МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДОНЕЦЬКИЙ НАЦИОНАЛЬННИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра комп'ютерної інженерії опорний конспект лекцій до дисципліни "Системне програмне забезпечення "
для студентів спеціальностей 7.091501, 7.091502
“Комп’ютерні системи та мережі”, „Системне програмування”
Напрям підготовки „"Комп'ютерна інженерія"”
Форма навчання денна, заочна та заочно з наданням додаткових освітніх послуг
Донецьк, 2010
Тема1. Загальне уявлення про операційну систему
Визначення ОС
Вимоги до розробки
Структурний розвиток
Класифікація
Поняття операційної системи
Операційну систему можна визначити як програмний комплекс, що постає інтерфейсом між апаратним середовищем обчислювальної системи та програмами користувача, а також призначений для найбільш ефективного використання ресурсів цієї системи. Виходячи з призначення, можна сформулювати вимоги що пред'являються до ОС. Ці вимоги підрозділяються на дві категорії:
головні (фундаментальні вимоги до ОС);
другорядні (обумовлені ринковими вимогами до ОС).
До фундаментальних вимог відносяться:
управління всілякими ресурсами системи;
створення комфортних умов роботи користувача.
До ринкових вимог відносяться:
розширюваність функцій ОС;
переносимість;
сумісність;
безпека;
відмовостійкість;
швидкодія.
Розширюваність
Дана функція передбачає, що ОС повинна розроблятися так, щоб безболісно для вже існуючої її частини можна було збільшувати виконувані нею функції.
Переносимість
Ця функція розширює ринок збуту ОС. Необхідно, щоб при переході з однієї платформи на іншу, зміни в ОС були мінімальні. Для реалізації даної вимоги при розробці ОС необхідно дотримуватись наступних вимог:
- мова, на якій написані модулі ОС має бути стандартизована та підтримуватися на більшості комп'ютерів;
- ті складові ОС, які чутливі до архітектури процесору, мають бути реалізовані у вигляді окремих модулів і по можливості локалізовані від інших ;
- абстракція від апаратної платформи.
Сумісність
Вона розглядається на таких рівнях:
- сумісність між різними версіями однієї і тієї ж ОС;
- сумісність на двійковому рівні;
- сумісність на рівні вихідних текстів.
Сумісність на другому рівні - це підтримка виконання додатків, що належать однією ОС в середовищі інших.
Третій рівень вимог передбачає наявність в рамках ОС засобів, що дозволяють обробляти призначені для користувача застосування на різних вихідних мовах.
Безпека
Існують 4-и рівня безпеки, яким повинні задовольняти інформаційні технології і їх продукти, а значить і ОС. Ці рівні іменуються А, В, С, D, де D – найнижчий рівень безпеки.
Найбільш поширеним з них, є рівень безпеки С, який розпадається на підрівні С1 і С2. Більшість програмних продуктів мають рівень захисту С2. ОС що задовольняють цьому рівню, повинні володіти:
- можливістю контролювати вхід в систему;
- вибірковим контролем доступу до ресурсів системи (користувач сам може визначити круг інших користувачів, яким визначаються повноваження доступу до ресурсів власника);
- можливістю контролю і обліку всіх подій, ситуацій порушення встановленого захисту.
Рівень безпеки В на рівень вище. ОС що мають цей рівень безпеки володіють мандатним доступом до своїх ресурсів. Користувачі в таких ОС розділяються по категоріях. Кожна категорія має свій рівень привілеїв, який визначає можливості роботи цих користувачів з ресурсами системи.
ОС, що мають рівень безпеки А, володіють потужним математичним апаратом, 90% процесорного часу в таких системах витрачається на роботу служби безпеці.
Тенденції в структурному розвитку ОС
Монолітні системи
Рис1.1. Узагальнена структура монолітної ОС
Для монолітних ОС характерна наявність множинних зв'язків між складовими ОС. Заміна розроблених модулів в такій ОС була не можлива, так само як і додавання нових модулів. Такі системи формувалися шляхом збору окремих складових в єдиний виконуваний файл. У такому вигляді ОС поставлялася користувачеві.
У загальному випадку "структура" монолітної системи є відсутність структури (рис. 1.1, рис.1.2). ОС розроблялась як набір процедур, кожна з яких може викликати інші, коли їй це потрібно. При використанні цієї техніки кожна процедура системи має добре певний інтерфейс в термінах параметрів і результатів, і кожна вільна викликати будь-яку іншу для виконання деякої потрібної для неї корисної роботи.
Рис.1.2. Монолітна структура ОС
Для побудови монолітної системи необхідно скомпілювати всі окремі процедури, а потім зв'язати їх разом в єдиний виконавчий файл за допомогою компонувальника (прикладами можуть служити ранні версії ядра UNIX або Novell NetWare). Кожна процедура бачить будь-яку іншу процедуру ( на відміну від структури, що містить модулі, в якій велика частина інформації є локальною для модуля, і процедури модуля можна викликати лише через спеціально певні точки входу).
Трирівневі системи
Проте навіть такі монолітні системи можуть бути трохи структурованими. При зверненні до системних викликів, підтримуваних ОС, параметри поміщаються в строго певні місця, такі, як регістри або стек, а потім виконується спеціальна команда переривання, відома як виклик ядра або виклик супервізора. Ця команда перемикає машину з режиму користувача в режим ядра, званий також режимом супервізора, і передає управління ОС. Потім ОС перевіряє параметри виклику для того, щоб визначити, який системний виклик має бути виконаний. Після цього ОС індексує таблицю, що містить посилання на процедури, і викликає відповідну процедуру. Така організація ОС передбачає наступну структуру:
1. Головна програма, яка викликає необхідні сервісні процедури.
2. Набор сервісних процедур, що реалізовують системні виклики.
3. Набор утиліт, обслуговуючих сервісні процедури.
У цій моделі для кожного системного виклику є одна сервісна процедура. Утиліти виконують функції, які потрібні декільком сервісним процедурам. Це ділення процедур на три рівня показано на рисунку 1.3.
Рис. 1.3. Проста структуризація монолітної ОС
Багаторівневі системи
Узагальненням попереднього підходу є організація ОС як ієрархії рівнів. Рівні утворюються групами функцій операційної системи - файлова система, управління процесами і пристроями і тому подібне Кожен рівень може взаємодіяти лише зі своїм безпосереднім сусідом - вище або рівнем, що пролягає нижче. Прикладні програми або модулі самої операційної системи передають запити вгору і вниз по цих рівнях.