Архітектура операційної системи. Поняття ядра. Ядро в привілейованому режимі. Багатошарова структура ОС.

Єдиної архітектури ОС не існує, але існують універсальні підходи до структуризації ОС.

Ядро та додаткові модулі ОС.

Найзагальнішим підходом до структуризації ОС є ділення всіх її модулів на 2 групи:

- ядро (виконує основні функції ОС);

- модулі, які виконують допоміжні функції ОС.

Інший клас функцій ядра служить для підтримки додатків, створюючи для них прикладне програмне середовище. Програма користувача звертається до ядра із запитами – системними викликами. Ці запити можуть бути виконанням тих чи інших дій, відкриттям/закриттям файлів і т.д.

Функції ядра, які може викликати програма користувача, створюють інтерфейс прикладних програм.

Функції, що виконуються модулем ядра, є такими, що найчастіше викликаються програмами користувача. А, отже, швидкість їх виконання визначає швидкість роботи всієї ОС.

Для забезпечення високої швидкодії всі модулі ядра ОС або значна їх частина завжди знаходяться в ОП, тобто вони являються резидентними.

Ядро є рушійною силою всіх обчислювальних процесів у системі, а, отже, збій ядра може привести до збою системи в цілому.

Розподіл ОС на ядро та додаткові модулі забезпечує досить легкий процес розширення ОС. Щоб додати нову високорівневу функцію обробити програму і не модифікувати ядро. Внесення змін у функціональність ядра може виявитись складним і вимагатиме повної перекомплектації ядра.

ОС або деякі її частини працюють в режимі ядра, а програми в режимі користувача.

Програми ставляться у підлегле положення за рахунок заборони виконання деяких критичних команд, що пов’язані з перемиканням процесора з задачі на задачу, управлінням пристроїв вводу/виводу, доступом до механізму захисту пам’яті.

Використання деяких функцій в режимі користувача забороняється без умов, а інші забороняються при виконанні деяких умов.

Між кількістю рівнів привілеїв, які реалізуються апаратно, та кількістю рівнів, які реалізує ОС, немає прямого співвідношення. Якщо апаратура підтримує хоча б 2 рівні привілеїв, то ОС може на основі цих рівнів створити будь-яку систему захисту.

Підвищення стійкості ОС, що забезпечується переходом ядра в привілейований режим досягається за рахунок деякого сповільнення виконання системних запитів. Системний запит до ядра ініціює перехід процесора із режиму користувача, а при поверненні до програми перемикання з привілейованого режиму користувача. Тому виникають затримки. ОС MS-DOS працює в режимі користувача і не захищає ресурси. Тому будь-яка некоректно працююча програма може призвести до краху ОС.

Багатошарова структура ОС. Обчислювальну систему, яка працює на основі ОС з використанням ядра, можна розглядати як систему, яка складається з трьох ієрархічно складених шарів.

Нижній шар формує апаратура, другий – ядро, а третій – програми користувача.

Багатошаровий підхід є універсальним, тобто він є ефективним способом для складних систем.

Кожен шар обслуговує вище розміщений шар, виконуючи для нього деякий набір функцій, що формують міжшаровий інтерфейс. Кожен шар забезпечує свій набір функцій і чим вище він розміщений, тим вищим є даний набір.

Така організація суттєво спрощує розробку систем так як дозволяє спочатку виділення функцій кожного шару методом зверху вниз, а потім при детальній реалізації......

Тому можна змінювати модулі кожного шару без необхідності проводити зміни у шарах.

Ядро – складний багатофункціональний комплекс. Тому на нього розповсюджується багатошаровий підхід. Шари ядра:

1. засоби апаратної підтримки ОС – це апаратні засоби підтримки привілейованого режиму системи переривань.

2. машинно-занесені компоненти ОС – цей шар формує програмні модулі, в яких відображається специфіка компонент моделі.

3. базові механізми ядра – забезпечує найпримітивніші операції ядра – програмне перемикання процесів, диспетчеризація програм; не приймає рішень про розподілення ресурсів.

4. менеджер ресурсів.

5. інтерфейс системних викликів – найвищий шар ядра, що взаємодіє безпосередньо з програмами та утилітами, формуючи прикладний програмний інтерфейс.

Приведений спосіб розбиття ядра ОС є досить умовним. Спосіб взаємодії шарів може відрізнятись від описаної схеми.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: