引节点号。索引号，称为索引节点号。 linux文文件件系系统统将将文文件件索索引引节节点点号号和和文文件件名名同同时时保保存存在在目目录录中中。所所以以，目目录录只只是是将将文文件件的的名名称称和和它它的的索索引引节节点点号号结结合合在在一一起起的的一一张张表表，目目录录中中每每一一对对文文件件名名称称和和索索引引节节点号称为一个连接。点号称为一个连接。对对于于一一个个索索引引节节点点号号，可可以以有有多多个个文文件件名名与与之之对对应应。这

55、这种别名方法称为种别名方法称为连接连接。7.5.5文件系统文件系统3.装载文件系统装载文件系统 linux会会将将这这些些分分属属不不同同分分区区的的、单单独独的的文文件件系系统统通通过过装装载形成载形成一个系统的一个系统的总总的的目录层次结构目录层次结构。4.虚拟文件系统虚拟文件系统装装载载后后多多种种文文件件系系统统的的兼兼容容是是由由Linux 内内核核内内部部的的虚虚拟拟文文件件系系统统VFS（Virtual File System）实实现现的的。Linux文文件件系系统统的的所所有有细细节节都都通通过过软软件件进进行行转转换换，所所以以所所有有的的文文件件系系统统对对于于Linux核核心心的的其其余余部部分分和和系系统统中中运运行行的的程程序序显显得得一一样样。Linux的的虚虚拟拟文文件件系系统统层层允允许许你你同同时时透透明地安装许多不同的文件系统明地安装许多不同的文件系统。7.5.6 Linux特性特性 1.开放性开放性 2.多用户多用户 3.多任务多任务 4.良好的用户界面良好的用户界面 5.设备独立性设备独立性 6.供了丰富的网络功能供了丰富的网络功能 7.可靠的系统安全可靠的系统安全8.良好的可移植性良好的可移植性