Краткий обзор архитектуры ОС Linux

Факультет информатики и систем управления

Кафедра ПО ЭВМ и информационные технологии

Курсовая Работа

На тему: Мониторинг системных вызовов создания, обращения и удаления сегментов разделяемой памяти в ОС Linux

Содержание

1. Введение

2. Аналитическая часть

2.1. Архитектура ОС Linux

2.2. Перехват и мониторинг системных вызовов

2.3. Средства IPC. Системный вызов sys_ipc

2.4. Разделяемая память (Shared Memory)

2.5. Системные вызовы shmget, shmat, shmctl, shmdt

3. Конструкторская часть

3.1. Технические требования к системе. Перекомпиляция ядра

3.2. Написание и внедрение модуля ядра

3.3. Выбор языка программирования

3.4. Структура программного обеспечения

3.5. Структуры данных

3.6. Реализация мониторинга создания, управления и удаления сегментов разделяемой памяти

3.7. Пользовательский интерфейс

4. Заключение

Список используемой литературы

Введение

С развитием операционных систем и увеличением сложности программ появилась необходимость в обмене данными между процессами. Именно поэтому в операционную систему сейчас встраивается множество механизмов, которые обеспечивают так называемый Interproccess Communication (IPC), то есть межпроцессное взаимодействие.

Одной из самых распространённых операционных систем на данный момент является ОС Linux, которая представляет собой интерактивную систему с открытым кодом, разработанную для одновременной поддержки нескольких процессов и нескольких пользователей. Традиционный подход ОС семейства Unix заключается в том, чтобы позволить многопроцессорным системам запускать приложения в отдельных процессах для сокращения времени, требуемого на выполнение специфических задач. Средства IPC позволяют избежать создания огромных программ с большим количеством функций, а заменить их набором отдельных, малых приложений, способных обмениваться данными между собой.

ОС Linux относится к стандарту Unix System V, который поддерживает три вида IPC-объектов:

· Очереди сообщений, которые представляют собой связный список в адресном пространстве ядра. Сообщения могут посылаться в очередь по порядку и доставаться из очереди несколькими разными путями.

· Семафоры – счетчики, управляющие доступом к общим ресурсам. Чаще всего они используются как блокирующий механизм, не позволяющий одному процессу захватить ресурс, пока этим ресурсом пользуется другой.

· Разделяемая память – средство, обеспечивающее возможность наличия общей памяти у нескольких процессов.

Механизм взаимодействия, основанный на сегментах Shared Memory, является более быстрым, чем очереди сообщений и семафоры. Здесь нет никакого посредничества в виде каналов, очередей сообщений и т.п., что значительно упрощает этот механизм. Поэтому данный курсовой проект посвящён именно этому типу межпроцессного взаимодействия.

Мониторинг создания, удаления сегментов разделяемой памяти и обращения к ним позволяет проследить, какой пользователь имеет дело с объектами Shared Memory и получить информацию о том, сегмент какого размера и для каких целей запрашивается, по какому адресу он находится в виртуальной памяти и т.д.

Аналитическая часть

Краткий обзор архитектуры ОС Linux

Чтобы понять принцип работы программы мониторинга, для начала следует кратко рассмотреть архитектуру данной операционной системы. Linux, как операционную систему семейства UNIX, можно рассматривать в виде пирамиды, у основания которой располагается аппаратное обеспечение, состоящее из центрального процессора, памяти, дисков, терминалов и других устройств (рис. 1). Функции самой ОС заключаются в управлении аппаратным обеспечением и предоставлении всем программам интерфейса системных вызовов, позволяющего создавать процессы, файлы и прочие ресурсы и управлять ими.

Рис. 1. Структура ОС UNIX

Программы обращаются к системным вызовам, помещая аргументы в регистры центрального процессора и выполняя команду эмулированного прерывания для переключения из пользовательского режима в режим ядра и передачи управления операционной системе. Стандарт POSIX определяет библиотечные процедуры, соответствующие системным вызовам, их параметры, что они должны делать и какой результат возвращать.

Таким образом, взаимодействие с ядром происходит посредством стандартного интерфейса системных вызовов, который представляет собой набор услуг ядра и определяет формат запросов на услуги. Фактически, это набор функций, реализованных в ядре ОС. Процесс запрашивает услугу посредством системного вызова определенной процедуры ядра, внешне похожего на обычный вызов библиотечной функции. Ядро от имени процесса выполняет запрос и возвращает процессу необходимые данные. Любой запрос приложения пользователя в конечном итоге трансформируется в системный вызов, который выполняет запрашиваемое действие.

Прежде чем реализовать перехват какого-либо системного вызова, нужно подробнее рассмотреть механизм системных вызовов.

Точка перехода в ядре, называется system_call. Процедура, которая там находится, проверяет номер системного вызова, который сообщает ядру, какую именно услугу запрашивает процесс. Затем, она просматривает таблицу системных вызовов (sys_call_table) отыскивает адрес функции ядра, которую следует вызвать, после чего вызывается нужная функция. По окончании работы системного вызова, выполняется ряд дополнительных проверок и лишь после этого управление возвращается вызывающему процессу (или другому процессу, если вызывающий процесс исчерпал свой квант времени).