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

76211. ТУРИЗМ В ГЕРМАНИИ 2.05 MB
  История туризма в Германии уходит корнями в посещения городов и ландшафтов с целями обучения и отдыха. С конца восемнадцатого века, такие города как Дрезден, Мюнхен, Веймар и Берлин были основными остановками на европейском Гран-туре. В частности, курорты на Северном и Балтийском морях и в долине...
76212. Стан здоров’я людей в Україні 65.42 KB
  Протягом багатовікової історії людства на різних етапах розвитку суспільства вивченню проблем здоров’я завжди приділялася велика увага. Представники різних наук та фахів робили спроби проникнути в таємниці феномена здоров’я визначити його сутність для того щоб навчитися вміло керувати ним...
76213. Охорона рослинного й тваринного світу 19.88 KB
  Охорона флори. Рослинний світ, або флора, дуже чутливо реагує на зміни екологічних факторів і є чітким показником обсягу антропогенного впливу на природу. Рослини — найбільш беззахисні перед діяльністю людини, й з урахуванням сучасного стану біосфери їх охорона...
76214. Современное состояние экономики в Германии 40.02 KB
  Актуальность данной работы выражена в том, что Германия на сегодняшний день, одна из немногих стран Европы, которая притягивает к себе взгляды экономистов, политиков своими коренными изменениями, смелыми решениями в области экономике и политике.
76215. Файлові менеджери, програма total comander 30.3 KB
  Файловий менеджер (англ. file manager) – комп’ютерна програма, що надає інтерфейс користувача для роботи з файловою системою й файлами. Такі програми ще називаються файловими оболонками операційних систем.
76216. Невербальные средства общения 37.43 KB
  Невербальная коммуникация общение это сторона общения состоящая в обмене информацией между индивидами без помощи речевых и языковых средств представленных в какой-либо знаковой форме. Такие средства невербального общения как: мимика жесты поза интонация и др.
76217. Препараты воздействующие на кожу головы и волос 19.01 KB
  Волос имеет сложную структуру состоящую главным образом из кератина. Структура волоса его сила естественный цвет и скорость роста зависит от генетических факторов климатических воздействий и здоровья организма в целом.
76218. Організація забезпечення життєдіяльності населення в умовах надзвичайних ситуацій в осередках ураження 23.67 KB
  Щодня в світі фіксуються тисячі подій при яких відбувається порушення нормальних умов життя і діяльності людей і які можуть призвести або призводять до загибелі людей та або до значних матеріальних втрат.
76219. Договор мены 17.17 KB
  Однако законодательное закрепление договор мены получил гораздо позднее. В современном гражданском обороте договор мены имеет ограниченное применение. Выделение договора мены в качестве самостоятельного вида договора исторически сложилось и в российском праве.