Особенности методов построения операционных систем

При описании ОС часто указывают особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу. К основным концепциям относится:

- Способы построения ядра системы (монолитное и микроядерное ядра). Большинство ОС используют одно ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме, использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующая переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернатива – построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой. В то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работаю более медленно, т.к. часто выполняют переходы между привилегированным режимом и пользовательским. Зато система получается более гибкой, ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать.

- Построение ОС на базе ООП (подхода) дает возможность использовать все его достоинства, зарекомендовавшие себя на уровне приложений внутри ОС, а именно:

сосредоточение удачных решений в форме стандартных объектов; возможность создания новых объектов на базе имеющихся с помощью механизма наследования; защита данных в объекте от несанкционированного использования извне; структурируемость системы, состоящей из набора хорошо определенных объектов.

- Наличие нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС

- Распределенная организация ОС позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах. В распределенной ОС реализованы механизмы, которые дают возможность пользователю предоставлять и воспринимать сеть в виде однопроцессорного компьютера. Характерными признаками распределенной организации ОС являются: наличие единой справочной службы распределенных ресурсов; единой службы времени; использование механизма вызова удаленных процедур; многонитиевой обработки, позволяющей распараллеливать вычисление в рамках одной задачи и выполнять эту задачу сразу на нескольких компьютерах сети, а также наличия других распределенных служб.

Атрибуты и права доступа к файлу

В разных файловых системах могут использоваться в качестве атрибутов разные характеристики:

- Информация о разрешенном доступе

- Пароль для доступа к файлу

- Владелец файла

- Создатель файла признак только для чтения

- Признак скрытого файла

- Признак системного файла

- Признак архивного файла

- Признак двоичного или символьного файла

- Признак временного файла

- Признак блокировки

- Длина записи

- Указатель на ключевое поле в записи

- Длина ключа

- Время создания, последнего доступа и последнего изменения

- Текущий размер файла

- Максимальный размер файла

Права доступа - это атрибуты файла или каталога, которые указывают серверу, кто и что может делать с соответствующим файлом или каталогом.

Определить права доступа к ресурсу – значит определить для каждого пользователя набор операций, которые ему разрешено применять к данному ресурсу. В разных операционных системах для одних и тех же типов ресурсов может быть определен свой список дифференцируемых операций доступа. Для файловых объектов этот список может включать следующие операции:

- создание файла,

- уничтожение файла;

- открытие файла,

- закрытие файла;

- чтение файла;

- запись в файл;

- дополнение файла;

- поиск в файле,

- получение атрибутов файла;

- установка новых значений атрибутов;

- переименование;

- выполнение файла;

- чтение каталога;

- смена владельца;

- изменение прав доступа.

Методы распределения памяти

1. Без использования внешней памяти

- Фиксированными разделами

- Динамическими разделами

- Перемещаемыми разделами

2. С использованием внешней памяти

- Страничное распределение

- Сегментное размещение

- Сегментно-страничное распределение

Распределение памяти фиксированными разделами

Разделение ОП на несколько разделов фиксированной величины. Очередная задача помещается либо в общую очередь, либо в очередь к некоторому разделу.

Подсистема управления памятью, задачи:

- Сравнив размер программы поступившей на выполнение, выбирает подходящий раздел

- Загрузка программы и настройка адресов

«+» - простота реализации

«-» - жесткость, неэффективное использование памяти – даже маленькая программа занимает весь раздел

Разделение памяти разделами переменной величины

Память не делится на разделы. Сначала вся ОП свободна. Каждой вновь поступившей задаче выделяется необходимая ей память. Если достаточный объем памяти отсутствует, то задача не принимается и стоит в очереди.

В произвольный момент времени память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера.

Задачи ОС в данном методе:

- Ведение таблиц свободных и занятых областей

- При поступлении новой задачи – анализ запроса, просмотр таблиц свободных областей и выбор раздела, размер которого достаточен для размещения поступившей задачи

- Загрузка задачи в выделенный ей раздел и корректировка таблиц свободных и занятых областей

- После завершения задачи корректировка таблиц свободных и занятых областей

«+» - гибкость

«-» - фрагментация

Перемещаемые разделы

Перемещение всех занятых участков в сторону старших либо младших адресов – чтобы вся оставшаяся свободная память образовывала единую свободную область.

 

Файловая система в структуре операционной системы

ФС – это часть ОС, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске и обеспечить совместное использование файла несколькими пользователями и процессами. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов.

Понятие ФС включает:

- Совокупность всех файлов на диске

- Наборы структур данных, используемых для управления файлами (каталоги, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске)

- Комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности 7 создание, уничтожение, чтение, запись и др. операции над файлами.

Файлы управляются ОС. То, как они структурированы, поименованы, используются, защищены, реализованы – одна из главных тем проектирования ОС.

Основные функции файловой системы:

1. Идентификация файлов. Связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней памяти.

2. Распределение внешней памяти между файлами. Для работы с конкретным файлом не требуется иметь информацию о местоположении этого файла на внешнем носителе информации.

3. Обеспечение надежности и отказоустойчивости. Стоимость информации может во много раз превышать стоимость компьютера.

4. Обеспечение защиты от НСД.

5. Обеспечение совместного доступа к файлам, не требуя от пользователя специальных усилий по обеспечению синхронизации доступа.

6. Обеспечение высокой производительности.

По предназначению файловые системы можно классифицировать на нижесле­дующие категории.

- Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Журналирование, например в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates – в BSD системах.

- Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.

- Для оптических носителей – CD и DVD: ISO9660, HFS, UDF и др.

- Виртуальные файловые системы: AEFS и др.

- Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др.

- Для флэш-памяти: YAFFS, ExtremeFFS, exFAT.