Ядро и привилегированный режим

Состав системного программного обеспечения.

Структура вычислительной системы:

Операционная система(ОС) – программа, которая обеспечивает возможность рационального использования компьютера удобным для пользователя способом.

ОС выполняет 2 группы функций:

· предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать;

· повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

 

Управление ресурсами включает решение следующих общих задач, не зависящих от типа ресурса:

· планирование ресурса- то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить данный ресурс;

· удовлетворение запросов на ресурсы;

· отслеживание состояния и учет использования ресурса – то есть поддержание оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена;

· разрешение конфликтов между процессами.

 

Функции операционной системы

· Планирование заданий и использование процессора

· Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации

· Управление процессами

· Управление памятью

· Управление файлами и внешними устройствами

· Защита данных и администрирование

· Пользовательский интерфейс

 

Классификация операционных систем

1. по назначению

o универсальные

o специализированные

2. по способу загрузки

o загружаемые

o постоянно находящиеся в памяти

3. по особенности управления ресурсами

o многозадачность

§ однозадачные

§ не вытесняющие многозадачность

§ вытесняющие многозадачность

o многопользовательский режим

§ отсутствие

§ наличие

o многопроцессорная обработка

§ отсутствие

§ асимметричные ОС

§ симметричные ОС

4. по базовой технологии

o unix-подобные

o windows-подобные

5. по типу лицензии

o проприетарная

o открытая

6. по области использования и форме эксплуатации

o пакетная обработка

o разделение времени

o реальное время

7. по критериям эффективности

o пропускная способность

o количество задач, выполняемых в единицу времени

o удобство работы пользователей

o реактивность системы – способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получения результата

8. по аппаратной платформе

o встроенные ОС

o серверные ОС

o ОС для ПК

o распределительные кластерные ОС

o ОС мейнфреймов

Основные понятия и концепции ОС:

- системные вызовы

- в любой ОС поддерживается механизм, который позволяет пользовательским программам обращаться к ОС

- в большинтве ОС осуществляется системный вызов командой программного прерывания( INT).

Файлы

Главная задача скрыть особенность ввода/вывода и дать программисту абстрактную модель файлов, независимых от устройств.

 

 

Структура операционной системы

Ядро и вспомогательные модули ОС. Ядро в привилегированном режиме

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

· ядро - модули ОС, выполняющие основные функции;

· модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.

 

Состав ядра

1. Модули ядра выполняют такие базовые функции ОС, как управление процессами, памятью, устройствами ввода-вывода

2. Базовые функции недоступны для приложений

3. Другой класс функций ядра служит для поддержки приложений, создавая для них так называемую прикладную программную среду(интерфейс прикладного программирования)

4. Приложения могут обращаться к ядру с запросами - системными вызовами - для выполнения тех или иных действий, например, для открытия и чтения файла, вывода графической информации на дисплей, получения системного времени и т.п.

5. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования -API.

 

Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:

· утилиты -программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, такие, например, как программы сжатия дисков, архивирования данных на магнитную ленту;

· системные обрабатывающие программы - текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики;

· программы предоставления пользователю дополнительных услуг – специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор и даже игры;

· библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например библиотека математических функций, функций ввода-вывода и т. д.

 

Ядро и привилегированный режим

Аппаратура компьютера должна поддерживать как минимум два режима работы:

- пользовательский режим (usermode)

- привилегированный режим(режимом ядра (kernelmode) или режимом супервизора (supervisormode)).

 

Приложения ставятся в подчиненное положение за счет запрета выполнения в пользовательском режиме некоторых критичных команд. Полный контроль ОС над доступом к памяти достигается за счет того, что инструкции конфигурирования механизмов защиты памяти разрешается выполнять только в привилегированном режиме.

 

Из-за дополнительной двукратной задержки переключения переход на процедуру со сменой режима выполняется медленнее, чем вызов процедуры без смены режимов.

Архитектура ОС, основанная на привилегированном ядре и приложениях пользовательского режима, считается классической.