- •Введение
- •Глава 1. Операционная система как управляющее программное обеспечение
- •1.1. Понятие операционной системы
- •1.6. Семейства операционных систем
- •1.7. Место операционных систем среди программного обеспечения эвм
- •1.8. Классификация операционных систем
- •1.9. Принципы построения операционных систем
- •1.10. Переносимость ос
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Архитектура ос
- •2.1. Архитектура на базе ядра в привилегированном режиме
- •2.2. Микроядерная архитектура
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 3. Файловая система
- •3.1. Назначение файловой системы
- •3.2. Имена и типы файлов
- •3.3. Логическая организация файлов
- •3.4. Физическая организация файлов
- •3.5. Модели и архитектуры файловых систем
- •Контрольные вопросы
- •4.1.2. Драйверы устройств
- •4.1.3. Независимый от устройств слой операционной системы
- •4.1.4. Пользовательский слой программного обеспечения
- •4.2. Управление вводом-выводом
- •4.2.1. Физическая организация устройств ввода-вывода
- •4.2.2. Организация программного обеспечения ввода-вывода
- •4.3. Мультипроцессорная обработка
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5. Управление процессами в эвм
- •5.1. Состояние процессов
- •5.2. Контекст и дескриптор процесса
- •5.3. Алгоритмы планирования процессов
- •5.4. Операции над процессами
- •5.5. Многозадачность и многонитевость
- •5.6. Тупиковые ситуации и их предотвращение
- •5.8. Приоритеты в вычислительных системах
- •5.9. Диспетчеризация процессов
- •Контрольные вопросы к главе 5
- •Глава 6. Управление ресурсами вычислительных систем
- •6.1. Типы адресов
- •6.2. Методы управления памятью
- •6.3. Буферизация
- •6.4. Организация виртуальной памяти
- •6.5. Защита и блокировка памяти
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7. Сетевые операционные системы
- •7.1. Структура сетевой операционной системы
- •7.2. Одноранговые сетевые ос и ос с выделенными серверами
- •7.3. Ос для рабочих групп и ос для сетей масштаба предприятия
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8. Microsoft Windows
- •8.1. Семейство ос компании Microsoft.
- •8.2. Семейство ос для карманных компьютеров.
- •8.3. Рыночная доля Windows
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
2.2. Микроядерная архитектура
В привилегированном режиме работает только небольшая часть ОС - микроядро, защищенное от остальных частей ОС приложений.
В состав функций микроядра включаются те функции ОС, которые трудно или невозможно выполнить в пространстве пользователя. В соответствии с рис. 5.3 это функции слоя базовых механизмов обычного ядра и ниже. Остальные, высокоуровневые функции ядра оформляются в виде приложений, работающих в пользовательском режиме. Соотношение классической и микроядерной архитектур приведено на (рис.4).
Рис.4. Перенос функций ядра в пользовательское пространство: а - классическая архитектура, б - микроядерная архитектура
Однозначного решения о переносе в пользовательский режим тех или иных системных функций не существует. В общем случае как пользовательские приложения оформляются многие менеджеры ресурсов.
По определению, основным назначением такого приложения является обслуживание запросов других приложений (создание процесса, выделение памяти, проверка прав доступа и т.д.). Поэтому менеджеры ресурсов, вынесенные в пользовательский режим, называются серверами ОС. Одной из главных задач микроядра является поддержка взаимодействия серверов. Механизм обращения к функциям ОС с микроядерной архитектурой изображен на (рис. 5).
Клиент (прикладная программа либо другой компонент ОС) посылает соответствующему серверу сообщение-запрос на выполнение некоторой функции. Непосредственная передача этого сообщения серверу невозможна, так как каждое приложение работает в своем адресном пространстве. В качестве посредника выступает микроядро, выполняющееся в привилегированном режиме и имеющее доступ к адресным пространствам всех приложений. Микроядро передает сообщение нужному серверу, сервер выполняет запрошенную операцию и результат, снова через посредство микроядра, возвращается клиенту с помощью другого сообщения.
Такая схема обработки запроса соответствует модели клиент-сервер, где микроядро выполняет роль транспортных средств.
Микроядерная архитектура используется, в частности, в некоторых вариантах ОС Unix и частично - в ОС Windows NT.
Преимущества и недостатки микроядерной архитектуры
ОС, основанные на концепции микроядра, в высокой степени удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к современным ОС: обладают переносимостью, расширяемостью, надежностью, подходят для поддержки распределенных вычислений.
Основным недостатком микроядерной архитектуры является снижение производительности по сравнению с классическим вариантом. Так, при классической организации выполнение системного вызова требует двух переключений режимов «привилегированный - пользовательский», а при микроядерной - четырех (см. рис. 5). При обращении к часто используемым функциям работа приложений существенно замедляется. По этой причине микроядерный подход не получил широкого распространения.
Основная проблема при использовании микроядерного подхода - что включать в микроядро, а что - выносить в пользовательское пространство. В результате ОС с такой архитектурой образуют некоторый спектр, на одном краю которого находятся системы с минимально возможным микроядром, состоящим только из средств передачи сообщений, а на другом - системы, в которых микроядро выполняет достаточно большой объем функций. Примером ОС второго типа является Windows NT, где с целью повышения производительности разработчики отклонились от микроядерной архитектуры и часто используемые функции графического интерфейса перенесли в ядро.