23. Архитектура ос. Компоненты ядра ос.

ОС – это комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.

Этот комплекс динамичен по составу, из него можно удалять и в него можно добавлять отдельные части.

Основные функции ОС

1. Формирование программ.

ОС обеспечивает доступ к разнообразным средствам подготовки текста программы и ее отладки.

2. Выполнение прикладной программы:

   • загрузка команд и данных в ОП;

   • инициализация файлов и внешних устройств.

3. Управление ресурсами компьютера при выполнении нескольких задач.

4. Обеспечение доступа пользователя к внешним устройствам.

5. Управление доступом к файлам, хранящимся на внешних носителях.

6. Разрешение конфликтов между отдельными пользователями, работающими в многопользовательском режиме (например, при одновременном обращении к ОП или ВУ).

7. Обнаружение и обработка ошибок.

Классификация ОС

Операционные системы могут различаться по многим признакам:

1. По количеству одновременно работающих пользователей ОС делятся на однопользовательские и многопользовательские.

Многопользовательские ОС имеют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

2. По числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС, системы делятся на однозадачные и многозадачные.

Многозадачные ОС

Многозадачные ОС управляют разделением совместно используемых ресурсов: процессор, ОЗУ, файлы и внешние устройства.

Невытесняющая многозадачность - активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе не отдаст управление ОС.

После этого ОС выбирает другой процесс из очереди процессов в состоянии готовности.

Вытесняющая многозадачность - решение о переключении с одного процесса на другой принимается ОС, а не самим активным процессом.

В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа.

1. Системы пакетной обработки (ОС ЕС)

2. Системы с разделением времени (Unix, Linux, Windows)

3. Системы реального времени (RT-11).

Классификация ОС

3. По количеству используемых процессоров системы делятся на однопроцессорные (Windows 98) и многопроцессорные (Windows NT, NetWare, Solaris, OS/2 и др.).

Многопроцессорные ОС по способу организации вычислительного процесса делятся на асимметричные ОС и симметричные ОС.

Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам.

Симметричная ОС разделяет ресурсы процессоров между системными и прикладными задачами.

4. По разрядности процессора ОС делятся на 32-, 64- ,128-.

Примером 32-разрядной ОС является Windows XP

В двух версиях (32-, 64-разрядная) выпускались:

• ОС Microsoft Windows Server 2003;

• Windows XP Professional;

• Windows Vista;

• Windows 7.

Фирмой Microsoft планируется выпуск 128-разрядной ОС - Windows 8.

5. По способу использования общих аппаратных и программных ресурсов – на сетевые и локальные.

Сетевые ОС решают задачи, связанные с распределенным характером хранения и обработки данных в сети:

• ведение справочной информации о всех доступных в сети ресурсах и серверах;

• адресация взаимодействующих процессов;

• обеспечение прозрачности доступа;

• тиражирование данных;

• поддержка безопасности данных.

Части ОС

ОС состоит из резидентной части и транзитной части.

Резидентная часть называется ядром.

Ядро – это набор модулей, выполняющих основные функции ОС (управление процессами, памятью, устройствами ввода-вывода).

После загрузки ОС ядро постоянно находится в ОП.

Режим работы ядра – это привилегированный режим (kernel mode), т.е. ЦП может выполнять привилегированные команды.

В привилегированном режиме модули ядра защищены от приложений и могут играть роль арбитра в споре приложений за ресурсы.

Транзитная часть ОС находится во внешней памяти (на жестком диске) и содержит модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.

В транзитную часть ОС входят следующие компоненты:

• утилиты – программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы;

• средства тестирования;

• системные обрабатывающие программы – текстовые и графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики;

• библиотеки процедур, упрощающие разработку приложений (библиотека математических функций, функций ввода-вывода и т. д.)

Приложения и утилиты выполняются в пользовательском режиме (user mode).

Основные компоненты ядра

1. Подсистема управления процессами занимается :

   • планированием заданий - обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами;

   • созданием и уничтожением процессов;

   • переключает ЦП на обработку другого, ожидающего обслуживания процесса.

2. Подсистема управления памятью (менеджер ОП).

Обслуживает запросы на подкачку страниц виртуальной памяти (ВП).

ВП – это временное хранилище, используемое компьютером для выполнения программ, размер которых превышает размер ОП.

Данные программы, для которой не хватает ОП, сохраняются в так называемом файле подкачки на жестком диске и в нужный момент переносятся в ОП постранично.

3. Подсистема управления файлами и ВУ.

Управлением файлами занимается файловая система, которая выполняет преобразование символьных имен в физические адреса данных на диске, организует совместный доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа и множество других задач.

Подсистема управления внешними устройствами (подсистема ввода-вывода) обслуживает запросы процессов на ввод-вывод данных.

Запросы на обслуживание возникают как по инициативе вычислительных процессов, так и со стороны ВУ.