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

12942. Настоящий друг Какой он. Классный час 552.49 KB
  Классный час Настоящий друг Какой он Если начать перечислять все качества которыми должен обладать настоящий друг то он окажеҭся не обычным человеком а суперменом: добрый веселый верный честный преданный идущий на помощь умеющий поддержать в трудную минуҭу ...
12943. Классный час «Правила поведения на перемене» 377 KB
  Классный час Правила поведения на перемене Одна из традиционных форм воспитательной работы это классный час. Не всегда у учителя есть время обсудить на уроках то что ему и детям представляется актуальным интересным наболевшим. Не обязательно проводить классный ча...
12944. Классный час Правила безопасного поведения на перемене 372.02 KB
  Классный час Правила безопасного поведения на перемене Цели: учить детей правильно проводить перемены; развивать умение рассуждать думать о последствиях своих действий; Ход занятия 1. Организационный момент. Учитель заранее распределяет учащихся на 4 группы. II. А...
12945. Моя будущая профессия 347.5 KB
  Класс: 8 А Вид воспитательной деятельности: интеллектуально-познавательная деятельность. Форма воспитательной работы: беседа. Тема: Моя будущая профессия. Цели: образовательные: раскрытие учащимися практической и теоретической значимо
12946. Тренинг-классный час с презентацией о вреде алкоголя 315.58 KB
  Тренингклассный час с презентацией о вреде алкоголя Данный урок взят с сайта Фестиваль педагогических идей. Автор открытого урока Волкова Оксана Викторовна. Этот прекрасный подход в объяснении нашим детям вреда алкоголя можете применить и вы разговаривая с собстве
12947. Газ опасным может стать, если правила не знать 44.5 KB
  Тема: Газ опасным может стать если правила не знать Цели: познакомить учащихся с правилами обращения с газом сформировать у подрастающего поколения знания о правилах безопасного пользования газом в быту способствовать формированию у учащихся представлений ...
12948. Анализ воспитательного мероприятия на тему «Кто такой настоящий друг» 16.88 KB
  Анализ воспитательного мероприятия. Воспитательное мероприятие на тему Кто такой настоящий друг было проведено мной Силантьевой Екатериной Геннадьевной в 1А классе СОШ №4. Тема классного часа: Кто такой настоящий друг Форма проведения: конкурсная программа с э
12949. Психолого-педагогический анализ воспитательного дела 18.14 KB
  Психологопедагогический анализ воспитательного дела Школа: специализированная школа №43 Класс: 6Б Вид работы: классный час Дата: 16.04.2013 Тема: Вред от сигарет Проведен: Берстнев Д.С. Анализ Тема данного классного часа была включена в план воспитательн...
12950. Классный час «Навечно памятью дано» 56.5 KB
  КЛАССНЫЙ ЧАС НАВЕЧНО ПАМЯТЬЮ ДАНО Классный час Навечно памятью дано устный исторический журнал Цель: патриотическое воспитание школьников. Задачи: воспитывать любовь к Родине патриотизм чувство товарищества гордость за славные боевые традиции стра...