分級層次結構

在模塊化結構設計中，各模塊的設計齊頭並進，無法尋找到一個可靠的決定順序，造成各種決定的“無序性” ，這將使程序設計人員很難做到“設計中的每一步決定都是建立在可靠的基礎上” ，因此模塊―接口法又被稱為“無序模塊法” 。為了將模塊―接口法中“決定順序”的無序性變為有序性，引入了有序分層法。分層法的設計任務是，在目標系統 A n 和裸機系統(又稱宿主系統)A 0 之間，鋪設若干個層次的軟件 A 1 、A 2 、A 3 、…、A n － 1 ，使 A n 通過 A n － 1 、A n － 2 、…、A 2 、A 1 層，最終能在 A 0 上運行。在操作系統中，常採用自底向上法來鋪設這些中間層。

自底向上的分層設計的基本原則是：每一步設計都是建立在可靠的基礎上。為此規定，每一層僅能使用其底層所提供的功能和服務，這樣可使系統的調試和驗證都變得更容易。

例如，在調試第一層軟件 A 1 時，由於它使用的是一個完全確定的物理機器(宿主系統)所提供的功能，在對 A 1 軟件經過精心設計和幾乎是窮盡無遺的測試後，可以認為 A 1 是正確的,而且它與其所有的高層軟件 A 2 、…、A n 無關；同樣在調試第二層軟件 A 2 時，它也只使用了軟件 A 1 和物理機器所提供的功能，而與其高層軟件 A 3 、…、A n 無關；如此一層一層地自底向上增添軟件層，每一層都實現若干功能，最後總能構成一個能滿足需要的 OS。在用這種方法構成操作系統時，已將一個操作系統分為若干個層次，每層又由若干個模塊組成，各層之間只存在着單向的依賴關係，即高層僅依賴於緊鄰它的低層。 ^[1] 

分層結構的主要優點有：

(1) 易保證系統的正確性。自下而上的設計方式，使所有設計中的決定都是有序的，或者説是建立在較為可靠的基礎上的，這樣比較容易保證整個系統的正確性。

(2) 易擴充和易維護性。在系統中增加、修改或替換一個層次中的模塊或整個層次，只要不改變相應層次間的接口，就不會影響其它層次，這必將使系統維護和擴充變得更加容易。

分層結構的主要缺點是：系統效率降低了。由於層次結構是分層單向依賴的，因此必須在相鄰層之間都要建立層次間的通信機制，OS 每執行一個功能，通常要自上而下地穿越多個層次，這無疑會增加系統的通信開銷，從而導致系統效率的降低。

網絡體系結構是指通信系統的整體設計，它為網絡硬件、軟件、協議、存取控制和拓撲提供標準。它廣泛採用的是國際標準化組織（ISO）在1979年提出的開放系統互連（OSI-Open System Interconnection)的參考模型，分為7層即物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

規定通信設備的機械的、電氣的、功能的和規程的特性，用以建立、維護和拆除物理鏈路連接。具體地講，機械特性規定了網絡連接時所需接插件的規格尺寸、引腳數量和排列情況等；電氣特性規定了在物理連接上傳輸bit流時線路上信號電平的大小、阻抗匹配、傳輸速率距離限制等；功能特性是指對各個信號先分配確切的信號含義，即定義了DTE和DCE之間各個線路的功能；規程特性定義了利用信號線進行bit流傳輸的一組操作規程，是指在物理連接的建立、維護、交換信息時，DTE和DCE雙方在各電路上的動作系列。數據鏈路層（DataLinkLayer）

在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀（Frame）在信道上無差錯的傳輸，並進行各電路上的動作系列。

數據鏈路層在不可靠的物理介質上提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址尋址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。

在計算機網絡中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多個數據鏈路，也可能還要經過很多通信子網。網絡層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點，確保數據及時傳送。網絡層將數據鏈路層提供的幀組成數據包，包中封裝有網絡層包頭，其中含有邏輯地址信息- -源站點和目的站點地址的網絡地址。

如果你在談論一個IP地址，那麼你是在處理第3層的問題，這是“數據包”問題，而不是第2層的“幀”。IP是第3層問題的一部分，此外還有一些路由協議和地址解析協議（ARP）。有關路由的一切事情都在第3層處理。地址解析和路由是3層的重要目的。網絡層還可以實現擁塞控制、網際互連等功能。

第4層的數據單元也稱作處理信息的傳輸層(Transport layer)。但是，當你談論TCP等具體的協議時又有特殊的叫法，TCP的數據單元稱為段（segments）而UDP協議的數據單元稱為“數據報（datagrams）”。這個層負責獲取全部信息，因此，它必須跟蹤數據單元碎片、亂序到達的數據包和其它在傳輸過程中可能發生的危險。第4層為上層提供端到端（最終用户到最終用户）的透明的、可靠的數據傳輸服務。所謂透明的傳輸是指在通信過程中傳輸層對上層屏蔽了通信傳輸系統的具體細節。

這一層也可以稱為會晤層或對話層，在會話層及以上的高層次中，數據傳送的單位不再另外命名，統稱為報文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。如服務器驗證用户登錄便是由會話層完成的。

這一層主要解決用户信息的語法表示問題。它將欲交換的數據從適合於某一用户的抽象語法，轉換為適合於OSI系統內部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和轉換數據服務。數據的壓縮和解壓縮， 加密和解密等工作都由表示層負責。例如圖像格式的顯示，就是由位於表示層的協議來支持。

應用層為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口。

當今，消費者的需求向多樣化、個性化方向發展，為了滿足日益廣泛而且快速變化的消費需求，產品開發者要儘可能的加快產品的開發速度並提高產品的適應性。而模塊化的設計方法為快速高效的開發系列化產品提供了有效的手段。模塊化設計中最基礎也是十分重要的一步就是模塊的劃分。模塊劃分的結果將直接影響到模塊化產品的功能、性能和成本。

通常情況下產品的設計過程分三個層次進行：首先分析用户需求，然後進行產品的功能分析， 最後進行產品的結構設計。類似的，對產品進行模塊劃分時，同樣可以分為三個層次進行：

用户層：這一層從用户的角度對產品提出功能要求，並對這些要求進行分類，從而得到對用户需求的模塊劃分。 ^[2] 

功能層：在用户層基礎上，從功能設計的角度，對產品進行功能分析，全面的概括產品所應具備的各項功能，並按一定的原則對這些功能進行分解、合併，最終將產品劃分為一系列功能模塊。關於具體的功能模塊的劃分原則和方法將在後面作詳細的介紹。

結構層： 在功能層的基礎上，從結構設計的角度，對產品進行結構上的劃分。結構層模塊的劃分要儘量與功能模塊的劃分一一對應，以便把功能模塊的劃分原則體現在結構中。

通過對模塊劃分過程進行層次化，可以簡化整個模塊劃分的過程， 並使得模塊劃分中的問題得到多角度、全方位的考慮。