Багатошарова структура ОС - раздел Образование, Тема 1. Основні концепції операційних систем Обчислювальну Систему, Працюючу Під Управлінням Ос На Основі Ядра, Можна Розг...
Обчислювальну систему, працюючу під управлінням ОС на основі ядра, можна розглядати як систему, що складається з трьох ієрархічно розташованих шарів : нижній шар утворює апаратура, проміжний — ядро, а утиліти, оброблювальні програми і додатки, складають верхній шар системи (мал. 3.6). Шарувату структуру обчислювальної системи прийнято зображувати у вигляді системи концентричних кіл, ілюструючи той факт, що кожен шар може взаємодіяти тільки з суміжними шарами. Дійсно, при такій організації ОС додатка не можуть безпосередньо взаємодіяти з апаратурою, а тільки через шар ядра.
Мал. 3.6. Тришарова схема обчислювальної системи
Багатошаровий підхід є універсальним і ефективним способом декомпозиції складних систем будь-якого типу, у тому числі і програмних. Відповідно до цього підходу система складається з ієрархії шарів. Кожен шар обслуговує вищерозміщений шар, виконуючи для нього деякий набір функцій, які утворюють міжшаровий інтерфейс (мал. 3.7). На основі функцій шару, що пролягає нижче, наступний (вгору за ієрархією) шар будує свої функції — складніші і потужніші, які, у свою чергу, виявляються примітивами для створення ще потужніших функцій вищерозміщеного шару. Суворі правила торкаються тільки взаємодії між шарами системи, а між модулями усередині шару зв'язку можуть бути довільними. Окремий модуль може виконати свою роботу або самостійно, або звернутися до іншого модуля свого шару, або звернутися по допомогу до шару, що пролягає нижче, через міжшаровий інтерфейс.
Така організація системи має багато достоїнств. Вона істотно спрощує розробку системи, оскільки дозволяє спочатку визначити зверху «вниз» функції шарів і міжшарові інтерфейси, а потім при детальній реалізації поступово нарощувати потужність функцій шарів, рухаючись «від низу до верху». Крім того, при модернізації системи можна змінювати модулі усередині шару без необхідності робити які-небудь зміни в інших шарах, якщо при цих внутрішніх змінах міжшарові інтерфейси залишаються в силі.
Мал. 3.7. Концепція багатошарової взаємодії
Оскільки ядро є складним багатофункціональним комплексом, то багатошаровий підхід зазвичай поширюється і на структуру ядра.
Ядро може складатися з наступних шарів:
Засоби апаратної підтримки ОС. Досі про операційну систему говорилося як про комплекс програм, але, взагалі кажучи, частина функцій ОС може виконуватися і апаратними засобами. Тому іноді можна зустріти визначення операційної системи як сукупності програмних і апаратних засобів, що і відбите на мал. 3.8. До операційної системи відносять, природно, не усі апаратні облаштування комп'ютера, а тільки засоби апаратної підтримки ОС, тобто ті, які прямо беруть участь в організації обчислювальних процесів : засоби підтримки привілейованого режиму, систему переривань, засобу перемикання контекстів процесів, засобу захисту областей пам'яті і т. п.
Машинно-залежні компоненти ОС. Цей шар утворюють програмні модулі, в яких відбивається специфіка апаратної платформи комп'ютера. У ідеалі цей шар повністю екранує вищерозміщені шари ядра від особливостей апаратури. Це дозволяє розробляти вищерозміщені шари на основі машинно-незалежних модулів, існуючих в єдиному екземплярі для усіх типів апаратних платформ, підтримуваних цією ОС. Прикладом екрануючого шару може служити шар HAL операційної системи Windows NT.
Базові механізми ядра. Цей шар виконує найбільш примітивні операції ядра, такі як програмне перемикання контекстів процесів, диспетчеризацію переривань, переміщення сторінок з пам'яті на диск і назад і т. п. Модулі цього шару не приймають рішень про розподіл ресурсів — вони тільки відпрацьовують прийняті «вгорі» рішення, що і дає привід називати їх виконавчими механізмами для модулів верхніх шарів. Наприклад, рішення про те, що в даний момент треба перервати виконання поточного процесу А і почати виконання процесу, приймається менеджером процесів на вищерозміщеному шарі, а шару базових механізмів передається тільки директива про те, що треба виконати перемикання з контексту поточного процесу на контекст процесу В.
