Части ос
ОС представляет собой комплекс взаимосвязанных системных программ. Системная программа осуществляет организацию вычислительного процесса и управление ресурсами ЭВМ. Каждая системная программа выполняет свою определенную функцию. К системным программам относятся утилиты и драйверы.
Утилиты– системные программы, предназначенные для выполнения часто повторяющихся операций, таких как форматирование дисков, дефрагментация дисков, архивация файлов, восстановление удаленных файлов и т.д.
Драйверырасширяют возможности ОС по управлению устройствами ввода-вывода компьютера (клавиатура, жесткий диск, мышь и т. д.). С помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся.
Драйверы могут быть двух видов:
стандартные (внутренние) – подключаются к системе автоматически после перехода компьютера в рабочее состояние;
загружаемые (внешние) – находятся на жестком диске, подключаются к системе только, если указаны в файле конфигурации ОС (CONFIG.SYS).
ОС состоит из резидентной части и транзитной части. Резидентная часть(resident– постоянный) называется ядром. Ядро постоянно находится в ОП и обеспечивает функционирование аппаратных средств:
связанных с обработкой запросов ВУ;
обслуживанием активных вычислительных процессов.
Транзитная частьОС находится во внешней памяти (на жестком диске) и содержит такие компоненты ОС как компиляторы, утилиты, средства тестирования и др.
Основные компоненты ядра
Планировщик. Программа, которая переключает ЦП на обработку другого, ожидающего обслуживания процесса. В многозадачной ОС для каждой программы формируется задача, которая ставится в очередь на обслуживание. Когда задача готова к выполнению, она становится процессом. Состояния процессов можно посмотреть с помощью утилитыДиспетчер задач.
Администратор ОП– обслуживает запросы на подкачку страниц виртуальной памяти (ВП). ВП – это временное хранилище, используемое компьютером для выполнения программ, размер которых превышает размер ОП. Данные программы, для которой не хватает ОП, сохраняются в так называемом файле подкачки на жестком диске и в нужный момент переносятся в ОП постранично.
Обработчик запросов– обслуживает запросы процессов.
На рис. 4 представлена принципиальная схема “Организация ядра ОС”. Ситуации, требующие обработки их ядром, возникают как по инициативе вычислительных процессов, так и со стороны внешних устройств (ВУ). Эти ситуации инициируют соответствующие запросы на обслуживание.
Рис. 4. Принципиальная схема “Организация ядра ОС”
Планировщик заданий
Планировщик заданий выполняет четыре вида планирования.
Долгосрочное планирование.
Задача долгосрочного планирования – определить, какие из программ, поступивших в распоряжение системы, следует поставить в очередь на обслуживание.
Среднесрочное планирование.
Это планирование обмена информацией процессов между внешней памятью и ОП. Одна из главных задач ОС – управление распределением ОП, т.е. выделение ресурсов ОП программам процессов. Если в ОП количество программ активных процессов будет мало, то велика вероятность того, что все процессы будут ожидать ввода-вывода, и ЦП будет простаивать. Необходимо так распределить ОП, чтобы в ней нашлось место как можно большему числу процессов.
Краткосрочноепланирование.
Программу краткосрочного планирования называют диспетчером. Диспетчер принимает решение, какому процессу предоставить ресурс процессора.
Процессом становится программа, готовая к выполнению. Существует пять различных состояний (текущих статусов) процесса.
Новый– планировщик поставил задание в очередь на выполнение.
Готов – процесс готов к выполнению и ждет предоставления ресурса процессора.
Выполнение – процесс получил ресурс ЦП и выполняется.
Ожидание – процесс еще не завершен, но его выполнение приостановлено. Процесс ждет высвобождения необходимого ресурса системы, например, ресурса ввода-вывода.
Остановлен – процесс завершил работу (успешно или вследствие неустранимой ошибки) и должен быть уничтожен ОС.
Рис. 5. Состояния процесса
ОС хранит и обрабатывает информацию о состоянии каждого процесса и сопутствующие данные, необходимые для запуска процесса на выполнение. Для каждого процесса создается блок управления процессом, который стоит из следующих компонентов (см. рис. 6).
Рис. 6. Блок управления процессом
Идентификатор. Каждый процесс в системе имеет уникальный числовой идентификатор, который формируется операционной системой в момент создания процесса.
Состояние. Имеется в виду код состояния процесса.
Приоритет. Имеется в виду относительный уровень приоритета процесса.
Счетчик команд. В блоке управления хранится адрес следующей выполняемой команды программы процесса.
Указатели области ОП. Начальный и конечный адреса области памяти, выделенной процессу.
Контекст. Копия содержимого регистров ЦП во время выполнения программы процесса. Контекст и содержимое счетчика команд используется для возобновления выполнения процесса после выхода из состоянияОжидание. Выполнение программы процесса должно продолжиться с той точки, на которой оно было прервано.
Статус ввода-вывода. Включает отложенные запросы ввода-вывода, перечень устройств ввода-вывода, назначенных процессу, перечень файлов, связанных с процессом.
Статистическаяинформация– это поле может включать информацию о машинном времени, использованном процессом; времени, выделенном процессу и т.д.
Планированиеввода-вывода. Решение, какой из запросов операции ввода-вывода, поступивший от процессов, передать на обработку.