1.8.2 Привилегированный режим и режим пользователя

Основным характерным признаком ядра является то, что оно выполняется в привилегированном режиме.

Рассмотрим особенности этого режима.

Для обеспечения эффективного управления ресурсами компьютера ОС должна иметь определенные привилегии относительно прикладных программ. Надо, чтобы прикладные программы не вмешивались в работу ОС, и вместе с тем ОС должна иметь возможность вмешаться в работу любой программы, например для переключения процессора или решение конфликта в борьбе за ресурсы.

Для реализации таких привилегий нужна аппаратная поддержка: процессор должен поддерживать по крайней мере два режима работы - привилегированный (защищенный режим или режим ядра) и режим пользователя. Подразумевается, что ОС или некоторые её части работают в привелигерованном режиме, а прриложения –в пользовательском режиме.

В режиме пользователя недопустимы команды, которые являются критическими для работы системы (переключение задач, обращение к памяти за заданными границами, доступ к устройствам ввода-вывода и т.п.).

Рассмотрим, каким образом используются разные режимы процессора во время взаимодействия между ядром и прикладными программами.

После загрузки ядро включает процессор в привилегированный режим и получает полнейший контроль над компьютером. Каждое приложение запускается и выполняется в режиме пользователя, где оно не имеет доступа к ресурсам ядра и других программ.

Когда нужно выполнить действие, реализованное в ядре, приложение делает системный вызов. Ядро перехватывает его, включает процессор в привилегированный режим, выполняет действие, переключает процессор назад в режим пользователя и возвращает результат приложению.

Системный вызов выполняется медленнее чем вызов функции, реализованной в режиме пользователя, потому что процессор дважды переключается между режимами. Для повышения производительности в некоторых ОС часть функциональности реализована в режиме пользователя, поэтому для доступа к ней системные вызовы использовать не нужно.

1.9 Реализация архитектуры операционных систем

В реальных ОС обычно используют некоторую комбинацию подходов к реализации архитектуры ОС.

1.9.1. Монолитные системы

ОС, в которых все базовые функции сконцентрированы в ядре, называют монолитными системами.

В случае реализации монолитного ядра ОС становится производительнее (процессор не переключается между режимами во время взаимодействия между ее компонентами), но менее надежной (весь ее код выполняется в привилегированном режиме, и ошибка в каждом из компонентов будет критической).

Монолитность ядра не означает, что все его компоненты должны постоянно находиться в памяти. Современные ОС дают возможность динамично размещать в адресном пространстве ядра фрагменты кода (модуль ядра).

Достоинства: Недостатки:

-простота разработки; -большой объем оперативной памяти занимаемый ОС;

-высокая скорость работы. -сбой какого либо модуля ОС приводит к сбою всей системы

Примеры: ОС с ядром UNIX такие как: LINUX, BSD