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

3215. РЕДУКТОР КОСОЗУБИЙ ОДНОСТУПІНЧАТИЙ 550 KB
  Редуктором називають механізм, який складається з зубчастих або черв\'ячних передач, виконаний у вигляді окремого агрегату і служить для передачі обертання від вала двигуна до вала робочої машини. Кінематична схема приводу може включати, окрім редуктора, відкриті зубчасті передачі, ланцюгові або пасові передачі.
3216. Проектирование привода ленточного транспортера для конвейера 1002 KB
  Задание на курсовой проект. Кинематический расчет привода. Выбор электродвигателя. Мощность на выходе. Требуемая мощность электродвигателя. Частота вращения приводного вала редуктора. Определение обще...
3217. Совершенствование организации оценки и аттестации персонала на примере районного отдела народного образования г. Данкова Липецкой области 1.64 MB
  Введение Глава 1. Теоретико – методологические основы организации оценки и аттестации персонала 1.1. Деловая оценка персонала: подходы, понятие, виды, этапы 1.2. Методы деловой оценки персонала 1.3. Организация процесса аттестации персонала в г...
3218. Проектирование детали Вал-шестерня и ее технологические характеристики 959 KB
  Введение. Машиностроение – важнейшая отрасль промышленности. Его продукция – машины различного назначения поставляются всем отраслям народного хозяйства. Рост промышленности в значительной степени зависит от уровня развития машиностроения....
3219. Монтаж санитарно-технических кабин. Кладка столбов и простенков. Сварка швов в нижнем положение. 696.22 KB
  Монтаж санитарно-технических кабин. 1. Общая характеристика санитарно-технической кабины. В настоящее время в связи с массовым строительством крупноблочных и крупнопанельных зданий решают по-новому вопросы индустриализации монтажа санитарно-технич...
3220. Проект девятиэтажного жилого дома с подвалом 48.34 KB
  Введение В данной курсовой работе разработан проект девятиэтажного жилого дома с подвалом. Проект разработан в соответствии с заданием на проектирование. Объемно-планировочное конструкционное решение здания соответствует требованиям нормативной доку...
3221. Технологические харатеристики детали 532 KB
  Данная деталь называется «вал-шестерня» и служит для установки сопрягаемых деталей и передачи вращающего момента. Вал устанавливается в корпусе редуктора с помощью двух подшипников. Вращение передается через шпонку.
3222. Проектирование кулисного механизма 306.5 KB
  Одной из ведущих отраслей современной техники является машиностроение. По уровню развития машиностроения судят о развитии производительных сил в целом. Прогресс машиностроения в свою очередь определяется созданием новых высокопроизвод...
3223. Теория информационных процессов и систем 393 KB
  Теория информационных процессов и систем : методические указания к лабораторным работам № 1–4 для студентов специальности 071900 «Информационные системы и технологии» сост. А. В. Левенец. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та, 2...