Требования к современным операционным системам.
Главные требование к ОС
- выполнение ею своих функций эффективного управления ресурсами и
- обеспечение удобного интерфейса для пользователей и прикладных программ.
От современных ОС ожидается:
- мультипрограммная обработка
- виртуальная память
- свопинг
- многооконный ГАЙ
Это все требования ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ полноты.
Но кроме этого есть еще ЭКПЛУАТАЦИОННЫЕ требования
Расширяемость.
Ось живет десятки лет, а новые устройства появляются ежедневно. Ось должна легко расширяться поддержкой новых сетевых технологий, новых внешних устройств.
Достигается это за счет модульной структуры ОС, где ОС делится на набор изолированных модулей, взаимодействующих исключительно через функциональный интерфейс (инкапсуляция, короче).
Переносимость.
Иначе – многоплатформенность. ОС должна безболезненно переноситься с одного железа на другое, с проца одного типа- на другой, с одной аппаратной платформы (с одной архитектурой) – на другую с совсем другой архитектурой.
Совместимость.
ОС должна поддерживать работу привычных для пользователя другой системы приложений.
Надежность и отказоустойчивость
Действия ОС должны быть предсказуемыми
Приложения не должны иметь возможности причинять вред ОС
ОС должна поддерживать аппаратные средства обеспечения отказоустойчивости (дисковые массивы, бесперебойники)
Все это зависит от качества архитектуры ОС и отлаженности ее кода
Безопасность ОС
- Защита от несанкционированного доступа:
* аутентификация – определение легальности юзеров
* авторизация – предоставление легальным юзерам разных прав доступа к ресурсам
* аудит – фиксация всех подозрительных событий
- Для сетевых ОС – защита данных, передаваемых по сети.
Производительность
ОС должна по максимуму использовать производительность железа, на котором она стоит.
Базовая архитектура операционной системы. Понятие ядра системы. Классификация операционных систем в зависимости от особенностей архитектуры ядра.
Intel и Интел-совместимые процессоры обеспечивают несколько режимов исполнения кода, а именно 4. Эти режимы можно представить в виде колец защиты, и по ним строится система разграничения доступа:
3
2
1
0
0 – любые команды процессора
Все команды, кроме некоторых
Еще ограничения
Лишь ограниченный набор команд (не дает изменить важные параметры системы)
На самом деле сейчас используются только два режима: 0 и 3.
Итак, ЯДРО – это код, исполняемый в режиме 0.
А пользовательские программы исполняются в режиме 3.
Архитектуру ОС, основанную на привилегированном ядре и приложениях, выполняемых в пользовательском режиме, называют базовой или классической.
В классической архитектуре модули ОС делятся на 2 группы:
(Модуль – это программа или ее часть, которая имеет логическое обособление и свою функцию и может быть загружена/выгружена в память в процессе работы. Часто представлена в виде отдельного файла или динамически подгружаемой библиотеки).
- модули, выполняющие основные ф-и ОС – ЯДРО
* управление процессами
* памятью
* файлами
* устройствами ввода-вывода и тд
Эти модули нужны часто и должны работать быстро, т.к. определяют производительность системы в целом. Поэтому они резидентны, т.е постоянно находятся в оперативной памяти.
- модули, выполняющие вспомогательные ф-и – обычно транзитны.
Это:
- утилиты – проги, решающие отдельные задачи управления и сопровождения комп системы (сжатие, дефрагментация, форматирование дисков, подготовка данных - блокнот)
- либы процедур и функций (математических ф-й, либа ввода-вывода)
- проги, предоставляющие юзеру доп услуги (игры, калькулятор)
- системные обрабатывающие проги (текстовые и графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики);
Вспомогательные модули обращаются к ядру так же как и обычные проги – через системные вызовы.
Работа системы с привилегированным ядром замедляется за счет необходимости переключения туды-сюды при выполнении системных вызовов.
В некоторых ОС (например, в чисто серверной Novell NetWare) вся работа идет в режиме ядра. Но там нет прикладных процессов, соответственно, не нужна защита, и система работает быстро и хорошо.