Билет 8.
Наиболее общим подходом к структуризации является разделение всех ее модулей на две группы: ядро и вспомогательные модули.
Ядро включает модули, выполняющие основные функции ОС:
· управление процессами
· управление памятью
· управление вводом-выводом и файловая система
· прочие
Модули, выполняющие вспомогательные функции:
· утилиты
· библиотеки
· компиляторы
· прочие
Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования API(Application Program Interface) Ядро работает в привилегированном режиме, и большая часть его модулей постоянно находится в памяти (резидентные). Разделение ОС на ядро и вспомогательные модули облегчает ее расширяемость
К вспомогательным модулям ОС относятся:
· Утилиты (Сжатие, архивирование, проверка, дефрагментация и пр.)
· Системные обрабатывающие программы (редакторы, отладчики, компиляторы и пр.)
· Программы дополнительных услуг (игры, калькулятор и пр.)
· Библиотеки процедур (математических функций и пр.)
· Вспомогательные модули ОС загружаются в оперативную память только на время выполнения (транзитные модули)
Ядро в привилегированном режиме
Современные ОС поддерживают как минимум два режима:
· Пользовательский режим
· Привилегированный режим - режим ядра (kernel mode) – режим супервизора (supervisor mode)
· Ядро выполняет все основные функции - поэтому работает в привилегированном режиме
Контроль за выполнением критичных инструкций обеспечивается запретом их выполнения в пользовательском режиме. Например доступ к памяти (доступ к системным таблицам памяти) разрешен только в привилегированном режиме. Для упорядочивания прав доступа вводятся уровни привилегий (например, в Pentium их четыре: 0,1,2,3). Работа с возможностью переключения в привилегированный режим приводит к замедлению работы.
Имеются отступления от классического варианта архитектуры. Например специализированная сетевая ОС NetWare использует лишь привилегированный режим, в котором работает и ядро и специализированные приложения
При таком построении ОС работает быстрее, т.к. нет переключения режимов, однако при этом отсутствует надежная аппаратная защита памяти.
Классическое ядро может состоять из следующих слоев:
· Интерфейс системных вызовов к функциям API(например, fd=open("/doc/a.txt,O_RDONLY)
· Менеджеры ресурсов - учет, планирование (процессы, ввод-вывод, файловая система, память)
· Базовые механизмы ядра (переключение контекстов, перемещение страниц и пр.)
· Машинно-зависимый слой (например в Windows NT/2000 слой HAL-Hardware Abstraction Level)
· Аппаратная поддержка ОС (средства поддержки привилегированного режима, система прерываний, переключение контекстов, трансляция адресов, защита памяти) Каждый слой взаимодействует лишь с ниже лежащими, за некоторым исключением. UNIX имеет меньшее число четких слоев, Windows NT/2000 - большее.
Билет 9.
Обеспечить привилегии операционной системе невозможно без специальных средств аппаратной поддержки. Аппаратура компьютера должна поддерживать как минимум два режима работы — пользовательский режим (user mode) и привилегированный режим, который также называют режимом ядра (kernel mode), или режимом супервизора (supervisor mode). Подразумевается, что операционная система или некоторые ее части работают в привилегированном режиме, а приложения — в пользовательском режиме.
Так как ядро выполняет все основные функции ОС, то чаще всего именно ядро становится той частью ОС, которая работает в привилегированном режиме (рис. 3.3). Иногда это свойство — работа в привилегированном режиме — служит основным определением понятия «ядро».
Рис. 3.3. Архитектура операционной системы с ядром в привилегированном режиме