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

19 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

82289. Особенности установления советской власти в Казахстане 32.05 KB
  Советская власть в Казахстане устанавливалась неравномерно. Советская власть мирным путем была установлена в южных и северных районах Казахстана вооруженным путем – в Оренбурге Семипалатинске Верном и других городах. В ноябре 1917 года атаман Дутов совершил контрреволюционный переворот и власть перешла Войсковому правительству таким же методом взяли бразды правления в свои руки Семиреченское войсковое правительство. 30 октября 1917 года была установлена советская власть в Перовске 1 ноября в результате ожесточенных боев в Ташкенте.
82290. События в Целинограде (Акмоле) 1979г. Уроки и последствия 29.56 KB
  Завершились отказом от идеи о немецкой автономии на территории КазССР. После упразднения в 1941 году немецкой автономии на Волге сотни тысяч немцев были переселены в Казахскую ССР. Со временем встал вопрос о восстановлении автономии немцев. Коркиным о предоставлении немецкому населению автономии в составе Казахстана.
82291. Причины и начало интервенции и гражданской войны в Казахстане. Образование фронтов в крае 31.04 KB
  Началом Гражданской войны является антисоветский мятеж Чехословацкого корпуса в мае 1918 года военнопленным солдатам которого Советское правительство разрешило вернуться домой. В ходе гражданской войны были образованы Восточный и Туркестанский фронты локальными фронтами являлись: Актюбинский Уральский Семиреченский. Яркой страницей гражданской войны является экспедиция А.
82292. Развитие промышленности в 70-80-е годы и ее сырьевая направленность 30.54 KB
  Быстрыми темпами развивалась легкая промышленность республики. В структуре экспортных поставок республики 97 приходилось на сырье. Состояние республики определялось не уровнем жизни населения полнотой и реальностью ее суверенных прав в Союзе ССР развитием духовной культуры а суммой капиталовложений тоннами добытой руды угля нефти и других ресурсов. Таким образом в экономике республики в 7080–е годы проявились все те деформации которые были характерны для народного хозяйства страны в целом.
82293. Экономическая политика в годы гражданской войны 30.88 KB
  Первыми мероприятиями советской власти в Казахстане стали: национализация крупной промышленности банков и транспорта весной 1918 года; возращение крестьянам 35 млн. Для Казахстана продразверстка стала настоящим бедствием: поголовье скота составило всего 545 в 1920 году по сравнению с 1913 годом Сокращение произошло с 299 млн. в 1913 году до 163 млн. голов в 1920; посевные площади с 42 млн.
82294. Развитие сельского хозяйства в сер.60-х-нач.80-х годы 31.31 KB
  Уравнительное распределение заработной платы снижала заинтересованность рабочих в результатах своего труда объемы производства и качество продукции. Наращивание производства сельскохозяйственных продуктов в республике проходило крайне неравномерно более высокие темпы прироста были достигнуты в девятой пятилетке – 3 в год. Неустойчивым было развитие зернового производства.
82295. Создание Киргизской (Казахской) АССР и КазССР 27.83 KB
  Казревком также занялся подготовкой Учредительного съезда Советов Казахстана. 5 декабря 1936 года VIII Чрезвычайный съезд Советов СССР принял новую Конституцию в составе которой было 11 союзных республик в том числе и КазССР.
82296. Международные связи Казахстана в сер.60-х-нач.80-х годов 35.09 KB
  Во внешней политике СССР основными задачами оставались: устранение угрозы распада социалистической системы ее сплочение в политическом военном и экономическом отношениях; нормализация отношений между Востоком и Западом сосуществование в сотрудничестве. Эта политика была особенно активна иногда перерастала в прямую интервенцию в отношении стран находившихся в непосредственной сфере влияния СССР например Афганистан. Этим в свою очередь объяснялось достижение военностратегического паритета СССР и США а также рост революционной...
82297. Казахстан в условиях НЭПа. Причины перехода и сущность 28.14 KB
  Предприятия ж дорожного автомобильного транспорта добывающей и обрабатывающей промышленности были переведены на хозрасчет. К 1928 году было завершено восстановление промышленности Казахстана. Из-за большой разницы цен на продукты с х низкие и промышленности высокие крестьяне перестали сдавать зерно государству.