Менеджери ресурсів. Цей шар складається з потужних функціональних модулів, що реалізовують стратегічні завдання по управлінню основними ресурсами обчислювальної системи. Зазвичай на цьому шарі працюють менеджери (що називаються також диспетчерами) процесів, введення-виводу, файлової системи і оперативної пам'яті. Розбиття на менеджери може бути і декілька іншим, наприклад менеджер файлової системи іноді об'єднують з менеджером введення-виводу, а функції управління доступом користувачів до системи в цілому і її окремим об'єктам доручають окремому менеджерові безпеки. Кожен з менеджерів веде облік вільних і використовуваних ресурсів певного типу і планує їх розподіл відповідно до запитів додатків. Наприклад, менеджер віртуальної пам'яті управляє переміщенням сторінок з оперативної пам'яті на диск і назад. Менеджер повинен відстежувати інтенсивність звернень до сторінок, час перебування їх в пам'яті, стану процесів, що використовують дані, і багато інших параметрів, на підставі яких він час від часу приймає рішення про те, які сторінки необхідно вивантажити і які — завантажити. Для виконання прийнятих рішень менеджер звертається до шару базових механізмів, що пролягає нижче, із запитами про завантаження (вивантаженню) конкретних сторінок. Усередині шару менеджерів існують тісні взаємні зв'язки, що відбивають той факт, що для виконання процесу потрібний доступ одночасно до декількох ресурсів — процесора, області пам'яті, можливо, до певного файлу або облаштування введення-виводу. Наприклад, при створенні процесу менеджер процесів звертається до менеджера пам'яті, який повинен виділити процесу певну область пам'яті для його кодів і даних.
Інтерфейс системних викликів. Цей шар є самим верхнім шаром ядра і взаємодіє безпосередньо з додатками і системними утилітами, утворюючи прикладний програмний інтерфейс операційної системи. Функції API, обслуговуючі системні виклики, надають доступ до ресурсів системи в зручній і компактній формі, без вказівки деталей їх фізичного розташування. Наприклад, в операційній системі UNIX за допомогою системного виклику fd = open("/doc/a.txt", 0_RDONLY) застосування відкриває файл a.txt, що зберігається в каталозі /doc, а за допомогою системного виклику read(fd, buffer, count) читає з цього файлу в область свого адресного простору, що має ім'я buffer, деяка кількість байт. Для здійснення таких комплексних дій системні виклики зазвичай звертаються за допомогою до функцій шару менеджерів ресурсів, причому для виконання одного системного виклику може знадобитися декілька таких звернень.
Мал. 3.8. Багатошарова структура ядра ОС
Приведене розбиття ядра ОС на шари є досить умовним. У реальній системі кількість шарів і розподіл функцій між ними може бути і іншим. У системах, призначених для апаратних платформ одного типу, наприклад ОС NetWare, шар машинно-залежних модулів зазвичай не виділяється, зливаючись з шаром базових механізмів і, частково, з шаром менеджерів ресурсів. Не завжди оформляються в окремий шар базові механізми — в цьому випадку менеджери ресурсів не лише планують використання ресурсів, але і самостійно реалізують свої плани.
Можлива і протилежна картина, коли ядро складається з більшої кількості шарів. Наприклад, менеджери ресурсів, складаючи певний шар ядра, у свою чергу, можуть мати багатошарову структуру. Передусім це відноситься до менеджера введення-виводу, нижній шар якого складають драйвери пристроїв, наприклад драйвер жорсткого диска або драйвер мережевого адаптера, а верхні шари — драйвери файлових систем або протоколів мережевих служб, що мають справу з логічною організацією інформації.
Спосіб взаємодії шарів в реальній ОС також може відхилятися від описаної вище схеми. Для прискорення роботи ядра в деяких випадках відбувається безпосереднє звернення з верхнього шару до функцій нижніх шарів, минувши проміжні. Типовим прикладом такої «неправильної» взаємодії є початкова стадія обробки системного виклику. На багатьох апаратних платформах для реалізації системного виклику використовується інструкція програмного переривання. Цим додаток фактично викликає модуль первинної обробки переривань, який знаходиться в шарі базових механізмів, а вже цей модуль викликає потрібну функцію з шару системних викликів. Самі функції системних викликів також іноді порушують субординацію ієрархічних шарів, звертаючись прямо до базових механізмів ядра.
