69299

Особливості архітектури: UNIX і Linux

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

UNIX є прикладом досить простої архітектури ОС. Більша частина функціональності цієї системи міститься в ядрі, ядро спілкується із прикладними програмами за допомогою системних викликів. Базова структура класичного ядра UNIX зображена на...

Украинкский

2014-10-02

70 KB

17 чел.

Лекція № 3

Тема: Особливості архітектури: UNIX і Linux 

План

1. Базова архітектура UNIX

2. Архітектура Linux

Базова архітектура UNIX

UNIX є прикладом досить простої архітектури ОС. Більша частина функціональності цієї системи міститься в ядрі, ядро спілкується із прикладними програмами за допомогою системних викликів. Базова структура класичного ядра UNIX зображена на рис. 2.3.

Система складається із трьох основних компонентів: підсистеми керування процесами, файлової підсистеми та підсистеми введення-виведення.

Підсистема керування процесами контролює створення та вилучення процесів, розподілення системних ресурсів між ними, міжпроцесову взаємодію, керування пам'яттю.

Файлова підсистема забезпечує єдиний інтерфейс доступу до даних, розташованих на дискових накопичувачах, і до периферійних пристроїв. Такий інтерфейс є однією з найважливіших особливостей UNIX. Одні й ті самі системні виклики використовують як для обміну даними із диском, так і для виведення на термінал або принтер (програма працює із принтером так само, як із файлом). При цьому файлова система переадресовує запити відповідним модулям підсистеми введення-виведення, а ті — безпосередньо периферійним пристроям. Крім того, файлова підсистема контролює права доступу до файлів, які значною мірою визначають привілеї користувача в системі.

Підсистема введення-виведення виконує запити файлової підсистеми, взаємодіючи з драйверами пристроїв. В UNIX розрізняють два типи пристроїв: символьні (наприклад, принтер) і блокові (наприклад, жорсткий диск). Основна відмінність між ними полягає в тому, що блоковий пристрій допускає прямий

доступ. Для підвищення продуктивності роботи із блоковими пристроями використовують буферний кеш — ділянку пам'яті, у якій зберігаються дані, зчитані з диска останніми. Під час наступних звертань до цих даних вони можуть бути отримані з кеша.

Сучасні UNIX-системи дещо відрізняються за своєю архітектурою.

У них виділено окремий менеджер пам'яті, відповідальний за підтримку віртуальної пам'яті.

Стандартом для реалізації інтерфейсу файлової системи є віртуальна файлова система, що абстрагує цей інтерфейс і дає змогу організувати підтримку різних типів файлових систем.

У цих системах підтримується багатопроцесорна обробка, а також багатопотоковість.

Базові архітектурні рішення, такі як доступ до всіх пристроїв введення-виведення через інтерфейс файлової системи або організація системних викликів, залишаються незмінними в усіх реалізаціях UNIX.

Архітектура Linux

В ОС Linux можна виділити три основні частини:

4- ядро, яке реалізує основні функції ОС (керування процесами, пам'яттю, введенням-виведенням тощо);

системні бібліотеки, що визначають стандартний набір функцій для використання у застосуваннях (виконання таких функцій не потребує переходу в привілейований режим);

системні утиліти (прикладні програми, які виконують спеціалізовані задачі).

Призначення ядра Linux і його особливості

Linux реалізує технологію монолітного ядра. Весь код і структури даних ядра перебувають в одному адресному просторі. У ядрі можна виділити кілька функціональних компонентів [63].

Планувальник процесів — відповідає за реалізацію багатозадачності в системі (обробка переривань, робота з таймером, створення і завершення процесів, перемикання контексту).

Менеджер пам'яті — виділяє окремий адресний простір для кожного процесу і реалізує підтримку віртуальної пам'яті.

Віртуальна файлова система — надає універсальний інтерфейс взаємодії з різними файловими системами та пристроями введення-виведення.

Драйвери пристроїв — забезпечують безпосередню роботу з периферійними пристроями. Доступ до них здійснюється через інтерфейс віртуальної файлової системи.

