操作系统结构

分层法

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分层法是将操作系统分为若干层，最底层（层0）为硬件，最高层（层N）为用户接口，每层只能调用紧邻它的低层的功能和服务（单向依赖）。

优点

• 便于系统的调试和验证，简化了系统的设计和实现。
• 易扩充和易维护。

缺点

• 合理定义各层比较困难。因为依赖关系固定后，往往就显得不够灵活。
• 效率较差。操作系统每执行一个功能，通常要自上而下地穿越多层，各层之间都有相应的层间通信机制，这无疑增加了额外的开销，导致系统效率降低。

模块化

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优点

• 提高了操作系统设计的正确性、可理解性和可维护性。
• 增强了操作系统的可适应性，支持动态加载新的内核模块。
• 加速了操作系统的开发过程，模块间逻辑清晰易于维护，确定模块间接口，可以多模块开发。
• 任何模块可以直接调用其他模块，无需采用消息传递进行通信，效率高。

缺点

• 如果将模块划分得太小，虽然能降低模块本身的复杂性，但会使得模块之间的联系过多，造成系统比较混乱

• 如果模块划分得过大，又会增加模块内部的复杂性，相互依赖，难以调试和验证。

• 模块间的接口规定很难满足对接口的实际需求，接口定义未必合理、实用。

• 各模块设计者齐头并进，每个决定无法建立在上一个己验证的正确决定的基础上，因此无法找到一个可靠的决定顺序。

宏内核

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大内核，将操作系统的主要功能模块都作为系统内核，运行在核心态。

优点

性能高，内核各功能模块可以相互之间调用。

缺点

内核代码量大，结构混乱，难以维护。

大内核某个功能模块出错，可能导致整个系统崩溃。

微内核

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只把最基本的功能保留在内核。

优点

• 内核功能少，结构清晰，方便维护，可靠性高。

• 内核外某个功能模块出错不会导致整个系统崩溃。

缺点

• 需要频繁地在核心态和用户态之间切换，性能低。

• 用户态下各功能模块不可以之间相互调用，只能通过内核的“消息传递”来间接通信。

外核

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内核负责进程调度、进程通信等功能，外核负责为用户进程分配未经抽象的硬件资源，且由外核负责保证资源使用安全。

优点

• 外核可直接给用户进程分配未经抽象的硬件资源，使用户进程可以灵活使用硬件资源。
• 减少了虚拟硬件资源的“映射层”，提升效率。

缺点

• 降低了系统的一致性
• 使系统变得更加复杂。

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