Лекція 18.

Особливості проектування операційних систем.

1.Постановка задачі проектування операційної системи.

Для універсальних операційних систем основними є такі питання:

1) Визначення абстракції;

2) Забезпечення ізоляції;

3) Керування апаратурою.

Найбільш складною задачею ОС є визначення правильних абстракцій. Деякі з них такі як процеси і файли вже використовуються досить давно, а інші такі як потоки виконання представляють собою більш нові поняття. Кожна абстракція може бути реалізована у вигляді конкретних структур даних. Користувачі можуть створювати процеси, семафори, файли та інше.

2. Причини ускладнення проектування операційних систем.

Закон Мура стверджує, що апаратне забезпечення комп’ютера збільшує свою продуктивність в 100 разів за кожні 10 років. Для програмного забезпечення таких законів ще немає. З точки зору надійності роботи сучасні ОС працюють гірше ніж наприклад Unix 7 ver. Основні причини це інерція і бажання зберегти зворотню сумісність.

3. Розробка інтерфейсу операційних систем.

ОС представляє собою набір служб, велику частину типів даних і множину операцій з ними. Разом вони формують інтерфейс для користувачів системи. В даному контексті користувачів ОС є програмісти, які пишуть програми з системними викликами, а не користувачі, які запускають прикладні програми. Крім основного інтерфейсу системних викликів в більшості ОС є додаткові інтерфейси. Наприклад, потрібно написати драйвер пристрою, щоб добавити його в ОС. Ці драйвери представляють певні функції і можуть звертатись до певних системних викликів. Функції і виклики визначають інтерфейс, який суттєво відрізняється від використовуваного прикладними програмами. Основні принципи, які використовуються при проектуванні інтерфейсу: 1. Простота (досконалість досягається не тоді коли вже не має більше чого добавити). 2. Повнота – інтерфейс повинен володіти повнотою. ОС повинна виконувати те що від неї вимагається але не більше того. 3. Ефективність (якщо яка-небудь функція чи системний виклик не можуть бути реалізовані ефективно то їх не слід реалізовувати.

4. Парадигми.

Після чіткого усвідомлення цілей розпочинають проектування. Одним з питань є таке, як буде виглядати система перед користувачами. Всі її функції повинні добре узгоджуватись одна з однією, тобто повинна бути архітектурна узгодженість. В ОС є 2 типи користувачів: ті що пишуть прикладні програми і ті що їх використовують. Початком розробки системи з графічного інтерфейсу користувача представляє собою проектування зверху вниз. Реалізація в першу чергу системних викликів представляє собою проектування знизу вверх. Багатьма інтерфейсами користувачів використовується парадигма WIMP (вікна, піктограми, меню, вказівними). Яка б парадигма не використовувалась важлива її використання всіма прикладними програмами. Кожна парадигма породжує власний стиль програмування.

5. Реалізація операційної системи

Першим рішенням при розробці операційної системи яке повинні прийняти розробники це – рішення про структуру системи.

Монолітно неструктуроване влаштування представляє собою невдалу ідею.

Добре зарекомендувала себе на протязі багатьох років багаторівнева система.

Є досить багато прихильників протилежного до багаторівневих структур погляду, який базується в тому, що якщо що-небудь повинно бути виконано самою програмою користувача, то перспективно виконувати це також і на нижньому рівні. Егзо-ядро представляє собою операційну систему, побудовану у відповідності з наскрізним аргументом.

Система клієнт-сервер. Компромісом між операційною системою, яка робить все і операційною системою, що не робить нічого, є операційна система, яка робить дещо. Результатом такого дизайну є схема мікро ядра, за якою більша частина операційних систем представляє собою серверні процеси, які працюють на рівні користувача. Таке влаштування володіє найбільшою модульністю і гнучкістю в порівнянні з іншими схемами. Межею гнучкості є те, щоб кожен драйвер пристрою також робив у вигляді користувацького процесу, повністю захищеного від ядра і інших драйверів. Видалення драйверів з ядра дозволяє усунути найбільше джерело нестабільності будь-якої операційної системи – це драйвери з помилками (написані третіми фірмами). Драйвери пристроїв, повинні отримувати доступ до апаратних регістрів, тому необхідним є певний механізм, який забезпечував би такий доступ.

Розширювані системи. Ідея використання клієнт-сервер полягає в тому, щоб винести за межі ядра стільки, скільки можливо. Протилежний підхід полягає в томі, щоб помістити більше модулів в ядро, але захищеним способом. Звичайно сама розширювана система не є методом структурування О. С. Але розпочавши з мінімальної системи, яка складається в основному з механізму захисту, і поступово додаючи потрібної функційності, можна створити систему для конкретного додатку.

Потоки ядра. Інколи буває зручним дозволити існувати потокам ядра окремо від користувацьких потоків.

Статичні і динамічні структури.

Статичні структури даних завжди простіші для розуміння, легше програмуються і швидші у використанні. Динамічні структури мають більшу гнучкість.