5 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОС. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВРЕМЕННЫХ ОС. ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОБЩИХ ПРИНЦИПОВ И ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОС.

Основные принципы:1. Принцип модульности. Модуль – это функциональная единица (от процедур до процессов), которая может разрабатываться независимо от других таких же функциональных модулей. Для каждого модуля реализуется стандартный интерфейс для организации взаимодействия с другими модулями при обращении к его функциям. Дает возможность гибкого конфигурирования ОС, обеспечивает легкость ее настройки, модернизации. 2. Принцип функциональной избирательности. Выделяются базовые модули, выполняющие основные функции ОС. Их работа организуется так, чтобы они всегда были под рукой у системы. Кроме того они являются самыми защищенными в системе. 3. Принцип частотной избирательности. Выделяются модули, к которым обращаются чаще всего. 2,3 – ядро системы. Ядро – это компоненты ОС, реализующие наиболее важные, часто используемые функции ОС. Ядро ризоидно располагается в памяти. 4. Принцип настраиваемости. Настройка осуществляется на конкретную конфигурацию оборудования, на потребности конкретного пользователя. Настройка осуществляется при инсталляции системы и при загрузке. 5. Использование умолчаний. Если пользователь не задал какие-то параметры при загрузке или установке, система сама должна их определять. 6. Принцип функциональной избыточности. Имеется возможность выполнения одних и тех же функций различными способами.

Дополнительные принципы для современных ОС: 1)Открытость. Раньше – ОС должна быть открыта для анализа ошибок. Сегодня под открытостью ОС понимается возможность расширения функциональности, наращивание ОС. 2) Масштабируемость – система должна настраиваться на различные конфигурации, различают вычислительные мощности (9х не дает поставить несколько процессоров, NT позволяет, рассчитана на архитектуру SMP). 3)Возможность интеграции с чужими приложениями, реализация множественных прикладных сред. Существует два основных подхода: а) эмуляция, т е моделирование для ПП ее родной прикладной среды. Проблемы: трудоемко, ресурсоемко (громоздкая система получается . б)Механизм трансляции. Все ОС обеспечивают примерно одинаковые возможности для выполнения ПП и опираются при этом на одинаковую аппаратную часть => Можно системе вызовы родных ОС при обращении к ним приложений перехватывать базовой ОС, установленной на компьютере, и транслировать в систему вызовы этой ОС. При этом некоторые параметры могут потеряться. То есть создается не модель ОС, а некоторые транслятор вызовов (небольшая прослойка). Наиб эффективно можно организовать на микроядерной ОС. 4) Многоплатформенность (переносимость). ОС должна выполняться на нескольких аппаратных платформах и возможность перехода с одной платформы на другую. NT поддерживает четыре аппаратные платформы, в том числе Intel, alpha...

MS-DOS

Операционная система MS-DOS является одной из наиболее распространенных операционных систем для ПК. MS-DOS имеет средства для поддержки сетей, использования графических пользовательских интерфейсов, реализации расширений.

СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ MS-DOS

Знакомство со структурой MS-DOS полезно для понимания поведения вычислительной системы (ВС) в целом, порядка выполнения на ней прикладных программ. Операционная система MS-DOS структурно разбита на несколько уровней, соответствующих основным

еекомпонентам:

-BIOS (базовая система ввода/вывода);

-ядро системы;

-командный процессор (оболочка).

11

Базовая система ввода-вывода

Базовая система ввода/вывода находится в постоянном запоминающем устройстве каждого IBM-совместимого компьютера. Она, являясь неотъемлемой частью ПК, может считаться и компонентом MS-DOS (также как компонентом любой другой операционной системы, устанавливаемой на данном ПК), работающем на самом низком уровне, хотя BIOS и не входит в поставку MS-DOS.

