 |
Изобразите многослойную структуру ОС и поясните ее основные особенности.
|
|
|
|
Что понимают под архитектурой, структурой и составом ОС?
ОС как и любая другая сложная система должна иметь рациональную и понятную структуру, т.е. иметь модули с четко оговоренными правилами взаимодействия. Функциональная сложность ОС приводит к сложности ее архитектуры, под которой обычно понимается:
- Структурная организация ОС на основе различных программных модулей
- Логическая организация системы с точки зрения пользователя
В состав ОС обычно входят исполняемые и объектные модули стандартных форматов данной ОС, модули исходного текста программ, библиотеки разных типов, программные модули специального формата (загрузчик ОС, драйверы ввода-вывода), конфигурационные файлы, модули справочной системы и др.
Каков типовой состав ОС?
Единой для всех ОС архитектуры не существует, но разработчики часто используют некоторые общие подходы к структурированию ОС.
Наиболее общие подходы делят ОС на 2 основные группы:
- Ядро ОС (модули, выполняющие основные функции ОС)
· Модули, решающие внутрисистемные задачи
· Модули, обеспечивающие поддержку приложений
- Вспомогательные модули
· Утилиты
· Системные обрабатывающие программы
· Сервисные программы
· Библиотеки процедур различного назначения
Представьте классическую архитектуру ОС (на основе ядра), поясните состав и функции ядра и вспомогательных модулей ОС.
Модуль ядра выполняет такие базовые функции ОС как управление процессами, памятью и др. и составляют сердцевину ОС, без которой она становится полностью неработоспособной. Такое ядро ОС называют монолитным.
В состав ядра входит:
- Модуль, решающие внутрисистемные задачи
Например, переключение контекстов процессов, загрузка и выгрузка страниц, обработка прерываний. Все эти функции не доступны для приложений.
|
|
|
- Модуль, обеспечивающий поддержку приложений
Создание прикладной программной среды. Приложения могут обращаться к ядру с запросами для выполнения тех или иных действий. Например, открытие или чтение файла, вывод графической информации и т.д.
Функции, выполняемые модулями ядра, являются наиболее часто используемыми функциями ОС, поэтому скорость их выполнения определяет производительность всей системы в целом.
Остальные модули ОС выполняют хотя и весьма полезные, но менее обязательные функции ОС. Выполняются в виде приложений или библиотек. Например, архивация дисков, работа с графикой.
Какие режимы, обеспечивающие привилегии ОС, должна поддерживать аппаратура компьютера?
Обеспечить привилегии нельзя без специальных средств аппаратной поддержки, поэтому аппаратура ЭВМ должна поддерживать как минимум 2 режима работы:
1. User Mode (Пользовательский режим)
2. Kernel mode (Supervisor mode) привилегированный режим
Тогда ОС и ее части работают в привилегированном режиме, а все приложения – в пользовательском режиме. Приложения подчинены ОС за счет запрета выполнения в пользовательском режиме некоторых критичных команд, связанных с переключением процессора с задачи на задачу, управлением УВВ, доступом к механизмам распределения и зашиты памяти.
Какая задержка переключений процессора характерна для классической архитектуры ОС?
Платой за повышение устойчивости ОС при переходе в привилегированный режим является некоторое замедление выполнения системных вызовов. Системный вызов привилегированного ядра инициирует переключения процессора из пользовательского режима в привилегированный, а при возврате к приложению – назад в пользовательский. Из-за такой двукратной задержки переключения процессора вызов процедуры со сменой режима выполняется медленнее, чем без смены.
|
|
|
Изобразите многослойную структуру ОС и поясните ее основные особенности.
Вычислительную систему, работающую под управлением ОС на основе монолитного ядра можно представить в виде трехуровневой иерархии слоев:
1. Аппаратура
2. Ядро
3.Вспомогательные модули ОС
Многослойный подход является универсальным и эффективным способом декомпозиции сложных систем любого типа. В соответствии с этим подходом:
- Система состоит из иерархии слоев
- Каждый слой обслуживает вышележащий слой, выполняя для него некоторый набор функций межслойного интерфейса.
- На основе функций нижележащего слоя следующий слой строит свои функции – более сложные и более мощные, которые являются основой для создания еще более мощных функций слоя.
- Строгие правила касаются только взаимодействия между слоями системы, а между модулями внутри слоя связи могут быть произвольными.
- Отдельный модуль может выполнять свою работу либо самостоятельно, либо обратиться за помощью к нижележащему через межслойный интерфейс.
|
|
|
