Операционные системы и среды Колледж телекоммуникаций СПбГУТ
Д
ТО
8 “Структуры ОС”
Структуры ос
Структура различных видов операционных систем (ms-dos, Windows 98).
2. Загрузка операционных систем.
Структура различных видов операционных систем (ms-dos, Windows 98).
В состав MS-DOS входят следующие структурные компоненты:
базовая система ввода-вывода (BIOS);
блок начальной загрузки;
модуль взаимодействия с BIOS (io.sys);
модуль обработки прерываний (msdos.sys);
командный процессор (command.com);
внешние команды (программы);
драйверы устройств;
файл конфигурации системы config.sys;
файл автозапуска программ при загрузке ОС autoexec.bat.
Базовая система ввода-вывода (BIOS) находится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) компьютера. Эта часть ОС является «встроенной» в компьютер. Ее назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг ОС, связанных с осуществлением ввода-вывода. BIOS содержит также тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении его электропитания. Кроме того, BIOS содержит программу вызова загрузчика ОС.
Блок начальной загрузки – это короткая программа, находящаяся в первом секторе системного диска с MS-DOS. Функция этой программы заключается в считывании в память еще двух модулей ОС, которые и завершают процесс загрузки MS-DOS.
На жестком диске (винчестере) загрузчик ОС состоит из двух частей. Это связано с тем, что этот диск может быть разбит на несколько разделов (логических дисков). Первая часть загрузчика находится в первом секторе диска. Она выбирает, с какого из разделов следует продолжать загрузку. Вторая часть загрузчика находится в первом секторе этого раздела, она считывает в память модули MS-DOS и передает им управление.
Модуль взаимодействия с BIOS (io.sys) - это резидентный модуль, расширяющий возможности BIOS или изменяющий ее свойства с помощью дополнительных драйверов.
Модуль обработки прерываний (msdos.sys) - это резидентный модуль, который обеспечивает интерфейс высокого уровня для прикладных программ. Он содержит программные средства для управления файлами, устройствами ввода – вывода, обработки исключительных ситуаций (ошибок) и др. Прикладная программа вызывает функции этого модуля через механизм прерываний, передавая (принимая) информацию к (от) MS-DOS через регистры центрального процессора или (и) области памяти ОЗУ. Модуль msdos.sys транслирует (переводит) запрос прикладной программы в один или несколько вызовов, адресованных к модулю io.sys и BIOS.
Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем. Он находится в файле command.com на диске, с которого загружается ОС. Те команды, которые командный процессор выполняет самостоятельно, называются внутренними. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя командный процессор отыскивает на диске программу с соответствующим именем и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет ее из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению других команд.
Функции командного процессора:
прием команд с клавиатуры или из пакетных командных файлов и их выполнение;
выполнение команд файла autoexec.bat при загрузке MS-DOS;
загрузка в ОЗУ и запуск на выполнение прикладных программ в среде MS-DOS.
Состав командного процессора:
резидентная часть – размещается в ОЗУ сразу после модуля msdos.sys и включает в себя процедуры обслуживания некоторых прерываний, процедуры обработки стандартных ошибок MS-DOS, а также процедуру загрузки транзитной части командного процессора;
инициализирующая часть – размещается в ОЗУ сразу после резидентной части, во время загрузки ОС ей передается управление, и она выполняет команды файла autoexec.bat и некоторые другие действия;
транзитная часть – загружается в старшие адреса ОЗУ и обрабатывает все внутренние команды, команды с клавиатуры и из пакетных командных файлов, выдает системную подсказку MS-DOS, загружает в ОЗУ программы и передает им управление.
Внешние команды (программы) – это дополнительные программы, входящие в MS-DOS и выполняющие определенные функции. Они поставляются вместе с ОС в виде отдельных файлов, которые выполняют действия обслуживающего характера (например, форматирование дискет, проверку дисков и т.д.).
Драйверы устройств – это специальные резидентные программы, которые добавляют систему ввода – вывода DOS и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Например, с помощью драйверов возможна работа с «электронным диском», т.е. с частью памяти ПК, с которой можно работать так же, как с диском. Драйверы загружаются в память ПК при загрузке ОС, их имена указываются в файле config.sys. Такая схема облегчает добавление новых устройств, позволяя делать это, не затрагивая системные файлы DOS.
Файл конфигурации системы config.sys – это текстовый файл, содержащий информацию о подгружаемых дополнительных драйверах и некоторую другую информацию, касающуюся непосредственно MS-DOS и выполняемых в ее среде прикладных программ. MS-DOS обращается к этому файлу автоматически, сразу после загрузки командного процессора command.com.
Файл автозапуска программ при загрузке ОС – это пакетный командный файл (текстовый), в который включаются команды DOS, которые пользователю нужно регулярно выдавать после загрузки ОС. MS-DOS выполняет этот файл автоматически, сразу после config.sys.
Основными компонентами ОС WINDOWS 95(98) являются:
ядро WINDOWS 95(98);
диспетчер виртуальной машины;
диспетчер настраиваемой файловой системы;
диспетчер конфигурации;
реестр
драйверы устройств;
средства пользовательского интерфейса;
приложения.
