7. Заключение

Ключевые выводы:

1. Монолитное ядро — всё в одном месте, максимальная производительность, но низкая надёжность.

2. Микроядро — минимальное ядро, все сервисы в user space, высокая надёжность и безопасность, но накладные расходы.

3. Гибридное ядро — компромисс: часть сервисов в ядре (для скорости), часть в user space (для надёжности).

4. Выбор архитектуры зависит от требований к системе: для серверов и десктопов часто выбирают монолитные или гибридные ядра, для критически важных систем (медицина, авто) — микроядра.

5. Современные ОС редко следуют чистой архитектуре — все они в той или иной степени гибридны

14. Операционные системы. Загрузчики и процесс выполнения программ

Операционная система выполняет роль посредника между аппаратным обеспечением компьютера и программами пользователя. Она управляет процессами, памятью, файловой системой и устройствами ввода-вывода.

При включении компьютера запускается специальная программа — загрузчик (bootloader). Его задача — загрузить операционную систему в оперативную память и передать ей управление. Примерами загрузчиков являются GRUB и Windows Boot Manager.

После загрузки операционная система начинает управлять выполнением программ. Когда пользователь запускает программу, система выделяет для неё память, создаёт процесс и передаёт управление процессору.

Операционная система также контролирует выполнение программы, распределяет ресурсы компьютера и обеспечивает взаимодействие программы с устройствами.

Вопрос 14: Операционные системы. Загрузчики и процесс выполнения программ Введение

Чтобы программа, хранящаяся на диске, превратилась в выполняющийся процесс, происходит сложный многоступенчатый процесс, в котором участвуют загрузчик операционной системы, динамический компоновщик, планировщик и другие компоненты ядра.

В этом вопросе мы разберём:

• что такое загрузчик и как происходит загрузка ОС;

• как операционная система загружает и запускает программы;

• что происходит с программой в памяти во время выполнения.

2. Этапы загрузки компьютера Этап 0: Включение питания

Процессор начинает выполнять код по аппаратно заданному адресу (например, в Intel x86 — адрес FFFF0h, где находится код BIOS/UEFI).

Этап 1: bios/uefi

BIOS (Basic Input/Output System) или UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) — это прошивка, хранящаяся на материнской плате.

• Выполняет Power-On Self-Test (POST) — проверка оборудования.

• Инициализирует базовые устройства.

• Определяет устройство для загрузки (согласно настройкам).

• Загружает первый сектор загрузочного устройства в память и передаёт ему управление.

Различия BIOS и UEFI:

• BIOS работает в реальном режиме (16 бит), использует MBR (Master Boot Record), может загружать только первый сектор (512 байт).

• UEFI работает в защищённом режиме (32/64 бита), использует GPT (GUID Partition Table), может загружать файлы с FAT-раздела, поддерживает Secure Boot.

Этап 2: Загрузчик первого этапа (First-stage bootloader)

В случае BIOS это первый сектор диска (MBR), который содержит очень маленькую программу (первые 446 байт). Она не может загрузить ядро полностью, поэтому её задача — загрузить следующий этап загрузчика.

В случае UEFI загрузчиком первого этапа может быть сам UEFI, который загружает файл с раздела EFI (например, \EFI\BOOT\BOOTX64.EFI).