Архитектура операционной системы
Любая сложная система должна иметь понятную и рациональную структуру, т.е. разделяться на части – модули, каждый из которых должен иметь законченное функциональное назначение с четко оговоренными правилами взаимодействия. Такая структура существенно упрощает работу по модификации и развитию системы. Напротив, сложную систему без хорошей структуры чаще проще разработать заново, чем модернизировать.
Обычно в состав операционной системы входит:
а) исполняемые и объектные модули стандартных для данной операционной системы форматов;
б) библиотеки разных типов;
в) модули исходного текста программ;
г) программные модули специального формата (например, загрузчик ОС, драйверы ввода – вывода);
д) конфигурационные формулы;
е) файлы документации;
ж) модули справочной системы и т.д.
Большинство современных операционных систем представляют собой хорошо структурированные модульные системы, способные к развитию, расширению и переносу на новые платформы. Какой – либо единой архитектуры операционных систем не существует, но существуют универсальные подходы к структурированию ОС.
Ядро и вспомогательные модули ОС
Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на 2 группы:
ядро – модули, выполняющие основные функции ОС;
модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.
Модули ядра выполняют такие базовые функции ОС, как
управление процессами;
управление памятью;
управление устройствами ввода – вывода и т.п.
Ядро составляет сердцевину операционной системы, без него ОС является полностью неработоспособной и не сможет выполнить ни одну из своих функций.
В состав ядра входят функции, решающие внутрисистемные задачи организации ВП:
Например: – переключение контекстов,
загрузка/выгрузка страниц,
обработка прерываний.
(Эти функции недоступны для приложений).
создание прикладной программной среды.
Приложения могут обращаться к ядру с запросами – системными вызовами – для выполнения тех или иных действий, например, для открытия и чтения файла, вывода графической информации на дисплей, получения системного времени и т.д. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования – API.
Скорость выполнения функций ядра определяет производительность системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы операционной системы все модули ядра или их большая часть постоянно находятся в ОП, т.е. являются резидентными.
Крах ядра равносилен краху всей системы.
Обычно ядро оформляется в виде программного модуля некоторого специального формата, отличающегося от формата пользовательских приложений.
Остальные модули ОС выполняют весьма полезные, но менее обязательные функции.
Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений, либо в виде библиотек процедур. Поскольку некоторые компоненты ОС оформлены как обычные приложения, т.е. в виде исполняемых модулей стандартного для данной ОС формата, то часто бывает сложно провести грань между операционной системой и приложением.
В
спомогательные
модули ОС обычно подразделяются на
следующие группы:
утилиты – программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы. Например, программа сжатия дисков, архивирование данных на МЛ;
системные обрабатывающие программы – текстовые или графические редакторы компиляторы, компоновщики, отладчики;
программы предоставления пользователю дополнительных услуг – специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор, игры и пр.
библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений.
Например, библиотека математических функций, функций ввода – вывода и т.д.
Как и обычные приложения, для выполнения своих задач вспомогательные модули ОС обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов.
Р
азделение
операционной системы на ядро и модули
– приложения обеспечивает легкую
расширяемость ОС.