Вибір кількості шарів ядра є відповідальною і складною справою: збільшення числа шарів веде до деякого уповільнення роботи ядра за рахунок додаткових накладних витрат на міжшарову взаємодію, а зменшення числа шарів погіршує розширюваність і логічність системи. Зазвичай операційні системи, що пройшли довгий шлях еволюційного розвитку, наприклад багато версій UNIX, мають неврегульоване ядро з невеликим числом чітко виділених шарів, а у порівняно «молодих» операційних систем, таких як Windows NT, ядро розділене на більше число шарів і їх взаємодію формалізовано в набагато більшій мірі.
Мета Ознайомитися і вивчити історію розвитку ОС Ознайомитися з існуючими класифікаціями сучасних операційних систем Дізнатися про функції та... План Історія розвитку операційних систем Класифікація сучасних... Сторія розвитку операційних систем Перші ЕОМ були побудовані і знайшли...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Багатошарова структура ОС
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Сторія розвитку операційних систем
Операційна система - це програма, яка запускається відразу після включення комп'ютера і дозволяє користувачеві управляти комп'ютером.
Операційна система Unix
Вважається, що в появі Юнікса зокрема винна... комп'ютерна гра. Річ у тому, що Кен Томпсон (дивитеся фото лі
Операційна система DOS
ДОСы були завжди. Перші - від IВМ, року в 1960-х, вони були дуже обмежені функціонально. Нормальні, такі, що
Операційна система OS/2
Усе почалося з OC VM (Virtual Machine), що вийшла в 1972 році. Випущений тоді продукт називався VM/370 і був призначений для підтримки сервера для певної кількості користувачів. Ця ОС, що давно від
Операційна система Windows
Windows була, напевно, першою операційною системою, яку Білу Гейтсу (дивитеся фото ліворуч) ніхто не замовля
Класифікація сучасних операційних систем
Операційна система складає основу програмного забезпечення ПК. Операційна система представляє комплекс системних і службових програмних засобів, який забезпечує взаємодію користувача з комп'ютером
Функції типових операційних систем
Основна функція усіх ОС - посередницька. Вона полягає в забезпеченні інтерфейсів :
· користувача (між користувачем і програмно-апаратними засобами
По реалізації інтерфейсу
Властивості операційних систем
Властивості ОС - розраховані на багато користувачів, багатозадачні, мережеві ОС.
Многозада́чность (англ. multitasking) — властивість операційної системи або середовищ
Архітектура операційних систем
Будь-яка складна система повинна мати зрозумілу і раціональну структуру, тобто розділятися на частини — модулі, що мають цілком закінчене функціональне призначення з чітко обумовлен
Ядро і допоміжні модулі ОС
Найбільш загальним підходом до структуризації операційної системи є розподіл усіх її модулів на дві групи:
· ядро — модулі, що виконують основні функції ОС;
· модулі, що виконують
Мікроядерна архітектура
Мікроядерна архітектура є альтернативою класичному способу побудови операційної системи. Під класичною архітектурою в даному випадку розуміється розглянута вище структурна організація ОС, відповідн
Концепція віртуальних машин
Віртуальна машина (ВМ, від англ. virtual machine) -
· програмна і/або апаратна система, що емулює апаратне забезпечення деякої платформи і виконуюча програми для цієї платформи (target — ц
Програмна сумісність
Апаратна залежність і переносимість ОС
Багато операційних систем успішно працюють на різних апаратних платформах без істотних змін у своєму складі. Багато в чому це пояснюєть
Компоненти режиму користувача
Розглянемо відмінність режиму користувача від режиму ядра на прикладі Windows.
Для запобігання доступу додатків до критично важливих даних операційної системи і усунення ри
Тема 3. Паралелізм в середовищі операційних систем
Мета: вивчити поняття паралельного виконання процесу, ознайомитися з апаратною підтримкою багатозадачного режиму ОС, вивчити структури, використовувані для задання процесів. Ознайо
Поняття паралельного виконання процесу
Паралельними називаються процеси, у яких "інтервали часу виконання перекриваються за рахунок використання різних ресурсів однієї і тієї ж обчислювальної системи або за рахунок
Апаратна підтримка багатозадачного режиму
Розрахований на багато користувачів режим - це можливість роботи декількох користувачів з базою однієї організації під різними обліковими записами.
