69298

Базові поняття архітектури операційних систем

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Операційну систему можна розглядати як сукупність компонентів, кожен з яких відповідає за певні функції. Набір таких компонентів і порядок їхньої взаємодії один з одним та із зовнішнім середовищем визначається архітектурою операційної системи.

Украинкский

2014-10-02

33 KB

7 чел.

Лекція № 2

Тема: Базові поняття архітектури операційних систем

План

1. Механізми і політика

2. Ядро системи. Привілейований режим і режим користувача

3. Системне програмне забезпечення

Операційну систему можна розглядати як сукупність компонентів, кожен з яких відповідає за певні функції. Набір таких компонентів і порядок їхньої взаємодії один з одним та із зовнішнім середовищем визначається архітектурою операційної системи.

У цьому розділі ми ознайомимося з основними поняттями архітектури операційних систем, підходами до її реалізації, особливостями взаємодії ОС із зовнішнім середовищем. Реалізацію архітектури буде розглянуто на прикладах UNIX, Linux і Windows XP.

Механізми і політика

В ОС насамперед необхідно виділити набір фундаментальних можливостей, які надають її компоненти; ці базові можливості становлять механізм (mechanism). З іншого боку, необхідно приймати рішення щодо використання зазначених можливостей; такі рішення визначають політику (policy). Отже, механізм показує, що реалізовано компонентом, а політика — як це можна використати.

Коли за реалізацію механізму і політики відповідають різні компоненти (механізм відокремлений від політики), спрощується розробка системи і підвищується її гнучкість. Компонентам, що реалізують механізм, не повинна бути доступна інформація про причини та цілі його застосування; усе, що потрібно від них, - це виконувати призначену їм роботу. Для таких компонентів використовують термін «вільні від політики» (policy-free). Компоненти, відповідальні за політику, мають оперувати вільними від неї компонентами як будівельними блоками, для них недоступна інформація про деталі реалізації механізму.

Прикладом відокремлення механізму від політики є керування введенням-ви-веденням. Базові механізми доступу до периферійних пристроїв реалізують драйвери. Політику використання цих механізмів задає програмне забезпечення, що здійснює введення-виведення. Докладніше це питання буде розглянуте у розділі 15.

Ядро системи. Привілейований режим і режим користувача

Базові компоненти ОС, які відповідають за найважливіші її функції, зазвичай перебувають у пам'яті постійно і виконуються у привілейованому режимі, називають ядром операційної системи (operating system kernel).

Існуючі на сьогодні підходи до проектування архітектури ОС по-різному визначають функціональність ядра. До найважливіших функцій ОС, виконання яких звичайно покладають на ядро, належать обробка переривань, керування пам'яттю, керування введенням-виведенням. До надійності та продуктивності ядра висувають підвищені вимоги.

Основною характерною ознакою ядра є те, що воно виконується у привілейованому режимі. Розглянемо особливості цього режиму.

Для забезпечення ефективного керування ресурсами комп'ютера ОС повинна мати певні привілеї щодо прикладних програм. Треба, щоб прикладні програми не втручалися в роботу ОС, і водночас ОС повинна мати можливість втрутитися в роботу будь-якої програми, наприклад для перемикання процесора або розв'язання конфлікту в боротьбі за ресурси. Для реалізації таких привілеїв потрібна апаратна підтримка: процесор має підтримувати принаймні два режими роботи — привілейований (захищений режим, режим ядра, kernel mode) і режим користувача (user mode). У режимі користувача недопустимі команди, які є критичними для роботи системи (перемикання задач, звертання до пам'яті за заданими межами, доступ до пристроїв введення-виведення тощо).

Розглянемо, яким чином використовуються різні режими процесора під час взаємодії між ядром і застосуваннями.

Після завантаження ядро перемикає процесор у привілейований режим і отримує цілковитий контроль над комп'ютером. Кожне застосування запускається і виконується в режимі користувача, де воно не має доступу до ресурсів ядра й інших програм. Коли потрібно виконати дію, реалізовану в ядрі, застосування робить системний виклик (system call). Ядро перехоплює його, перемикає процесор у привілейований режим, виконує дію, перемикає процесор назад у режим користувача і повертає результат застосування.

