Микроядерная архитектура ос
В привилегированном режиме остается работать только очень небольшая часть ОС, называемая микроядром
Микроядро защищено от остальных частей ОС и приложений
• В микроядро входят машинно-зависимые модули, а также модули для выполнения базовых функций ядра по управлению основными ресурсами, обработке прерываний и пересылке сообщений
• Набор функций микроядра обычно соответствует функциям слоя базовых механизмов обычного ядра.
Многие менеджеры ресурсов файловых систем, подсистемы управления виртуальной памятью и процессами, менеджер безопасности становятся модулями, работающими в пользовательском режиме
• Такие модули называются серверами
• Для реализации микроядерной архитектуры необходимым условием является наличие в ОС удобного способа вызова процедур одного процесса из другого
• Микроядро обязано поддерживать этот механизм
Обращения к системным функциям ОС, оформленным в виде серверов, производятся следующим образом:
• Клиент (прикладная программа, либо другой компонент ОС) запрашивает выполнение некоторой функции у соответствующего сервера, посылая ему сообщение
• Микроядро передает сообщение серверу
• Сервер выполняет запрошенную операцию
• Микроядро возвращает результаты клиенту с помощью другого сообщения
• Недостаток микроядерной архитектуры – некоторое снижение производительности
системы • Высокая степень переносимости микроядерных систем обусловлена изолированностью всего машинно-зависимого код в микроядре
• Небольшой набор строго определенных интерфейсов микроядре открывает путь к развитию ОС и позволяет ей иметь высокой степенью расширяемости
• Серверы выполняются в виде процесса с изолированными ВАП, повышая надежность ОС
• Процессы не могут вмешиваться в деятельность микроядра, что позволяет обеспечить безопасность ОС
• Многие разработчики ОС не придерживаются жесткого принципа минимизации функций микроядра для повышения производительности
Структура типовой unix-подобной ос
Обобщенную архитектуру ОС UNIX принято изображать в виде «пирамиды».
Ядро
UNIX-систем также имеет многослойную
структуру, хотя и является монолитным
Одним из наиболее удачных клонов ОС UNIX стала к настоящему времени ОС Linux
Структура ос семейства Windows nt
Windows NT состоит из двух главных частей: ядра, работающего в привилегированном режиме, и
подсистем окружения в режиме пользователя.
• Над аппаратурой располагаются два частично машинно-зависимых слоя: HAL и NTOS
• HAL – это уровень аппаратных абстракций
• HAL предоставляет остальной системе абстрактные аппаратные устройства, свободные от индивидуальных отличительных черт реальной аппаратуры
• К службам уровня HAL относятся: доступ к внутренним регистрам устройств, адресация устройств, не зависящих от шины, обработка прерываний, операции прямого доступа к памяти (DMA), управление таймерами и системными часами, интерфейс с BIOS и др.
Над уровнем HAL находится NTOS, состоящий из двух подуровней: ядро (гибридного типа) и исполнительная система
• Непосредственно над HAL располагается исполнительная система ядра
• Исполнительный уровень содержит несколько различных компонентов, все они работают при помощи абстракций управления, предоставляемых уровнем ядра
• Многие компоненты в терминах MS -диспетчеры
• Ядро предназначено для обеспечения аппаратной независимости и переносимости остальных частей ОС
• Ядро обеспечивает переключение процессов и потоков
• Ядро предоставляет внутренним объектам ОС низкоуровневую поддержку • Объекты управления – это объекты, управляющие системой: процессы и потоки, прерывания и два объекта, которых нет в других системах:
– DPC – отложенный вызов процедуры
– APC – асинхронный вызов процедуры
• Объекты DPC (Deferred Procedure Call) используются для уменьшения времени выполнения Interrupt Service Routine —процедуры обработки прерываний, которые запускаются по прерыванию от
устройства
• АРС пользовательского режима можно использовать для доставки уведомлений о завершении ввода-вывода в пользовательском режиме тому потоку, который инициировал ввод-вывод
• АРС пользовательского режима вызывает назначенную приложением процедуру пользовательского режима, но только тогда, когда целевой поток заблокирован в ядре и помечен как готовый принимать АРС
• К объектам синхронизации относятся те объекты, изменения состояния которых могут ожидать процессы. К ним относятся семафоры, мьютексы, события, таймеры и др.
(и т.д. лекция 2, стр. 30- 40…)