Під обл
Реєстрація нового користувача
Щоб зареєструвати нового користувача, адміністратор входить в систему, використовуючи сертифікат ключа, вносить дані про нового користувача і вибирає сервіси, з якими працюватиме користувач.
Структури, використовувані для задання процесів
Дві що належать ядру структури даних описують процес: запис в таблиці процесів і простір процесу.
Таблиця процесів.
Таблиця процесів містить поля, які мають
Моделі та механізми синхронізації
Процесам часто треба взаємодіяти один з одним, наприклад, один процес може передавати дані іншому процесу, або декілька процесів можуть обробляти дані із загального файлу. У усіх ци
Операції планування та диспетчеризації
Упродовж існування процесу виконання його потоків може бути багаторазово перерване і продовжене. Перехід від виконання одного потоку до іншого здійснюється в результаті планування і диспетчеризації
Алгоритми планування
У ОС Windows реалізовано витісняюче пріоритетне планування, коли кожному потоку привласнюється певне числове значення - пріоритет, відповідно до якого йому виділяється процесор. Потоки з однаковими
Процеси
Процес (комп.) — послідовність операцій при виконанні програми, що є наборами байтів, які інтерпретуються центральним процесором як машинні інструкції, дані та стекові структури.
Потоки і
Завдання
Процеси можна об'єднувати в об'єкти завдань (job objects), що дозволяє управляти процесами як групою, встановлювати ліміти ресурсів для усіх процесів, що входять в об'єкт завдання, і вести облікову
Сторія створення MS - DOS
DOS (англ. Disk Operating System — дискова операційна система) — батьківщина тісно пов'язаних операційних систем, які домінували на ринку сумісних із IBM PC комп' ютерів до 1995 року. DOS — однозад
Як відбувається завантаження операційної системи
При включенні живлення комп'ютера управління передається процедурі початкового завантаження, розташованого в постійному пристрої, що запам'ятовує, розташованому на материнській платі комп'ютера. Пр
Які існують типи дистрибутивів MS - DOS
Операційна система MS - DOS поставляється в двох варіантах. Перший варіант призначений для установки на непідготовлений (неформатований) диск комп'ютера і зазвичай поставляється разом з комп'ютером
Тема 6. Операційна система WINDOWS
Мета: Вивчення операційної системи WINDOWS. Навчитися роботі в ній. Вивчити структуру ОС WINDOWS
План
6.1. Робота з вікнами, переглядання вмісту комп'ютера
Тема 6. Операційна система WINDOWS
Мета: Вивчення операційної системи WINDOWS. Навчитися роботі в ній. Вивчити структуру ОС WINDOWS
План
6.1. Робота з вікнами, переглядання вмісту комп'ютера
Нтерфейс користувача Windows
. Діалогові вікна використовуються для налаштування режимів роботи операційної системи, обладнання, програми худе.
Як правило, у діалоговому вікні представлено декілька вкл
Файли, теки, ярлики
Всі документи і програми на дисках зберігаються у вигляді файлів. Файл є основною структурною одиницею файлової системи. Його зміст можна переглянути, змінити, видалити, надрукувати. Файли документ
Складові елементи та структури даних процесу у Windows
На зміну ini -файлам, що має ряд концептуальних обмежень, ще в Windows 3.1 було введено поняття реєстру — реєстраційної бази даних, що зберігає різні налаштування ОС і додатків. Спочатку реєстр був
Створення та завершення процесів у Windows
Створення процесів
Створення Win32 процесу здійснюється викликом однієї з таких функцій, як CreateProcess, CreateProcessAsUser (для Win NT/2000) і CreateProcessWith
Завершення процесів
Процес завершується якщо:
- Вхідна функція первинного потоку повернула управління.
- Один з потоків процесу викликав функцію ExitProcess.
