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

13604. Политология. «Государство растит людей: прекрасное - хороших, противоположное - дурных» 18.41 KB
  Политология. Государство растит людей: прекрасное хороших противоположное дурных. Сократ Тема выбранная мною раскрывает проблему того как государственные порядки устои влияют на формирование нравственных качеств. Человечество издревле волновал вопрос
13605. Лозунг истинной демократии - не «Пусть это сделает правительство», а «Дайте нам сделать это самим» 32.5 KB
  Лозунг истинной демократии не Пусть это сделает правительство а Дайте нам сделать это самим. Д. Эйзенхауэр Выбранное мною высказывание затрагивает вопрос о сущности демократии задачах демократического правления. Данная тема крайне актуальна в современном
13606. Деспотизм не может существовать в стране до тех пор, пока не уничтожена свобода прессы, подобно тому, как ночь не может наступить, пока солнце не зашло 34 KB
  Деспотизм не может существовать в стране до тех пор пока не уничтожена свобода прессы подобно тому как ночь не может наступить пока солнце не зашло. Ч. Колтон Выбранное мною высказывание роль и значение свободы печати как гарантию сохранения демократических поря...
13607. Истинное равенство граждан состоит в том, чтобы они все одинаково были подчинены законам 13.62 KB
  Истинное равенство граждан состоит в том чтобы они все одинаково были подчинены законам. Ж. Даламбер Выбранное мною высказывание связано с пониманием сущности и значимости равенства граждан перед законом. Данный вопрос представляется мне чрезвычайно значимым и акт...
13608. Лозунг демократии – не «Пусть это сделает государство», а «Дайте нам сделать это самим» 18.07 KB
  Лозунг демократии – не Пусть это сделает государство а Дайте нам сделать это самим. Д. Эйзенххауэр Выбранное мною высказывание посвящено роли народа при демократическом режиме проблема политической деятельности и активности принятой в обществе и ее соотнесен...
13609. Швебель В. О будущем демократического общества не нужно узнавать по звездам, его можно прочесть на лицах избирателей 35.5 KB
  О будущем демократического общества не нужно узнавать по звездам его можно прочесть на лицах избирателей. В. Швебель Выбранное мною высказывание связано с проблемой роли избирателей в демократическом обществе. Данная тема крайне актуальна в современном мире а особ...
13610. Политика слишком серьезное дело, чтобы ей занимались одни политики 14.87 KB
  Политика слишком серьезное дело чтобы ей занимались одни политики. Шарль де Голль Выбранное мною высказывание посвящено вопросу о том кто и в какой мере должен заниматься политикой в стране: только ли это дело политиков или всех граждан в целом Данная проблема явля
13611. Политика, по существу, это власть: способность достичь желаемого результата какими бы то ни было средствами 13.64 KB
  Политика по существу это власть: способность достичь желаемого результата какими бы то ни было средствами. Э. Хейвуд Выбранное мною высказывание посвящено проблеме возможности использования определенных средств и методов для осуществления и удержания политичес
13612. Политическая партия – это союз людей, которые соединились для того, чтобы добиться нужных им всем законов 28.5 KB
  Политическая партия – это союз людей которые соединились для того чтобы добиться нужных им всем законов. И. Ильин Выбранное мною высказывание касается проблемы сущности значения политических партий и их роли в обществе. История партий в РФ насчитывает всего неск