рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Образование
/
Архитектура ОС.

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Архитектура ОС.

Архитектура ОС. - раздел Образование, Основные понятия и определения Под Архитектурой Понимают Системную Организацию На Основе Программных Модулей...

Под архитектурой понимают системную организацию на основе программных модулей, имеющих определенное функциональное назначение с четко оговоренными правилами взаимодействия.

монолитные ОС
многослойные ОС
микроядерные ОС

сначала ОС были монолитными. При разработке мало внимания обращалось на структуру, сложность возрастала. Windows NT 3.5 содержала 4 млн строк. NT 4 — 1996 год — 16,5 млн строк, Windows 2000 – 20 млн, Windows XP — 40 млн строк, Linux – 11010647 строк, Linux 3.3 – 15 млн строк. Увеличение сложности ОС сопровождается возникновением 3 основных проблем:

в системах имеются скрытые ошибки
новые ОС доходят до пользователя с хроническим опозданием
рост производительности происходит не так быстро, как планируется.

Чтобы преодолеть эти проблемы стали использовать модульную структуру, которая предполагает построение ПО из модулей. Иерархическая структура ОС предполагает что функции различных модулей находятся на разных уровнях в зависимости от их сложности, временных характеристик и степени абстракции. В процессе эволюции на смену монолитным пришли слоистые ОС, разработанные на основе модульной структуры с иерархической организацией функций, взаимодействие которых возможно только с функциями, находящимися на соседних уровнях. Микроядерные ОС приобрели популярность после создания ОС Mach. Суть микроядерной ОС заключается в том, что в микроядре сосредоточены только самые важные функции ОС. Остальные службы и приложения выполняются в пользовательском режиме. Общая тенденция — многие службы традиционного ядра теперь стали входить во внешние подсистемы, взаимодействующие с микроядром и друг с другом. К внешним подсистемам относятся драйверы, файловые системы, менеджер виртуальной памяти, управление окнами, службы безопасности.

Ядро и вспомогательные модули ОС.

В большинстве случаев выделяют основные и вспомогательные модули. Основные модули выполняют такие базовые функции ОС, как управление процессами, памятью, устройствами ввода/вывода. Обычно ядро оформляется в виде программного модуля. Функции:

функции решения внутрисистемных задач ВП. К ним относятся: переключение контекстов, загрузка выгрузка страниц памяти, обработка прерываний, недоступны для приложений.
Функции поддержки приложений. Создают так называемую прикладную программную среду (ППС), то есть приложения могут обращаться с системными вызовами к ядру. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями образуют интерфейс прикладного программирования (API). Большая часть модулей ядра находится в памяти и является резидентом.

Функции вспомогательных модулей являются менее обязательными, к ним относят программы архивации, дефрагментации, оформляются в виде приложений или в виде библиотек процедур. Четкого разделения не существует. Вспомогательные модули разделяются на группы:

утилиты — программы для решения отдельных задач управления и сопровождения компьютерной системы.
Системные обрабатывающие программы — текстовые, графические редакторы.
Программы предоставления пользователю дополнительных услуг — приложения.
Библиотеки процедур.

Такое разделение упрощает разработку. Модули ОС обычно загружаются в ОП только на время выполнения своих функций, то есть являются транзитными.

Ядро в привилегированном режиме.

Обеспечить привилегии ОС невозможно без поддержки аппаратуры. Аппаратура должна поддерживать 2 режима:

пользовательский
привилегированный.

Пользовательский режим	Утилиты	Приложения	Библиотеки	Системные обработки
Привилегированный режим	Ядро

Приложения ставятся в подчиненное положение за счет запрета выполнения некоторых критичных команд, связанных с переключением процессора с задачи на задачу, управлением устройствами ввода/вывода, доступом к механизмам распределения и защиты памяти.

Каждое приложение работает в своем адресном пространстве. Свойство позволяет локализовать некоторые некорректные приложения в одной области памяти. Intel – 4 уровня привилегий. OS2 строит 3 уровня привилегий, а Windows — 2 уровня привилегий. Рассмотренная архитектура называется классической.

Многослойная структура ОС на базе ядра в привилегированном режиме.

В центре — аппаратура, вокруг неё ядро, вокруг ядра — утилиты. Каждый слой взаимодействует только с соседними слоями. Каждый слой обслуживает вышележащий слой, выполняет для него некоторый набор функций, которые образуют межслойный интерфейс. Такая организация имеет много достоинств: существенно упрощена разработку, кроме того при модернизации системы можно изменять модули внутри слоя без изменения в других слоях.

1 слой — аппаратура.

2 слой — средства аппаратной поддержки ОС. Часть функций ОС может выполняться аппаратными средствами. При чем к ОС относятся только те аппаратные средства, которые напрямую участвуют в вычислительных процессах (средства поддержки привилегированного режима, система прерываний, средства защиты областей памяти)

3 слой — машинно-зависимые компоненты системы. Слой образуют программные модули, в которых отражается специфика аппаратной платформы компьютера, он экранирует высшие слои ядра от аппаратуры.

4 слой — базовые механизмы ядра. Слой выполняет наиболее примитивные операции ядра: диспетчеризацию прерываний, перенос из памяти на диск и обратно. На этом слое решений не принимается.

5 слой — менеджеры ресурсов. Этот слой состоит из мощных функциональных модулей, реализующих стратегические задачи по управлению вычислительными ресурсами системы. Обычно на данном слое работают менеджеры процессов, ввода/вывода, файловые системы и ОП.

6 слой — интерфейс системных вызовов. Является самым верхним ядра, взаимодействует непосредственно с приложениями, образуя API. Функции API, обслуживающие системные вызовы, предоставляют доступ к ресурсам в удобной и компактной форме без указания деталей их физического расположения.

Это разбиение достаточно условно. Способ взаимодействия слоев тоже может отличаться от описанной. Рассмотренная структура называют классической. Пять основных принципов:

все основные функции ОС работают в привилегированном режиме
некоторые вспомогательные функции оформляются в виде приложений и выполняются в пользовательском режиме.
Каждое приложение работает в адресном пространстве и защищено от вмешательства других приложений
код ядра, выполняемый в привилегированном режиме, имеет доступ к памяти всех приложений, но сам полностью от них защищен
приложения обращаются к ядру с запросом на выполнение системных функций.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Основные понятия и определения

Основные понятия и определения... ОС организованный набор программ и данных обеспечивающий управление всеми ресурсами вычислительной системы ВС и...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Архитектура ОС.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Эволюция ОС.
Выделяют пять–шесть периодов развития ОС. до 40–х годов ХХ века – нулевой этап: вычислительные устройства стали разрабатываться с использованием ламп, ОС отсутствует, появляются прин

Микроядерная архитектура ЭВМ.
Эта архитектура является альтернативой классической архитектуре. Её суть: в привилегированном режиме остается работать только небольшая часть ОС, называемая микроядром. Микроядро защищено от осталь

Процессор. Управление процессами.
Концепции процесса. Процессом является выполняемая программа, включающая текущие значения счетчика команд, регистров и переменных. Процесс потребляет такие ресурсы как: адресное про

Управление задачами.
Понятия процесса и потока не всегда разделяются. По отношению к ресурсу «процессорное время» оба понятия эквивалентны. Фактически они выступают как некоторая работа. Поэтому далее будем использоват

Планирование вычислительных процессов и стратегии планирования (обслуживания).
Стратегия планирования определяет, какие процессы мы планируем на выполнение, для того чтобы достичь поставленной цели. Известно большое количество различных стратегий выбора процесса, которому нео

Асинхронные параллельные процессы.
Процессы называются параллельными, если они существуют одновременно. Параллельные процессы могут работать совершенно независимо друг от друга или они могут быть асинхронными – им необходимо периоди

Семафоры.
Концепция семафоров была предложена Дейкстра. Семафор представляет собой целочисленную переменную S, с которой ассоциирована очередь ожидающих процессов. Пытаясь пройти через семафор, процесс однов

Мониторы.
Рассмотренный алгоритм Деккера имеет некоторые недостатки. Чтобы от них избавиться создали мониторы. Хоар 1974 год. Монитор – это механизм организации параллелизма, который содержит как да

Тупики.
Говорят, что в мультипрограммной системе процесс находится в состоянии тупика (дедлока (клинча)), если он ожидает события, которое никогда не произойдет. Системная тупиковая ситуация (зависание) –

Физическая память.
Внешняя память (storage) Основная память (оперативная) Быстродействующая память Регистры процессора Для выполнения программы необходимо, чтобы данные размещались

Связанное и несвязанное распределение памяти.
Самые первые ЭВМ требовали связного распределения – каждая программа должна была занимать один блок ячеек. Свободная память Программа пользователя Операц

Виртуальная память.
Виртуальная память ограничивает число одновременно выполняющихся программ. Одним из решений этой проблемы было разделение программ на части, которые называются overlay – если какой-то модуль не раб

Управление виртуальной памятью, стратегии управления.
Стратегии вталкивания. Определяют, когда следует переписывать очередную страницу или сегмент в основную память. Существует 2 стратегии: по запросу и с упреждением. Вталкивание по за

Кэширование данных.
Быстродействующая память основана на организации SRAM, её объем – несколько мегабайт, скорость доступа не превышает 8 мс. Регистры процессора – несколько байтов, скорость – 2-3 мс. Кэш-пам

Принцип действия кэш–памяти.
Кэш не является адресуемой, поэтому поиск данных осуществляется по

Ввод/вывод. Управление файлами и файловой системой.
Планирование работы с магнитными дисками. Данные записываются на поверхностях магнитных дисков. На каждом магнитном диске размещены тонкие концентрические кольца – дорожки. На них з

Логическая организация ФС.
– это организация, предназначенная для удобств пользователю. Для этого физическую структуру данных на диске подменяют некоторой удобной для пользователя логической моделью, основным

Логическая организация файлов.
Логическая запись – это наименьший элемент данных, которым может оперировать программист при обмене с внешним устройством. Если поддержка структур данных выполняется самим приложением, то

Физическая организация ФС.
Под физической организацией ФС подразумевается способ расположения информации на физических устройствах, характеризуемых такими понятиями, как диск, раздел, дорожка, цилиндр, кластер, сектор. С эти

Права доступа к файлу.
Определить права доступа – значит определить набор операций для каждого пользователя, который он может выполнить с файлом. Список операций доступа: 1. право на создание/уничтожени

ОС Unix/Linux.
В начале 1965 г. компания Bell Telephone Laboratories (AT&T) совместно с General Electric Company (MIT) начали разрабатывать новую ОС – MULTCS. ОС должна была быть многозадачной с разделением в

Типы файлов.
Обычный – представляет собой наиболее общий тип файлов, содержащий данные различных форматов (текст, бинарный и т.д.). Для ОС такие файлы представляют собой просто последовательность байтов,

Создание и монтирование ФС.
Linux может работать с несколькими ФС: ext3fs (2001 год), ext4fs (2008 год), Reiser FS (2001 год), Reiser 4 (2004 год), Btrfs (2007 год), msdos (FAT), vfat (FAT32), iso9660 (CDROM), nfs, Linux_NTFS

Индексные дескрипторы файлы и системы адресации файлов.
Каждому файлу соответствует один индексный дескриптор, который имеет порядковый номер, называемый индексом файла. Это означает, что число файлов ограничено числом индексных дескрипторов, которое ли

Управление процессами.
Процессом в Unix называется единица исполнения программного кода. Процесс может выполняться в одном из двух состояний: пользовательском и системном. Когда пользовательскому процессу требуе

История.
MS–DOS, MS–DOS + Windows 3.1 Windows 95, 98, ME. Windows NT, 2000, XP, 2003, Vista, 2008, 7, 2008 R2. MS–DOS – 1981 год – однозадачная, 16-разрядная.

Структура ОС Windows.
Она имела первоначально микроядерный дизайн. Потом стали использовать гибридную архитектуру. Платформы – Intel, Alpha (DEC), Power PC (IBM), MIPS (Silicon Graphics). В ОС

Подсистема win32.
Взаимодействие между приложениями и ОС осуществляется с помощью системных вызовов, однако, приложение не может произвести системный вызов напрямую, вместо этого оно должно воспользоваться программн

Объекты, менеджер объектов.
Для слаженной работы системы ресурсов Windows создает объекты, управление которыми происходит с помощью менеджера объектов. Когда приложение открывает файл, создает поток или семафор, оно получает

Объекты ядра.
Поддержка объектов ядра выполняется ядро и исполнительной системой. Помимо объектов ядра существуют объекты для управления окнами (user) и графикой (gdi). Они уже реализуются подсистемой поддержки

Структура объектов.
Каждый объект имеет заголовок объекта – содержит в себе имя объекта, каталог объекта, информация о защите, квота (устанавливает ограничение на количество процессов), счетчик ссылок, список п

Описатели объектов.
Создаются при вызове win32-функций. В случае успешного выполнения создается 64-битное описатель. При этом описатель находится в таблице описателей процессов. Из 64 разрядов 29 используется для ссыл

ФС NTFS.
В ОС Windows присутствует система ввода/вывода. Задача этой системы – скрыть особенности работы с дисками и предоставить в распоряжение ФС используемое дисковое пространство в виде непрерывной посл

Точки повторного анализа.
Современные ОС предоставляют в распоряжение пользователей возможности для монтирования ФС и образования жестких и символических связей. Эта возможность реализована с помощью точек повторного анализ

Надежность ФС.
Для обозначения совокупности действий, выполняемых файловой операцией, используется термин «транзакция». Для сохранения целостности транзакция должна выполняться целиком или не выполняться вообще.