- Потік іншого процесу викликав
Програмний інтерфейс керування процесами Win32 API
У ОС Windows між додатком і сукупністю системних викликів (системних сервісів в термінології Microsoft) розташований додатковий абстрактний шар - програмний інтерфейс Win32 API. За рахунок цього Wi
Складові елементи та структури даних потоку у Windows
У об'єкті ядра "потік" є змінна — лічильник числа простоїв даного по струму При виклику CreateProcess або CreateThread він ініціалізувався значенням, рав ным 1, яке забороняє системі виді
Створення потоків у Windows
Первинний потік створюється автоматично при створенні процесу. Інші потоки створюються функціями CreateThread і CreateRemoteThread (тільки у Win NT/2000/XP).
Архівація інформації
У системі Windows немає вбудованих функцій для роботи з упакованими архівами, тому більшості користувачів доводиться обзаводитися спеціальними утилітами і при цьому вирішувати пробл
Тема 7. Операційні системи UNIX та LINUX
Мета: вивчення історії створення та найпоширеніших версій ОС Unix та Linux. Іх структуру.
План
7.1. Історія виникнення операційної системи UNIX та LINUX
Сторія виникнення операційної системи UNIX та LINUX
UNIX був розроблений американською лабораторією Bell Labs, що входила до складу контори Bell Systems. Історія цієї компанії в області інформаційних технологій почалася в 1957 році, коли її співробі
Системні характеристики операційної системи UNIX
UNIX - одна з найпопулярніших у світі операційних систем завдяки тому, що її супроводжує і поширює велике число компаній. Спочатку вона була створена як багатозадачна система для мінікомп'ютерів і
Системні характеристики операційної системи LINUX
Linux - багатозадачна і розрахована на багато користувачів операційна система для бізнесу, освіти і індивідуального програмування. Linux належить сімейству UNIX -подобных операційних систем, яка мо
Качан інсталяції операційної системи UNIX
Щоб завантажити систему виконаєте наступні кроки:
Переконаєтеся, що усі пристрої із зовнішніми джерелами живлення, підключені до вашої системи (такі як монітор) включені.
Перекона
Качан інсталяції операційної системи LINUX
Для того, щоб почати власне установку Red Hat Linux, вставте настановну дискету (при виготовленні Ви повинні були помітити її як "Boot Diskette'') в дисковод і перезавантажите комп'ютер. Після
Запуск нових програм в ОС UNIX
Управління пакетами за допомогою RPM
Red Hat Package Manager(RPM) - це відкрита система управління пакетами, доступна усім, і використовувана усіма користувачами Red Hat Li
Планування на підставі характеристик подальшого виконання
Основною проблемою організації розрахованого (правильніше сказати, мультипрограмного) на багато користувачів режиму у будь-якій операційній системі є організація планування «паралел
Планування на підставі характеристик подальшого виконання
Основною проблемою організації розрахованого (правильніше сказати, мультипрограмного) на багато користувачів режиму у будь-якій операційній системі є організація планування «паралел
Робота із системним журналом UNIX
Системні журнали починають функціонувати автоматично при запуску операційної системи. Розміри журнальних файлів обмежені, і система записує події, видаляючи старі записи відповідно
Локальна та мережна безпека даних
Украй важливо зрозуміти, що безпека - це не продукт, який можна купити в магазині і бути упевненим у власній захищеності. "Безпека"; - особлива комбінація як технічних, так і адміністрати
Локальна та мережна безпека даних
Украй важливо зрозуміти, що безпека - це не продукт, який можна купити в магазині і бути упевненим у власній захищеності. "Безпека"; - особлива комбінація як технічних, так і адміністрати
Виконуванні файли в LINUX
Файл з точки зору операційної системи є найбільшою сукупністю даних, з якою можна виконувати різні стандартні операції: копіювання, перейменування, вилучення і т.д. З позицій корист
Підтримка багатопроцесорності в LINUX
Ранні SMP системи Linux були слабозв'язаними багатопроцесорними системами, тобто побудованими з декількох окремих систем, пов'язаних високошвидкісним з'єднанням (таким як 10G Ethernet, Fibre Channe
Сильносвязанная багатопроцесорна обробка
Сильносвязанная багатопроцесорна обробка відноситься до обробки на рівні кристала (CMP -- chip - level multiprocessing). Представте слабозв'язану архітектуру, зменшену до рівня кристала. Це і є іде
SMP і ядро Linux
Коли тільки з'явився Linux 2.0, підтримка SMP складалася з основної системи блокування, яке упорядковувало доступ в системі. Пізніше невеликий прогрес в підтримці SMP був, але тільки з ядром 2.6 на
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов