Классификация архитектур ОС

1. Монолитная

2. Уровневая

3. Микроядерная (или архитектура «клиент-сервер»)

4. Экзоядро

5. Наноядро

6. Гибридная

Монолитная архитектура

В состав монолитной ОС:

• Основная программа, которая может вызывать требуемую служебную процедуру.

• Набор служебных процедур, для выполнения какой-либо операции (управление памятью, файлами и т.д.)

• Набор вспомогательных процедур, содействующих работе служебных процедур.

• При использовании этой технологии каждая процедура(программа) может свободно вызвать любую другую процедуру(программу), если та выполняет для неё какое-нибудь полезное действие.

Достоинства монолитного ядра:

· скорость работы;

· упрощённая разработка модулей;

· богатство предоставляемых возможностей и функций;

· поддержка большого количества разнообразного оборудования.

 

Недостатки монолитного ядра:

· поскольку всё ядро работает в одном адресном пространстве, сбой в одном из компонентов может нарушить работоспособность всей системы;

· присутствие в ядре лишних компонентов крайне нежелательно, так как ядро всегда полностью располагается в оперативной памяти.

Уровневая архитектура

Прикладное ПО имеет возможность получить доступ к аппаратуре не только через ядро системы и её сервисы, но и напрямую.

Достоинства: по сравнению с монолитной такая архитектура обеспечивает значительно большую степень предсказуемости реакций системы, а также позволяет осуществлять быстрый доступ прикладных приложений к аппаратуре.

Недостатки:

· Интерфейс уровня с остальными уровнями становится громоздким. Поэтому заменить уровень новым или нарастить его функциональность становится сложной задачей;

· Если потребуется ввести новые функции в уровень, то необходимо вносить изменения и в соседние уровни для возможности обращения к этим функциям;

· Проблема безопасности, т. к. между уровнями много точек обмена.

12.  Классификация архитектур ОС. Микроядерная и гибридные архитектуры. Достоинства и недостатки

Классификация архитектур ОС

1. Монолитная

2. Уровневая

3. Микроядерная (или архитектура «клиент-сервер»)

4. Экзоядро

5. Наноядро

6. Гибридная

Микроядерная архитектура (или архитектура «клиент-сервер»)

• Идея архитектуры:

все компоненты операционной системы разделяются на:

•  Программы-серверы – поставщики услуг (выполняющие определенные действия по запросам других программ)

• Программы-клиенты – потребители услуг (программы клиенты, обращающиеся к серверам для выполнения определенных действий).

• Одна и та же программа может быть одновременно сервером по отношению к одному виду услуг и клиентом по отношению к другому виду услуг.

• Серверы постоянно находится в состоянии ожидания клиентских запросов.

1.  В случае необходимости, клиенты посылают серверам запросы (например, запрос на чтение файла, запрос на выделение памяти, запрос на вывод результатов на экран)
2. Получив запрос от клиента, сервер выполняет его, при этом он сам может обратиться за услугами к другим серверам.
3. После выполнения запроса сервер отсылает клиенту сообщение о завершении задания и результаты работы.
4. Клиенты и серверы никогда не общаются напрямую, а через микроядро.
5. При этом микроядро само является сервером по отношению к запросам, связанным с управлением аппаратурой и клиентом при обращении к аппаратуре.

Достоинства: устойчивость к сбоям оборудования, ошибкам в компонентах системы, расширяемость, переносимость и совместимость.

Недостаток: производительность микроядерной операционной системы заметно ниже производительности многоуровневых и монолитных операционных систем из- за частых переключений из режима ядра в режим пользователя.

Гибридные архитектуры

Гибридные ядра — это модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать «несущественные» части в пространстве ядра.

• Гибридное ядро ОС кроме функций посредника (микроядра)выполняет следующие дополнительные функции как в монолитных ОС:

• низкоуровневое управление памятью;

• взаимодействие между процессами (программами);

•  управление вводом-выводом;

• управление прерываниями;

Достоинства: возможно добавлять драйвера устройств двумя способами: и внутрь ядра, и в пользовательское пространство.

Недостатки:

· производительность микроядерной операционной системы заметно ниже производительности многоуровневых и монолитных операционных систем из- за частых переключений из режима ядра в режим пользователя;

· поскольку всё ядро работает в одном адресном пространстве, сбой в одном из компонентов может нарушить работоспособность всей системы;

· присутствие в ядре лишних компонентов крайне нежелательно, так как ядро всегда полностью располагается в оперативной памяти.

13.  Понятие ресурса. Назначение основных таблиц ОС по управлению ресурсами.

Ресурс – средство вычислительной системы, которое может быть выделено процессу на определенный интервал времени.

 

Ресурсы могут быть:

§  делимыми, когда несколько процессов используют их одновременно (в один и тот же момент времени) или параллельно (попеременно в течение некоторого интервала времени) – пример – файл;

§ неделимыми, используемыми программой единолично – пример – выделяемая процессу память.

ОС управляет следующими основными ресурсами;

• - процессором (процессорами, ядрами);
• - программами (процессами);
• - памятью (физическая и виртуальная);
• - устройствами ввода-вывода;
• - файлами;
• - таймерами;
• - и др.

Что хранится в таблицах памяти?

Эти таблицы включают следующую информацию:

1) объем основной (физической) памяти, отведенной процессу;

2) объем вторичной или виртуальной памяти, отведенной процессу;

3) все атрибуты защиты блоков основной и виртуальной памяти;

4) всю информацию, необходимую для управления виртуальной памятью.

Что хранится в таблицах ввода – вывода?

1. Используются для управления устройствами ввода-вывода.

2.  В каждый момент времени устройство ввода-вывода может быть либо свободным, либо отданным в распоряжение какому-либо процессу.

3.  Если выполняется операция ввода-вывода, то должна быть информация о состоянии этой операции.

Что хранится в таблицах файлов?

В них находится информация о существующих файлах, их расположение на носителях, текущем состоянии, атрибутах доступа, других атрибутах.

14.  Понятие процессора. Модель процессора. Переход процессора из одного состояния в другое по диаграмме процесса.

Процесс – это система действий, реализующая выполнение программы в компьютерной системе («Процесс – это домик в котором живет программа»).

1. Новый процесс. Только что созданный процесс, информация о процессе помещена ОС во множество (таблицу) процессов, но процесс не загружен в оперативную память.

2. Готовый к выполнению. Процесс загружен в память и будет запущен, как только представится возможность.

3. Выполняющийся. Процесс, выполняющийся процессором в данный момент.

4. Блокированный. Процесс, который ожидает некоторого события.

5. Завершающийся. Процесс, удаленный из множества запущенных процессов.