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

4 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

83934. ПОЧВЕННО-АГРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ТУНКИНСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИЯ 57.85 KB
  Тункинский район Республики Бурятия находится в юго-западной части Бурятии, в 40 км к западу от озера Байкал. На территории Тункинского района находится Тункинский национальный парк, границы парка совпадают с административными границами района.
83935. Договор международной купли-продажи товаров: понятие, особенности, правовое регулирование 191.5 KB
  Цель работы дать характеристику договора международной купли-продажи товаров, раскрыть его содержание и определить порядок разрешения коллизионных вопросов. Для достижения указанной цели решаются следующие задачи: проанализировать источники, регулирующие договор международной купли-продажи товаров...
83936. Разработка мероприятия направленного на улучшение финансового состояния ЗАО «Коноваловское» 546.5 KB
  Объектом исследования является Закрытое Акционерное Общество «Коноваловское», которое занимается выращиванием, переработкой, хранением и реализацией сельскохозяйственной продукции, оптовой торговлей зерном, продажей элитных семян зерновых культур.
83937. Регистр сдвига 2.96 MB
  Заданная схема представляет собой 4х-разрядный сдвиговый регистр. Запись и сдвиг происходит синхронно по сигналу C. Переключение режима записи и сдвига осуществляется сигналом E. Все переключения осуществляются по отрицательному фронту.
83938. Моделирование управляемого объекта 334 KB
  Для заданной замкнутой линейной системы управления с отрицательной обратной связью, состоящей из регулятора (Р) и управляемого объекта (УО), выбрать настроечные параметры ПИД-регулятора, обеспечивающие апериодический переходный процесс по каналам воздействия...
83939. ПСИХОЛОГИЧЕСКАЯ СПЕЦИФИКА ПРОЯВЛЕНИЯ ЭКЗИСТЕНЦИАЛЬНОЙ ТРЕВОЖНОСТИ В ПЕРИОД РАННЕЙ ЗРЕЛОСТИ 78.52 KB
  Понятие тревожности и страха. Человек в том числе совсем еще молодой может испытывать разного рода страхи фобии тревожные состояния однако по нашему мнению некоторые из них выступают в качестве индикаторов экзистенциальной тревожности которая зачастую по разным причинам неосознанна.
83940. Производственно-техническая инфраструктура предприятий: Методические указания 851.5 KB
  Задачей расчета является определение программы и объема работ по ТО и ремонту подвижного состава предприятия, расчета необходимого количества постов и линий, численности персонала, площади помещений. Взяв за основу исходные задания, а, также используя рекомендуемые нормативы...
83941. Изучение аппаратного и программного обеспечения персонального компьютера и создание презентации 670 KB
  Устройства хранения данных могут использовать различные физические принципы хранения информации магнитный оптический электронный в любых их сочетаниях. Характерной особенностью внешней памяти является то что ее устройства оперируют блоками информации но никак не байтами или словами как это позволяет оперативная память.
83942. СХОДСТВО И РАЗЛИЧИЕ В ОФОРМЛЕНИИ УЧЕТЕ КРЕДИТНОЙ ЛИНИИ И ОВЕРДРАФТА 64.67 KB
  Кредитная линия это особая форма кредитования которая позволяет предоставление кредита который предполагает выдачу кредита по частям а не сразу. При помощи кредита приобретаются товарно-материальные ценности различного рода машины механизмы покупаются населением товары с рассрочкой платежа.