Ядро WINDOWS 95(98) состоит из трех компонент:
User (управляет вводом с клавиатуры, от мыши и других координатных устройств, а также выводом через интерфейс пользователя);
Kernel (обеспечивает базовые функциональные возможности ОС: поддержку файлового ввода-вывода, управление виртуальной памятью, планирование задач; загружает exe - и dll - файлы при запуске той или иной программы, обрабатывает прерывания);
GDI (графическая система, управляющая всем, что появляется на экране дисплея, и поддерживающая графический вывод на принтер и другие устройства).
Диспетчер виртуальной машины выделяет ресурсы каждому приложению и системному процессу, выполняемому на ПК.
Настраиваемая файловая система WINDOWS 95(98) характеризуется многоуровневой архитектурой, поддерживающей несколько файловых систем: на основе FAT, файловую систему CD-ROM, файловые системы других разработчиков. Ее особенность заключается в поддержке длинных имен файлов (каталогов), в которых можно использовать до 255 символов, исключая следующие: \ / < > : ? * “ .
Диспетчер конфигурации предназначен для поддержки функциональных возможностей технологии Plug - & - Play, т.е. с его помощью ОС идентифицирует все устройства, загружает необходимые драйверы и автоматически выделяет требуемые ресурсы.
Реестр – это иерархическая база данных, в которой централизованно хранится вся информация об аппаратных средствах, конкретных приложениях WINDOWS 95(98) и о настройках интерфейсной части ОС.
Драйверы устройств организованы по принципу «универсальный драйвер - минидрайвер». Универсальный драйвер содержит основную часть кода, необходимого для обеспечения взаимодействия целого класса устройств (например, принтеров или модемов) с соответствующими компонентами ОС. Минидрайвер содержит небольшую часть кода, который обеспечивает работу конкретного устройства, принадлежащего данному классу.
Средства пользовательского интерфейса будут рассмотрены далее (см. тему 5.2).
Важнейшими приложениями WINDOWS 95(98) являются:
Блокнот (NotePad) – простейший текстовый редактор;
Калькулятор (Calc) – двухрежимный (обычный и научный) калькулятор;
Paint – графический редактор;
WordPad – текстовый редактор с элементами текстового процессора;
Проводник (Explorer) – менеджер файлов;
Буфер обмена (ClipBoard);
ScanDisk – инструмент исправления ошибок в файловой системе WINDOWS 95(98) при сбоях;
Defrag – утилита дефрагментации жесткого диска.
2. Загрузка операционной системы.
При включении ПК вначале выполняются программы BIOS. Прежде всего, управление передается программе тестирования оборудования. Тестированию подлежат все устройства ПК, на которые подано электропитание. После окончания тестирования управление передается блоку начальной загрузки, который выполняет следующие действия:
обращается к дисководу А и, если в него установлена дискета, считывает в ОЗУ системный загрузчик, хранящийся в стартовом секторе дискеты;
при отсутствии дискеты в дисководе А осуществляет попытку загрузить системный загрузчик с системного логического диска, созданного на винчестере;
передает управление системному загрузчику после его считывания в ОЗУ.
Системный загрузчик проверяет наличие на диске модулей io.sys и msdos.sys. Если они находятся на своем месте и правильно помещены в корневой каталог системного диска, то эти модули загружаются в ОЗУ, а управление передается первому из них. В противном случае системный загрузчик выдает на экран сообщение:
Non System disk or disk error (Несистемный диск или ошибка диска)
Replace and press any key when ready (Замените и нажмите любую клавишу, когда будете готовы)
При получении этого сообщения при установленной в дисковод А дискеты пользователю необходимо заменить эту дискету на действительно системную дискету или изъять ее из дисковода А и попытаться загрузить ОС с жесткого диска.
При получении этого сообщения при загрузке ОС с жесткого диска пользователю необходимо загрузить ОС с системной дискеты и выяснить причину отказа винчестера.
Получив управление, модуль io.sys выполняет следующие действия:
определяет состояние подключенных устройств и их инициализацию;
загружает необходимые драйверы устройств;
передает управление модулю msdos.sys.
Получив управление, модуль msdos.sys выполняет следующие действия:
инициализирует (настраивает) свои внутренние таблицы;
загружает драйверы, указанные в файле config.sys;
загружает в ОЗУ командный процессор и передает ему управление.
Командный процессор считывает, обрабатывает и организует выполнение файла автозапуска autoexec.bat.
Загрузка ОС завершается выдачей на экран дисплея приглашения DOS в виде:
А:\ > _ - при загрузке с системной дискеты;
С:\ > _ - при загрузке с винчестера.
Перезагрузка (повторная загрузка) MS-DOS (например, в случае аппаратного или программного сбоя) осуществляется одним из следующих способов:
путем выключения и последующего включения через некоторое время системного блока ПК (так называемый холодный перезапуск);
путем нажатия кнопки RESET на корпусе ПК;
путем одновременного нажатия клавиш CTRL – ALT – DELETE (так называемый горячий перезапуск);
путем ввода команды COMMAND с клавиатуры ПК.
Первый способ используется для полной перезагрузки ОС, начиная с тестирования оборудования. Однако отключение и включение питания плохо сказывается на работоспособности ПК. Поэтому на системном блоке имеется специальная кнопка RESET, при нажатии которой (второй способ) осуществляется аппаратная передача управления на программу тестирования оборудования без отключения питания. Если необходимости тестирования ПК нет, то ускорить процесс перезагрузки можно, используя третий способ. Четвертый способ наиболее быстрый, но путем ввода команды осуществляется только частичная перезагрузка ОС, а именно, считывание в ОЗУ и запуск командного процессора.