11, Архитектура ос. Ядро и вспомогательные модули

ОС состоит из ядра и вспомогательных модулей.

Ядро выполняет:

- базовые функции ОС (управление процессами, памятью, устройствами ввода/вывода;

- функции, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса, (переключение контекстов, загрузка/выгрузка страниц, обработка прерываний).

Приложения могут обращаться к ядру с запросами (системными вызовами) для выполнения тех или иных действий. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования – API. Кроме того, одним из определяющих свойств ядра является работа в привилегированном режиме.

Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:

- утилиты – программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, например, программы сжатия диска, архивирования и т.д.

- системные обрабатывающие программы – текстовые и графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики;

- программы дополнительных услуг – специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор, игры;

- библиотеки процедур – библиотека математических функций, функций ввода/вывода и т.д.

12, Классическая архитектура ос. Монолитные и многослойные ос.

Пользовательский режим:

- Утилиты ОС

- Системные обрабатывающие программы

- Приложения пользователей

Привилегированный режим: Ядро ОС

Режим супервизора – самый привилегированный уровень. Здесь работает ядро

Еще более привилегированный уровень, мб использован для драйверов, на практике редко задействован

Уровень выполнения чуть более привилегированного кода, например программ с доступом к операциям ввода-вывода

Пользовательский уровень – наименее привилегированный. Здесь работают прикладные программы.

Монолитная структура ОС

Вся ОС работает как единая программа в режиме ядра. Монолитная ОС написана как набор процедур, связанных в одну большую исполняемую программу. Каждая процедура имеет возможность при необходимости вызвать другую.

Могут быть структурированными:

1. Главная программа, которая вызывает требуемые сервисные процедуры.

2. Набор сервисных процедур, реализующих системные вызовы.

3. Набор утилит, обслуживающих сервисные процедуры

Многоуровневые системы

Обобщением предыдущего подхода является организация ОС как иерархии уровней с хорошо определенными связями между ними, так чтобы объекты уровня N могли вызывать только объекты из уровня N-1. Нижним уровнем в таких системах обычно является аппаратура, верхним уровнем интерфейс пользователя. Прикладные программы или модули самой операционной системы передают запросы вверх и вниз по этим уровням.

Плюсы:

• Многоуровневые системы хорошо реализуются.

• Слоеные системы хорошо модифицируются.

Минусы:

• Многоуровневые системы сложны для разработки.

• Менее эффективны, чем монолитные.

13, Микроядерная архитектура ос

В микроядерной архитектуре в привилегированном режиме остается работать только очень небольшая часть ОС, называемая микроядром. Микроядро защищено от остальных частей ОС и приложений. В состав микроядра обычно входят машинно-зависимые модули, а также модули, выполняющие базовые функции ядра по управлению процессами, обработке прерываний, управлению виртуальной памятью, пересылке сообщений и управлению устройствами ввода/вывода, которые практически невозможно выполнить в пользовательском режиме. Все остальные функции ядра оформляются в виде приложений, работающих в пользовательском режиме, которые теперь называются серверами ОС. Клиент, которым может быть либо другой компонент ОС, либо прикладная программа, запрашивает сервис, посылая сообщение на сервер. Микроядро, работающее в привилегированном режиме, доставляет сообщение нужному серверу, сервер выполняет операцию, после чего ядро возвращает результаты клиенту с помощью другого сообщения Поддержка этого механизма является одной из главных задач микроядра.

Основное достоинство микроядерной архитектуры – высокая степень модульности ядра ОС. Это существенно упрощает добавление в него новых компонентов. Микроядерная архитектура повышает надежность системы, поскольку ошибка на уровне непривилегированной программы менее опасна, чем отказ на уровне режима ядра. В то же время, микроядерная архитектура существенно снижает производительность операционной системы.

Одна из проблем, возникающих при разработке микроядерной ОС – какие функции включать в микроядро, а какие выносить в пользовательское пространство. В идеальном случае микроядро может состоять только из средств передачи сообщений и аппаратно-зависимых модулей (так называемая модель экзоядра). Для повышения производительности ОС в состав микроядра могут входить и другие часто используемые функции. Минус микроядерной архитектуры - снижение производительности. Приложение обращается к микроядру, оно обращается к серверу, потом снова к микроядру.