Мережний інтерфейс — забезпечує доступ до реалізації мережних протоколів і драйверів мережних пристроїв.

♦  Підсистема міжпроцесової взаємодії — пропонує механізми, які дають змогу різним процесам у системі обмінюватися даними між собою. Деякі із цих підсистем є логічними компонентами системи, вони завантажуються у пам'ять разом із ядром і залишаються там постійно. Компоненти інших підсистем (наприклад, драйвери пристроїв) вигідно реалізовувати так, щоб їхній код міг завантажуватися у пам'ять на вимогу. Для розв'язання цього завдання Linux підтримує концепцію модулів ядра.

Модулі ядра

Ядро Linux дає можливість на вимогу завантажувати у пам'ять і вивантажувати з неї окремі секції коду. Такі секції називають модулями ядра (kernel modules) [ЗО] і виконують у привілейованому режимі. Модулі ядра надають низку переваг.

Код модулів може завантажуватися в пам'ять у процесі роботи системи, що спрощує налагодження компонентів ядра, насамперед драйверів.

З'являється можливість змінювати набір компонентів ядра під час виконання: ті з них, які в цей момент не використовуються, можна не завантажувати у пам'ять.

Модулі є винятком із правила, за яким код, що розширює функції ядра, відповідно до ліцензії Linux має бути відкритим. Це дає змогу виробникам апаратного забезпечення розробляти драйвери під Linux, навіть якщо не заплановано надавати доступ до їхнього вихідного коду.

Підтримка модулів у Linux складається із трьох компонентів.

Засоби керування модулями дають можливість завантажувати модулі у пам'ять і здійснювати обмін даними між модулями та іншою частиною ядра.

Засоби реєстрації драйверів дозволяють модулям повідомляти іншу частину ядра про те, що новий драйвер став доступним.

Засоби розв'язання конфліктів дають змогу драйверам пристроїв резервувати апаратні ресурси і захищати їх від випадкового використання іншими драйверами.

Один модуль може зареєструвати кілька драйверів, якщо це потрібно (наприклад, для двох різних механізмів доступу до пристрою).

Модулі можуть бути завантажені заздалегідь — під час старту системи (завантажувальні модулі) або у процесі виконання програми, яка викликає їхні функції. Після завантаження код модуля перебуває в тому ж самому адресному просторі, що й інший код ядра. Помилка в модулі є критичною для системи.

Особливості системних бібліотек

Системні бібліотеки Linux є динамічними бібліотеками, котрі завантажуються у пам'ять тільки тоді, коли у них виникає потреба. Вони виконують ряд функцій:

реалізацію пакувальників системних викликів;

розширення функціональності системних викликів (до таких бібліотек належить бібліотека введення-виведення мови С, яка реалізує на основі системних викликів такі функції, як printfO);

+ реалізацію службових функцій режиму користувача (сортування, функції обробки рядків тощо).

Застосування користувача

Застосування користувача в Linux використовують функції із системних бібліотек і через них взаємодіють із ядром за допомогою системних викликів.

Питання для самоконтролю:

