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

10 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

22630. Рух тіл в інерціальних та неінерціальних системах відліку. Сили інерції. Коріолісове прискорення 75.5 KB
  Система відліку в якій прискорення матеріальної точки цілком обумовлено лише взаємодією її з іншими тілами а вільна матеріальна точка яка не підлягає дії ніяких інших тіл рухається відносно такої системи прямолінійно і рівномірно називається інерціальною системою відліку ІСВ. Твердження про те що такі системи відліку існують складає зміст 1ого закону Ньютона. Принцип відносності Галілея говорить про те що закони механіки не змінюють свого вигляду при переході від однієї системи відліку до іншої яка рухається рівномірно і прямолінійно....
22631. Закон руху матеріальних точок та твердого тіла 74 KB
  Запишемо другий закон Ньютона для матеріальної точки з даної системи: 1 де зовнішня сила що діє на іту м. Записавши 1 для кожної точки системи та просумувавши всі отриманні рівняння по і маємо: 2. Уведемо задає точкуцентр мас системи Центр мас рухається так ніби в ньому зосереджена вся маса системи. Повна кількість руху системи: = це математичне формулювання закону збереження імпульсу.
22632. Хвилі у пружному середовищі. Хвильове рівняння. Звукові хвилі 66 KB
  Хвилі у пружному середовищі. Звукові хвилі. Хвильовий процес характеризується фазовою швидкістю або швидкістю розповсюдження хвилі с груповою швидкістю або швидкістю розповсюдження хвильового пакету довжиною хвилі частотою або періодом коливань; між цими величинами існує простий звязок: . Довжина хвилі це відстань між частинками які коливаються з однаковою фазою.
22633. Рух ідеальної рідини. Рівняння Бернуллі 75 KB
  Рух ідеальної рідини. Ідеальна рідина внутрішнє тертя відсутнє сила тертя між окремими шарами рідини що тече рідина нестислива. Рівняння 1 для такої рідини має вигляд: Лінії потоку це лінії дотичні до яких в кожній точці співпадають за напрямом з вектором . При стаціонарному русі рідини її частинки при своєму русі не перетинають трубку потоку.
22634. Рух в’язкої рідини. Число Рейнольдса 39.5 KB
  Рух вязкої рідини. Розглянемо стаціонарну течію вязкої рідини в прямій горизонтальній трубі з постійним перерізом. Модуль сили внутрішнього тертя що прикладена до площини S яка лежить на границі між шарами:; або оскільки вісь z напрямлена вздовж радіусу η коефіцієнт вязкості залежить від природи і стану рідини. Виділимо з обєму рідини що тече циліндр радіусу r довжини l та запишемо умови його руху.
22635. Принцип найменшої дії та рівняння Лагранжа 80.5 KB
  Принцип найменшої дії та рівняння Лагранжа. функцією Лагранжа системи. Ці рівняння називаються рівняннями Лагранжа. Властивості функції Лагранжа: Якщо домножити функцію Лагранжа на деяку константу вигляд рівнянь руху не зміниться; Якщо система складається з двох не взаємодіючих частин A і B з функціями Лагранжа та то система описується функцією Лагранжа .
22636. Гамільтонова форма рівнянь руху класичної механіки 75.5 KB
  Тут величина являє собою енергію системи що виражена через координати і імпульси і називається функцією Гамільтона системи. Ці шукані рівняння в змінних і називаються рівняннями Гамільтона. Розглянемо повну похідну фції Гамільтона по часу . Підставимо сюди та з рівнянь Гамільтона.
22637. Основні положення і головні результати спеціальної теорії відносності 77 KB
  Ейнштейн побудував спеціальну теорію відносності на постулатах: фізичні закони формулюються однаково в усіх інерціальних системах відліку ІСВ; швидкість світла у вакуумі не залежить від руху джерела і є однаковою в усіх ІСВ. Якщо простір ізотропний і однорідний то виконується рівність де константа залежить від швидкості ІСВ. Для нерухомої другої ІСВ . Для оберненого перетворення перехід до першої ІСВ: .
22638. Основні закони термодинаміки. Статистичне означення ентропії 74.5 KB
  Функція що звязує тиск обєм і температуру фізично однорідної системи яка перебуває в термодинамічній рівновазі називається рівнянням стану. Другий закон ТД Не існує періодично діючого пристрою що виконував би роботу лише за рахунок відбору теплоти від одного і того ж джерела існує однозначна функція стану системи яка залишається постійною при адіабатичних процесах S. При рівноважних процессах зміна ентропії системи пов`язана з кількістю тепла що передається співвідношенням : Для адіабатичного циклічного процесу і тобто ...