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

44226. Психологическая реабилитация женщин после развода 2.94 MB
  Изучить особенности состояния женщин 25 – 32 летнего возраста после развода. Выявить особенности реакции на фрустрации, уровни тревоги и депрессии, а так же состояние самооценки женщин после развода. Определить степень потребности их в психологической реабилитации, и на основе изученного теоретического и практического материала внести коррективы в предложенные ранее программы помощи и реабилитации женщин после развода.
44227. Автоматизована система керування АСК «Радіомайстерня. Ведення обліку радіодеталей» 1.88 MB
  При цьому ємність магнітних стрічок була досить великою але за своєю фізичною природою вони забезпечували послідовний доступ до даних. Магнітні барабани надавали можливість довільного доступу до даних але були обмеженого розміру. До цього кожна прикладна програма яка потребувала зберігання даних у зовнішній пам’яті сама визначала положення кожної порції даних на магнітній стрічці або барабані і виконувала обміни між оперативною та зовнішньою пам’яттю за допомогою програмноапаратних засобів низького рівня. Крім того кожній прикладній...
44228. Операційна система Windows на прикладі сучасних систем 3.92 MB
  Працює в багатозадачному режимі. Використовує процесну форму (паралельно виконується кілька програм) та потокову форму (паралельно виконуються різні частини однієї програми). При одному процесорі багатозадачний режим реалізується так: попрацювавши якийсь час, задача у Windows 98 автоматично розвантажується і керування передається наступній задачі. При перебоях під час розв'язування задачі її можна зняти без розвантаження всієї системи
44229. Товарознавство та торгівельне підприємництво. Методичні вказівки 584.5 KB
  Методичні вказівки містять загальні рекомендації щодо написання бакалаврської роботи тематику робіт загальні вимоги до написання оформлення та виконання окремих розділів. Організація виконання випускної бакалаврської роботи Керівництво бакалаврськими випускними роботами Напрямки і теми бакалаврських випускних робіт Структура і зміст випускної бакалаврської роботи. Структура бакалаврської випускної роботи
44230. Обоснование эффективности расширения деятельности ООО «ДЕЛАН» 624.5 KB
  Сущность и основные показатели экономической эффективности деятельности предприятия Сущность и критерии экономической эффективности деятельности предприятия Показатели эффективности деятельности и факторы влияющие на эффективность предприятия Пути повышения эффективности деятельности предприятия
44231. Формирование стратегии городского маркетинга (на примере города Омска) 3.85 MB
  Специалисты, относящиеся к первой группе, понимают маркетинг как сугубо экономическую процедуру, сводящуюся к рекламе города. Они вкладывают в понятие маркетинга следующее: «…маркетинг города направлен на оптимизацию соотношения между городскими функциями (услугами) и спросом на них населения, компаний, туристов и других посетителей города»
44232. РАО как организационно-правовая форма реализации и защиты авторских и смежных прав 388.5 KB
  Изучение проблемы защиты интеллектуальной собственности, в частности авторских и смежных прав, начинается с определения понятия и перечисления авторских и смежных прав в соответствии с законодательством Российской Федерации. В этой же главе даётся краткая характеристика этих прав
44233. Проблема организации труда персонала на предприятии ООО «Агрокомплекс» 1.45 MB
  Теория и практика хозяйствования показали, что в наибольшей степени этим требованиям соответствуют такие формы и методы организации труда, которые усиливают роль человека в принятии решений, роль высокоэффективных рабочих групп в решении сложных производственных вопросов, повышая при этом значение самоорганизации работника в трудовом процессе
44234. Комплексное исследование таможенной процедуры реимпорта 328 KB
  Емкость российского рынка огромна что особенно привлекает иностранные торговые организации которые заинтересованы в поставках своих товаров на этот рынок. Теоретическая категория применение таможенных процедур определяет принципиальную возможность лиц быть участниками таможенных правоотношений а правовой статус товаров помещенных в определенную таможенную процедуру очерчивает границы возможных прав и обязанностей хозяйствующего субъекта. Таможенные процедуры заявляемые при декларировании товаров Товары перемещаемые...