Модулями ос
Вспомогательные модули обычно загружаются в ОП, только на время выполнения своей функции, т.е. являются транзитивными.
Архитектура операционных систем: ядро в привилегированном режиме
Ядро в привилегированном режиме
Для надежного управления хода выполнение приложение ОС, должна иметь по отношению к приложениям определенные привилегия. Поэтому важным свойством архитектуры ОС, основанной на ядре является, возможно защиты кодов и данных за счет функций ядра в привилегированном режиме. Кроме этого ОС должна играть роль арбитра в споре приложений за ресурсы т.е. ни одно приложение не может без ведома ОС получить дополнительную область памяти, занять процессор дольше, чем выделено на то времени.
Данные привилегия обеспечиваются ОС за счет средств аппаратной поддержки, поддерживающий как минимум 2 режима:
Режим ядра или привилегированный режим
Пользовательский режим
На рис. 3 показано архитектура ОС с ядром привилегированного режима.
Рис. 3. Архитектура операционной системы с ядром
В привилегированном режиме
Приложение ставится в подчиненное положение за счет запрета выполнение в пользовательском режиме некоторых критичных программ, т.е. аппаратно они запрещены. Однако запрет может осуществляться, безусловно или запрет при определенных условий.
Система привилегий может иметь несколько уровней, при этом между аппаратно и программно реализуемых … нет прямого соответствия. Обычно в ОС образуется иерархия привилегий, целесообразность числа привилегий обычно определяется разработчиками ОС, в зависимости от ее назначения. Повышение устойчивости ОС за счет реализации привилегированного режима ядра несколько снижает быстродействие системы в целом.
Рис. 4. Смена режимов при выполнении системного вызова
К привилегированному ядру
На рисунке 4 поясняется наличие накладных расходов, снижающих быстродействие системы при переходе из режима приложений в режим ядра и обратно в случае системных вызовов. Архитектуру основанной на ядре часто называется классической.
Архитектура операционных систем: многослойная структура ос
Многослойная структура вычислительной системы
ВС работающую под управлением ОС можно рассматривать, как систему состоящую из трех иерархически расположенных слоев.
Рис 5
Рис. 5. Трехслойная схема вычислительной системы
Слоистая структура ОС свидетельствует о том, что каждый слой может взаимодействовать только, со внешним слоем, в то время как внутри слоя, модули взаимодействуют произвольно
Рис. 6
Рис. 6. Концепция многослойного взаимодействия
Такая организация имеет достоинства:
Упрощает разработку системы
Позволяет просто изменять модули внутри слоя
Многослойный подход является характерным и для структуры ядра ОС
Рис.7
Рис. 7. Многослойная структура ядра ОС
Исходя из рисунка 7, внутренним самым близким к аппаратуре являются средства аппаратной поддержки ОС. К ним относят средства поддержки привилегированного режима, система прерываний, средства переключения контекстов процессов, средства защиты областей памяти и т.п.
Машинно-зависимые модули, этот слой образует программные модули, в которых отражается специфика аппаратной платформы, этот слой полностью экранирует внешние слои ВС от аппаратуры.
Базовые механизмы ядра он выполняет наиболее примитивные операции ядра. Например: программное переключение контекста процесса, диспетчеризация прерываний.
Менеджеры ресурсов. Состоит из функциональных модулей, реализующих стратегические задачи по управлению основными ресурсами ВС.
Интерфейс системных вызовов является самым верхним, и взаимодействуют со вспомогательными модулями ОС и приложениями.
В реальных ОС распределение слоев ядра может быть другим