28.02.13

1. модульная организация ОС

2. функциональная избыточность

3. функциональная избирательность

4. параметрическая универсальность

5. концепция многоуровневой иерархической вычислительной системы, в которой ОС представляется многослойной структурой

6. разделение модулей на две группы по функциям: ядро – включает модули, выполняющие основные функции ОС; модули, выполняющие вспомогательные функции

7. разделение модулей на две группы по размещению в памяти: резидентный (постоянно находящиеся в оперативной памяти); транзитные (загружаемые в память по необходимости н время выполнения своих функций)

8. реализация двух режимов работы вычислительной системы: привилегированный режим («режим ядра», «режим супервизора»); пользовательский (режим задачи)

9. минимизация функций ядра за счет реализации самых важных функций

Первые ОС обладали монолитностью, без четко выраженной структуры. Монолитная система собиралась путем компиляции отдельных процедур в единый выполняемый файл. В такой файле каждая внутренняя процедура видит любую другую соседнюю процедуру, что существенно повышает вероятность ошибки при усложнении системы за сет трудности предсказания влияния модернизированного элемента на с ним взаимодействующего. Но и монолитный системы имели некоторую структурированность. При обращении к системным вызовам параметры помещаются в строго определенные места. Затем выполняется специальная команда прерывания, переключающая систему из режима пользователя в режим ядра. После выполнения вызова управление передается обратно в пользовательский режим.

Такая организация ОС предполагает следующую структуру:

- главная программа, которая вызывает требуемые сервисные процедуры

- сервисные процедуры, реализующие системные вызовы

- утилиты, обслуживающие сервисные процедуры

Классическая считается архитектура ОС, построенная на концепциях иерархической многоуровневой машины, привилегированном ядре и пользовательском режиме работы транзитных модулей.

Модули ядра выполняют базовые функции ОС – управление процессами, памятью, устройствами ввода и вывода и т.д. Без ядра современная ОС работать не может, так как в ядре решаются внутрисистемные задачи организации и вычислительного процесса. Особый класс функций ядра служит для поддержки приложений, создавай для них прикладную программную среду. Приложения могут обращаться к ядру с запросами (системными вызовами) для выполнения тех или иных действий. Функции ядра, которые могу вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования (API).

05.03.13.

Для обеспечения высокой скорости работы ОС модули ядра в большинстве своем загружаются в соответствующие разделы оперативной памяти и являются резидентами, т.е. постоянно там находятся. Они работают в привилегированном режиме, обеспечивающим защиту ядра от работы приложений и возможность работы модулей ядра с полным набором машинных инструкций, что обеспечивает решение задачи управления ресурсами ЭВМ. Остальные модули ОС, не вошедшие в ядро, являются транзитными и загружаются в оперативную память по мере необходимости. Вспомогательные модули подразделяют на группы: утилиты ОС - программы, выполняющие отдельные задачи управления, сопровождения и оптимизации вычислительной машины; системные обрабатывающие программы – набор программ, являющихся составной частью ОС и обеспечивающий возможность простейшей обработки различной информации; библиотеки процедур – обеспечивают упрощение разработки программ за счет использования стандартных библиотек ввода/вывода, математических функций и др; приложения пользователей – программы, устанавливаемые на компьютер по желанию пользователя.

Многослойная архитектура многоуровневой ОС включает:

1. средства аппаратной поддержки - значительная часть функций ОС выполняется аппаратными средствами. Чисто программных ОС в настоящее время не существует. В современных системах есть средств аппаратной поддержки, которые прямо учувствуют в вычислительных процессах:

- система прерываний

- средства поддержки привилегированного режима

- средства поддержки виртуальной памяти

- системный таймер

- средства переключения контекстов процессов

- средства защиты памяти и др.

2. машинно-зависимые модули ОС – в этих модулях отражается специфика аппаратной платформы компьютера. Он призван скрыть от вышестоящих слоев деталей технического устройства ЭВМ.

3. базовые механизмы ядра. Набор модулей этого слоя выполняет наиболее примитивные операции ядра:

- переключение между процессами

- диспетчеризацию прерываний

- перемещение страниц между основной и дисковой памятью и тд.

Этот слой не принимает решений о распределении ресурсов, а только обрабатывает решения, полученные свыше – этот слой часто называют исполнительным механизмом.

4. менеджеры ресурсов – выполняют стратегические задачи по управлению ресурсами вычислительной системы. Каждый менеджер ведет учет свободных и используемых ресурсов, планирует их распределение в соответствии с запросами приложений.

5. интерфейс системных вызовов – верхний слой ядра ОС, взаимодействующий с приложениями и системными утилитами. Образует прикладной и программный интерфейс ОС. Функции API, обслуживающие системные вызовы предоставляют доступ к ресурсам систем в удобной и компактной форме.

Повышение надежности и устойчивости работы ОС осуществляется переходом ядра в привилегированный режим работы. Однако это вызывает некоторое замедление работы системы в целом. Это вызвано необходимостью потери времени на переключение в режим ядра и обратно.

Данная многоуровневая архитектура имеет ряд проблем:

1. изменение одного из уровня может иметь трудно прогнозируемые последствия для смежных уровней

2. многочисленные взаимодействия между смежными уровнями усложняет обеспечение безопасности

МИКРОЯДЕРНАЯ АРХИТЕКТУРА ОС

Число модулей ядра сокращено до минимума, называемого микроядром. Микроядро защищено от остальных частей ОС и приложений. Состав микроядра входит только машинно-зависимые модули и модули базовых механизмов ядра. Все остальные модули ядра оформляются как модули, работающие в пользовательском режиме. В архитектуре с микроядром традиционное расположение уровней по вертикали заменено на горизонтальное.