Вопрос 22. Основные структуры операционных систем.

1.Набор процедур. ОС состоит из набора процедур, каждая из которых может вызывать другую (ОС типа MS DOS).

2.Многоуровневая ОС. Система разделена на модули и слои, расположенные один над другим. В каждом модуле имеется набор функций, которые можно вызывать из других модулей. Код в каждом конкретном слое может обращаться только к коду, лежащему в более нижних слоях.

Преимущества:

а) при меньшем количестве кода достигается высокая мощность системы;

б) простота отладки системы. Отлаживая слои, начиная с самого нижнего, постепенно добиваются верной работы системы в целом.

Рис. 3. Многоуровневая ОС

 

3.Приложения отделены от ОС. Код ОС выполняется в привилегированном режиме (режим ядра) и имеет доступ к системным данным и аппаратному обеспечению. Приложения выполняются в непривилегированном режиме (режиме пользователя) с ограниченным набором системных интерфейсов и ограниченным доступом к системным данным.

 

Рис. 4. ОС с режимом пользователя

Модель клиент-сервер.

Микроядро – минимальная часть операционной системы, служащая основой модульных и переносимых перемещений.

Микроядро содержит набор базовых примитивов:

а) передача сообщений и организация общения между процессами,

внешними по отношению к микроядру

б) поддержка управления прерываниями

в) некоторые другие функции.

Микроядро работает в наиболее приоритетном режиме.

Суть модели клиент-сервер:

1. Вся система разбивается на несколько независимых процессов, каждый из которых выполняет определенные функции (управление памятью, создание процессов, планирование процессора и т.д.)

2. Каждый такой сервер выполняется в режиме пользователя и циклически проверяет, есть ли запросы на выполнение конкретной службы.

3. Клиент, которым может быть либо другая часть ОС, либо приложение, выдает запрос на обслуживание путем посылки сообщения серверу. Ядро ОС (или микроядро) выполняется в режиме ядра и доставляет это сообщение серверу.

4. Сервер выполняет операцию, после чего ядро возвращает клиенту другое сообщение.

Т.к. сервер выполняется в отдельном процессе в режиме пользователя, его сбой, остановка и даже рестарт не вызывают краха всей системы. Более того, различные серверы могут выполняться на разных процессорах или даже на разных компьютерах, что делает такую операционную систему подходящей для работы в распределенной сети.

 

 

Рис. 5. ОС «клиент-сервер»

 

Операционные системы с поддержкой объектов и объектной структурой

Поскольку объектный подход к разработке программного обеспечения уже стал стандартным, во многих экспериментальных проектах исследуются возможности поддержки и использования объектов операционными системами.

Операционные системы с поддержкой объектов разрабатываются для поддержки программного обеспечения с объектной структурой, и их собственная внутренняя структура не обязательно должна быть объектной.

Операционные системы с объектной структурой используют объекты в качестве собственного механизма внутренней структуризации. В этих системах объекты могут представлять ресурсы, такие как файлы, память, процессы и устройства.

Управление каждым конкретным типом ресурсов и представляющими их объектами может осуществляться отдельным менеджером.

Системные вызовы, связанные с ресурсами, являются вызовами объектов.

У операционных систем с объектной структурой имеется ряд достоинств.

● Такая структура обеспечивает унифицированное представление ресурсов в терминах атрибутов и интерфейсных операций.

● Она позволяет именовать объекты, защищать их и совместно использовать с помощью универсальных механизмов, входящих в состав системы управления объектами. Это означает, что, научившись пользоваться одним ресурсом, например файлами, программист сможет применять любые другие ресурсы системы.

Структуры многопроцессорных операционных систем.

Асимметричные ОС.

Один процессор выбирается для выполнения самой ОС, а остальные процессоры выполняют только задания.

Недостатки:

1. Увеличение числа процессоров и нагрузка на них приводит к тому, что ОС не успевает выполнять обработку и сдерживает рост производительности.

2. Неравномерная загруженность процессоров.

Симметричные ОС

ОС исполняется на любом свободном процессоре, или на всех процессорах одновременно.