系統設計---分層，分級，分塊

在設計一個可用的系統時，往往第一步是設計結構。縱觀計算機的發展史，橫貫計算機科學的不同領域，有三個方法是很重要的，那就是：分層，分級，分塊的思想方法。

記得上高中的時候，我們的實體老師老隔就給我們傳授動态的測試方法，當時我們設計一個電路，老隔就給我們講，要想知道設計方案如何，最好的方法就是“讓電 流流一流”，現在工作了，終于明白了這是真的，為了說明問題，關鍵時刻就讓“資料流一流”吧。另外說一下政策和機制，機制說明了事情發生的可能性，而政策描述了事物如何發生。

三個方法有個共同點，就是要達到各司其職，高内聚低耦合的目的，最終友善管理，友善更新，友善替換。但是也有不同的地方。

首先，分層是一個縱向的概念，它承接地将一個過程分為了不同的子過程，每個層次使用下層提供的服務，并且對這些服務進行重新組合和過程分發，為上層提供一個統一的接口，進而屏蔽掉下層的異構體，每一層為上一層提供機制，而政策由上一層提供。注意，分層不是功能意義上的，也就是說，如果某個層次缺失或出錯的 話，整個過程将失敗。作為例子，我們來看一下TCP/IP模型和現代宏核心作業系統模型。

在TCP/IP模型中，協定族把一個傳輸過程的路徑分為5個層次，分别為實體層，鍊路層，網絡層，傳輸層，網絡層，從前到後，前面的為後面的屏蔽更前面 的，為後面提供傳輸機制和統一的接口，資料發送時從後到前經過每個層次都要打标記，政策通過填寫協定字段來注冊，接收是個相反的過程。如果說某一層比如網絡層出錯了，那麼資料流就會在該層斷裂，無法繼續傳輸下去了。這麼個設計方法很好，比如應用程式員隻用寫好應用程式并且提供好具體的政策（比如是tcp還 是udp，優先級情況等等）就可以了，同樣的，協定棧實作者也不用管底層是銅線還是光纖，網絡層實作者不用管下面是X.25還是以太網，而隻需要提供政策 并調用下層的接口就可以了。

另外一個例子，宏核心作業系統，但為什麼是宏核心作業系統而不提微核心呢，其實微核心恰恰是我們讨論的另一個問題的例子--分塊。作為宏核心系統，系統本 身就是一個分層的大結構，應用程式進行系統調用，比如write，調用sys_write，然後資料到了系統調用層，接着就到了虛拟檔案系統層，實際上虛 拟檔案系統也是一個分層結構，為了向上提供一個統一的檔案操作接口，再往下到了裝置無關驅動（gendisk）層，然後到達硬體驅動，最終寫入硬體，一層 一層往下，下層提供了機制使得上層的政策得以實施。作為一個補充，使用者程式庫的實作也是這個道理，它屏蔽了不同作業系統的實作細節，提供了使用者操作的基本機制，而最終的政策都是應用程式員通過代碼傳往下層的。

分層的思想很博大精深，遠遠不止上面這些，但重點基本都說到了。機制和政策的思想和分層的想法實際上是兩個獨立的思想，我覺得事實上可以這麼幹，就将它們結合了。

現在說一下分級的思想，它在本質上也是一個縱向的概念，也是将一個過程分為不同的子過程，但是它卻不是承接的，也就是說每個過程都是獨立的，可有可無的，這就是全部的機制，具體政策就看什麼應用，怎麼配置，以及怎麼實施了。作為例子我就說一下linux的流量控制系統和solaris的排程類。

linux的流控做的真的不錯，它将流控分為了3個要素，一個是排隊規則，一個是過濾器，一個是類，其中的類中可以實作新的排隊規則，然後是過濾器，依次 類推，這就使得一個要素按照尺度和目前上下文情況實作多重受控，比如說可以設計一個裝置相關的排程器，一個裝置無關的排程器，後者規定入隊包的個數而不管具體屬于哪個裝置，而前者在裝置間競争或協作，作為更現實的例子，考慮縣裡給了本縣100個生育名額，而本縣有10個村，縣裡隻給了100個，100個名額怎麼在村裡配置設定是縣裡的決策，比如王村最優先給50個，霍家莊給15個...，但是王村的50個名額怎麼在村内配置設定，縣裡就不管了，而交給了村支部，這是一個現實中分級排程的一個例子。

現在考慮一下solaris的排程類，實際上了解了上面那個縣裡發生育名額的例子後就不用看了，道理是一樣的。線程先按優先級分到特定排程類裡，然後按照排程類的規則進行排程（為了支援容器和區域，好幾個排程類的全局優先級是重合的，這裡僅講基本思想，應用請查文檔），現在linux的新核心也支援排程類了。

好了，最後一個是分塊，所謂分塊就是将不同功能區分開來，獨立成子產品，這個是純粹政策意義上的概念，因為沒有什麼統一機制可言，怎麼分塊全看個人，人就是機制，而且分塊比分層和分級更加抽象。作為例子，考慮一下微核心作業系統和面向對象系統。

微核心的核心僅僅提供最基本的機制，而所有政策和非最重要機制都留給程序子產品，也就是說，宏核心是像棧一樣的一摞子的話，微核心就是把這一摞子豎起來的的一排。面向對象的理論也是這樣，當然它更複雜，涉及到了系統設計中的另外的概念，比如抽象，封裝之類的，可是那隻是過程，作為抽象封裝的結果，一個子產品建 立了，它是高度獨立内聚的，隻能通過消息傳遞來互相通信。

這三個思想就是這麼回事，如果讀一下linux和minix的代碼，我相信比什麼都強！

作為結束，其實還遠遠沒有結束

 本文轉自 dog250 51CTO部落格，原文連結:http://blog.51cto.com/dog250/1274178