Системний виклик виконується повільніше за виклик функції, реалізованої в режимі користувача, через те що процесор двічі перемикається між режимами. Для підвищення продуктивності в деяких ОС частина функціональності реалізована в режимі користувача, тому для доступу до неї системні виклики використовувати не потрібно.

Системне програмне забезпечення

Окрім ядра, важливими складниками роботи ОС є також застосування режиму користувача, які виконують системні функції. До такого системного програмного забезпечення належать:

системні програми (утиліти), наприклад: командний інтерпретатор, програми резервного копіювання та відновлення даних, засоби діагностики й адміністрування;

системні бібліотеки, у яких реалізовані функції, що використовуються у застосуваннях користувача.

Системне програмне забезпечення може розроблятися й постачатися окремо від ОС. Наприклад, може бути кілька реалізацій командного інтерпретатора, засобів резервного копіювання тощо. Системні програми і бібліотеки взаємодіють з ядром у такий самий спосіб, як і прикладні програми.


Питання для самоконтролю:

  1.  Визначення архітектури ОС.
  2.  Механізм і політика ОС.
  3.  Ядро ОС. Режими роботи ядра.
  4.  Системне програмне забезпечення його склад.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64845. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ РАДІОМОВЛЕННЯ В УКРАЇНІ ТА СВІТІ 44.5 KB
  Основні типи організації міжнародного радіомовлення сучасне міжнародне радіо представлене різними типами мовних організацій диференційованих по статусу ознакам організації по призначенню і по характеру програмної політики.
64846. СТИЛІСТИЧНИХ ОСОБЛИВОСТІ РАДІОМАТЕРІАЛІВ 46 KB
  Наприклад в спортивному огляді звуки гонгу тупіт копит наростаючий і стихаючий шум натовпу означають що репортаж ведеться з іподрому і кореспондентові не обов'язково витрачати час і слова на опис місця дії. Позначення переміщення дії в часі і просторі.
64847. ЖАНРОВА ПАЛІТРА РАДІОМОВЛЕННЯ 44.5 KB
  Відмінність жанрів радіожурналістики від жанрів газетної журналістики обумовлено специфікою радіокомунікації. Ключ до розуміння особливостей формування радіожанрів дають специфічні виражальні засоби якими оперує мовлення.
64848. ТЕЛЕБАЧЕННЯ В СИСТЕМІ ЗМІ 40.5 KB
  Особливості технічного постачання телевізійного сигналу ефірне телебачення кабельні мережі супутникові телеканали. Телебачення як обєкт культурології та соціології.
64849. ІНФОРМАЦІЙНІ ПРОГРАМИ НА ТЕЛЕБАЧЕННІ 43 KB
  Виробництво телевізійного сюжету Мова та стиль інформаційної програми. Єдність усіх журналістських матеріалів які утворюють цілісну структуру складеного інформаційного тексту програми є вищим рівнем професійної майстерності журналістів.
64850. ЖУРНАЛІСТСЬКЕ РОЗСЛІДУВАННЯ НА ТЕЛЕБАЧЕННІ 43.5 KB
  Технологія розслідування: методи етапи. Умови реалізації журналістського розслідування: доступ до джерел інформації правові та етичні обмеження безпека журналістів Журналістські розслідування англ. Журналістське розслідування не просто відповідає на запитання...
64851. ПОЛИТИЧЕСКИЕ ПАРТИИ И ПАРТИЙНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН 83 KB
  В структуру политической организации входит: государство партии иные общественные организации выражающие интересы доминирующих классов партии и иные организации классов которые противостоят правящим слоям общества важнейшим элементом являются политические партии.
64852. КОНСТИТУЦИОННО-ПРАВОВОВЙ СТАТУС ЧЕЛОВЕКА И ГРАЖДАНИНА В ЗС 95 KB
  В науке КП для обозначения правового положения личности установленного нормами законодательства принято использовать следующие термины: основы правового статуса человека и гражданина; конституционно-правовой статус человека и гражданина.
64853. ФОРМЫ ГОСУДАРСТВА В ЗС 126 KB
  Форма государства совокупность внешних признаков организации и осуществление государственной власти. Форма государства включает в себя 3 стороны организации государственной власти: форма правления форма государственного устройства политический режим историческая практика свидетельствует...