Модуль BIOS (Basic Input/Output System) индивидуален для каждой вычислительной системы и поставляется ее изготовителями. В этом модуле резидентно содержатся

Ядро операционной системы

Ядро операционной системы MS-DOS представляет собой ее центральный компонент, реализующий основные функции ОС (управление данными (файлами), ресурсами ВС и ходом выполнения программ на ней). Ядро (BM (Basic Module) – базовый модуль DOS) включает набор аппаратно-независимых сервисных программ, реализующих системные функции. Ядро считывается в память при инициализации системы из файла MSDOS.SYS и в процессе работы системы находится в памяти постоянно (резидентно).

Основу BM DOS составляют обработчики прерываний верхнего уровня. Программы, работающие под управлением MS-DOS, для обращения к системным функциям используют механизм прерываний. Обработчики этих прерываний, в свою очередь, могут

1

│

┌───────┬────┴───┬─────────┐

┌──│───────│────────│─────────│────┐

│┌───│────────│─────────│────┤

││Внешние драйверы│ ├──┘ ├────────────────┴─────────────────┤ │3

│BIOS ───┘

├──────────────────────────────────┤

│ Оборудование ПК ─────────5

└──────────────────────────────────┘

Рис.2.1. Структура MS-DOS:

1- пользовательский интерфейс MS-DOS;

2- программный интерфейс MS-DOS верхнего уровня;

3- программный интерфейс MS-DOS нижнего уровня;

4- программный интерфейс MS-DOS;

5- интерфейс ПК

На рисунке схематично представлена структура MS-DOS. Данная операционная система имеет модульную структуру, причем взаимодействующие непосредственно модули на рисунке являются смежными. Модульная структура MS-DOS облегчает ее модификацию, делает открытой для наращивания или замены отдельных компонентов.

12

6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ РЕСУРСОВ. ПРИМЕРЫ. ДЛЯ КАЖДОГО КЛАССА РЕСУРСОВ НУЖНО УКАЗАТЬ, КАКИМИ СВОЙСТВАМИ ОН ОБЛАДАЕТ, КАКИЕ ЗАДАЧИ ПО УПРАВЛЕНИЮ ИМ РЕШАЕТ ОС, КАКИЕ ПРОБЛЕМЫ МОГУТ БЫТЬ

При рассмотрении операционных систем ресурс определяется как объект в составе вычислительной системы, обладающий свойством “полезности” (ресурс необходим его потребителям, в роли которых выступают процессы, запрашивающие ресурсы для своего выполнения). Классифицировать ресурсы можно по отдельным признакам или по их совокупности. Основными критериями классификации в соответствии со свойствами важными с точки зрения реализации функции ОС управления ресурсами ВС являются следующие:

•по “реальности существования”;

•по возможности расширения свойств (возможности виртуализации);

•по структурному признаку;

•по характеру использования (возможности повторного использования);

•по допустимой схеме использования;

•по “степени активности”;

•по времени существования;

•по “степени важности”;

•по форме реализации.

“Реальность существования” отражает факт разделения ресурсов на физические (реальные) и виртуальные.

Под физическим понимается ресурс, который реально существует и обладает в действительности всеми присущими ему физическими характеристиками при распределении его между процессами.

Виртуальный ресурс по сути представляет собой модель некоторого ресурса, построенного на основе реального физического ресурса с помощью программных средств. Реально виртуальный ресурс не существует в том виде, каким он представляется пользователю. Программное обеспечение расширяет или изменяет свойства базового ресурса, меняет его характеристики.

Работая с моделью ресурса, процесс получает в свое распоряжение объект, с требуемыми параметрами, если характеристики предоставляемого процессу ресурса его устраивают, то процессу безразлично, работает ли он с реальным ресурсом или его аппаратно-программной моделью (наиболее часто пользователи имеют дело с виртуальной памятью, которая строится на базе реальной оперативной памяти и внешних запоминающих устройств с помощью программ ОС).