  1.  Базова архітектура UNIX.
  2.  Підсистема керування процесами. Файлова підсистема. Підсистема введення-виведення.
  3.  Складові частини архітектури Linux.
  4.  Призначення ядра Linux.
  5.  Переваги модулів ядра.
  6.  Підтримка модулів у Linux.
  7.  Особливості системних бібліотек.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84712. Понятие «дипломатические отношения». Установление дипломатических отношений как следствие международно-правового признания государств 15.77 KB
  Установление дипломатических отношений как следствие международноправового признания государств. В одной из первых статей ООН говориться об установлении добрососедских отношений. Дипломатические отношения помогают определить форму таких добрососедских отношений. Так в Испании после переворота Франко Советская Россия не признала его и дипломатических отношений не было но реально они были.
84713. Процедура установления и прекращения дипломатических отношений 13.74 KB
  Такие отношения именуемые дипломатическими устанавливаются с их взаимного согласия и осуществляются в соответствии с нормами международного права и утвердившейся практикой международного общения. Так признание государства деюре подразумевается в случае официального выражения признающей стороной желания установить с ним дипломатические отношения. Однако отсутствие признания деюре или дефакто не означает что между обоими государствами исключаются вообще какиелибо отношения. Такие фактические отношения нередко имеют место в течение...
84714. Категории дипломатических представительств и классы их глав 15.1 KB
  дипломатические представительства и консульские учреждения России ее представительства при международных межгосударственных межправительственных организациях представительства министерства на территории РФ а также подведомственные министерству предприятия учреждения и организации созданные для обеспечения его деятельности на территории России. Постоянное представительство РФ при международной организации является государственным органом внешних сношений осуществляющим представительство РФ в соответствующей международной организации....
84715. Дипломатический корпус в узком и широком понимании. Дипломатическое старшинство. Дуайен 13.53 KB
  Дуайен. Возглавляет список дуайен затем сотрудники его посольства и так далее. Возглавляет дипломатический корпус старшина или дуайен. В некоторых странах католических в соответствии с установившимся обычаем папский нунций является дуайеном независимо от времени его аккредитования.
84716. Функции дипломатических представительств зафиксированные в Венской конвенции о дипломатических сношения 15.17 KB
  Конвенция впитала в себя все то рациональное что содержалось в подобного рода документах регулировавших отношения между государствами в прошлом а также правила и обычаи утвердившиеся в межгосударственном взаимодействии в результате многовековой дипломатической практики. Венская Конвенция 1961 г. Венская конвенция 1961 г. подразделяет глав дипломатических представительств на: класс послов и нунциев аккредитуемых при главах государств; к этому классу конвенция относит также других глав представительств эквивалентного ранга; класс...
84717. Дипломатические привилегии и иммунитеты 17.1 KB
  В наше время привилегии и иммунитеты которыми пользуются дипломатические представительства их главы и сотрудники регулируются как двусторонними соглашениями так и многосторонними конвенциями. Конвенция устанавливает что помещения представительства неприкосновенны. Власти государства пребывания не могут вступать в эти помещения иначе как с согласия главы представительства. При этом под помещениями представительства понимаются здания или часть зданий используемых для целей представительства включая резиденцию главы представительства и...
84718. Порядок назначения глав дипломатических представительств 14.54 KB
  Россия обменивается дипломатическими представительствами с другими государствами в настоящее время только на уровне посольств. Если глава диппредставительства назначается впервые после установления между государствами дипотношений то запрос агремана может быть сделан в третьей стране через диппредставителей обеих договаривающихся сторон. Только после получения агремана может быть издан официальный акт аккредитующей страны о назначении обычно указом главы государства о чем публикуется сообщение в официальном печатном органе. Конвенция...
84719. Дипломатические должности. Аккредитация дипломатических сотрудников представительства. Категории персонала представительств 14.18 KB
  Особую категорию дипломатических кадров представляют аккредитируемые при посольстве военные атташе – представители военного ведомства назначившей их страны при военном ведомстве страны пребывания; они исполняют функции советников посла по военным вопросам. Посольство – высший класс зарубежного органа внешних сношений осуществляющий представительство РФ в стране пребывания. Дипломатический персонал посольства: Чрезвычайный и Полномочный Посол – Возглавляет посольство и является высшим представителем России в стране пребывания....
84720. Деятельность посольства по обеспечению национальных интересов России и реализация ее внешнеполитического курса в стране пребывания 18.65 KB
  Вместе с тем их деятельность определяется собственными законодательными актами Российской Федерации к которым относятся Конституция Российской Федерации утвержденные президентом России Положения о Министерстве иностранных дел о Посольстве и о Чрезвычайном и Полномочном После Российской Федерации. Эти документы – основа для конструирования российских дипломатических представительств для развития положений Венской конвенции применительно к государственной специфике и интересам Российской Федерации. Посольство – высший класс...