Возможность расширения свойств характеризует ресурс с точки зрения возможности построения на его основе какого-либо виртуального ресурса. Физический ресурс, который допускает виртуализацию, то есть воспроизведение и/или расширение своих свойств, называют эластичным. Жестким называется ресурс, который по своим внутренним свойствам не поддается виртуализации.

Структурный признак устанавливает наличие или отсутствие у ресурса некой структуры, определенной внутренней организации.

Ресурс является простым (или единичным), если не содержит составных элементов и рассматривается при распределении как единое целое, то есть он неделим.

Составной ресурс характеризуется определенной структурой, содержит в своем составе ряд однотипных элементов, обладающих, с точки зрения пользователя,

13

одинаковыми характеристиками. Количество этих элементов - емкость ресурса или его объем. При каждом разовом распределении составного ресурса процесс может получить в свое распоряжение один или более составляющих элементов.

Простой и составной ресурсы отличаются числом состояний. Простой ресурс может быть в двух состояниях: “занят”, если он выделен для использования какому-либо процессу, или “свободен” (ресурс не распределен никакому процессу). Состояние составного ресурса определяется наличием свободных и занятых единиц этого ресурса (в однопроцессорной ВС простым (единичным) ресурсом является центральный процессор, а оперативная память является ресурсом составным, в оперативную память может быть одновременно загружено для выполнения несколько программ).

По возможности повторного использования ресурса (или возможности его восстанавливаемости в системе) ресурсы делятся на повторно используемые (воспроизводимые) и потребляемые. Потребляемые ресурсы после распределения и использования их процессами не возвращаются в систему, уничтожаются и не могут быть повторно использованы другими процессами. Повторно используемые ресурсы после их распределения какому-либо процессу по его запросу используются этим процессом, а затем освобождаются им и возвращаются в систему, то есть восстанавливаются и могут быть повторно распределены другим процессам.

Если считать, что процесс по отношению к ресурсу может выполнять три действия: запрос, использование и освобождение, то для повторно используемых (воспроизводимых) ресурсов эти действия могут выполняться в следующей последовательности: “запрос-использование-освобождение” (если запрашиваемый ресурс доступен (свободен) и ОС может распределить его процессу в ответ на его запрос). Для этого типа ресурсов данная последовательность действий может повторяться многократно. В отношении потребляемых ресурсов порядок действий изменяется: “освобождение-запрос-использование”. Операция освобождения ресурса данного типа соответствует его созданию процессом-производителем этого ресурса. Запрос на ресурс может вырабатываться другим процессом - его потребителем. Если в момент запроса ресурса нет, процесс, запросивший его, переходит в состояние ожидания. Запрос удовлетворяется, когда ресурс произведен. Таким образом, по времени существования ресурсы также можно классифицировать: существуют временные и постоянные ресурсы. Примерами повторно используемых ресурсов являются оперативная память и процессор (и все аппаратные ресурсы), файлы, из которых считывается информация и т.п.

Потребляемым ресурсом является, например, сообщение, передаваемое одним процессом другому.

Различие ресурсов по признаку времени их существования обусловлено динамикой ресурсов в отношении процессов. Ресурс является постоянным для данного процесса, если он доступен на протяжении всего времени существования данного процесса. Временный ресурс может появляться и/или уничтожаться в системе динамически в течение времени существования рассматриваемого процесса.

Ресурсы различаются также схемами использования. Параллельная схема предполагает параллельное (то есть одновременное) использование одного ресурса или одних и тех же единиц ресурса несколькими процессами. Последовательная схема использования ресурса предполагает, что в отношении ресурса допустимо строго последовательное во времени выполнение цепочек действий “запрос-использование- освобождение” каждым процессом, потребляющим этот ресурс, то есть распределение ресурса процессу возможно только после его освобождения процессом, которому этот ресурс был выделен раньше.

Последовательно используемые ресурсы, разделяемые несколькими процессами, являются критическими, работа с ними требует организации взаимного исключения.

14