Под архитектура на операционната система, за да се разбере структурна и функционална организация на операционната система, въз основа на набор от софтуерни модули. Структурата на операционната система включва изпълними и обектните модули на стандартни формати за операционната система, софтуерни модули конкретен формат (например, OS товарач, входно-изходни драйвери), конфигурационни файлове, файлове с документация, модули на системата за помощ и т.н.
Архитектурата на ранните операционни системи обръщат малко внимание: първо, никой не е имал никакъв опит в разработването на големи софтуерни системи, и второ, проблемът на взаимозависимост и взаимодействие модули подценява. В такъв монолитна OS, почти всички процедури могат да доведат до една от друга. Тази липса на структура е несъвместима с разширяването на операционни системи. Първата версия на операционната система OS / 360 е създаден от екип от 5000 души над 5 години и са включени повече от 1 милион реда код. Разработено късно операционна система Мастики вече се съдържа 20 милиона линии godu до 1975 [17]. Стана ясно, че развитието на тези системи трябва да се основава на модул.
Повечето съвременни операционни системи са добре структурирани модулни системи, способни на развитие, разширяване и миграция към нови платформи. Една единствена унифицирана архитектура на операционната система не съществува, но са известни универсални подходи за структуриране на операционната система. Фундаменталното значение на универсален подход към развитието на архитектурата на OS са [5. 10. 13. 17]:
- модулна организация;
- функционален съкращения;
- функционална селективност;
- параметри гъвкавост;
- многостепенно йерархична концепция на компютърна система, на която операционната система изглежда многослойната структура;
- модул разделяне в две групи функции: - основни модули, които изпълняват основните функции на операционната система и модули, които изпълняват помощни функции на операционната система;
- OS разделен на две групи от модули за поставяне в паметта на компютърна система: местно, пребиваващи в основната памет, и транзит, които се зареждат в паметта само по време на попълване на неговите функции;
- приложат два режима на работа изчислителна система: привилегирован режим (режим на ядрото - режим на ядрото) или режим на надзорник (режим ръководител) и потребителски режим (режим на потребителя), или (режим задача) режим задача;
- Неограничаващи основните функции (и следователно броят на модули на ядрото), докато минималното количество, необходимо най-важните функции.
Първият операционната система проектирана като монолитна система без ясно определена структура (фиг. 1.2).
За да се построи монолитна система трябва да се съберат всички отделни процедури, а след това да ги свържем заедно в един обект файл чрез свръзката (примери включват ранните версии на UNIX ядро или Novell NetWare). Всяка процедура вижда друга процедура (за разлика от структура, съдържаща модули, в който повечето от информацията е местно към модула, и процедурите на модула може да се нарече само чрез специално определени входни точки).
Въпреки това, дори и тези монолитни системи могат да бъдат малко по-структуриран. При достъп до системата за разговори, подкрепени от параметрите на ОС в строго да забрани на определени места, като например регистри или стека, а след това се изпълнява специална команда за прекъсване, известен като призив ядрото или ръководител повикване. Тази команда превключва от режим на машината на потребителя да режим на ядрото, наричан още режим надзорник, и предава контрола OS. След това, операционната система проверява параметрите на повикванията, за да се определи коя система призив да бъде изпълнена. След това, масата на индекса OS съдържащ позовавания на процедурата и призовава съответната процедура.
Фиг. 1.2. монолитна архитектура
Тази организация на операционната система приема следната структура [13]:
- Основната програма, която причинява необходимите процедури за услуги;
- набор от процедури за услуги, които прилагат система на обажданията;
- набор от услуги, обслужващи процедури за услуги.
В този модел, има една процедура услуга за всяка система за повикване. Utilities изпълняват функции, които се нуждаят от някои сервизни процедури. Това разделяне на процедурите в три слоя, показан на фиг. 1.3.
Класическа архитектура се счита за операционната система на базата на концепцията за йерархична няколко нива автомобили, привилегированото ядро и потребителски режим транзит модули. Модули за ядрото работят основни функции на операционната система: управление на процеса, памет, входно-изходни устройства и т.н. Ядрото е основната операционна система, без която той е напълно неизползваема и не може да изпълнява някои от неговите функции. В основата на проблема решен в рамките на процес Computing, не е на разположение на заявлението.
Фиг. 1.3. структуриран архитектура
Специални основните функции на класа е за подкрепа на заявленията, създавайки за тях т.нар приложно програмиране околната среда. Приложенията могат да получат достъп до исканията на ядрото - системни функции - за извършване на определени действия, като например отваряне на файла, и четене, получаване на системното време, показва информация на екран и т.н. Функциите на ядрото, което може да бъде причинено от приложения, които формират приложен програмен интерфейс - API (Application Programming Interface).
За високоскоростни модули OS ядрото (поне повечето от тях) са местни и работи в привилегирован режим (режим на ядрото). Този режим е, от една страна, трябва да се защити работата на операционната система от намеса в приложения и, на второ място, трябва да могат да работят модули на ядрото с пълен набор от машинни инструкции, позволяващи реалното ядрото да извършва управление на компютър, по-специално, процесорът превключване от задача контрол задача входно-изходни устройства, разпределение на паметта и за защита и др.
Останалата част от модулите на ОС не са толкова важни характеристики като ядрото и са транзит. Например, тя може да бъде архивиране програма данни, диск дефрагментиране, диск компресия, диск почистване и т.н.
Допълнителни модули обикновено са разделени на групи:
Тези работещи единици са издадени като редовни приложения, вижте функциите на ядрото чрез системни функции се изпълняват в режим на потребител (потребителски режим). Този режим не може да направи някои от командите, които са свързани с функциите на ядрото на операционната система (управление, разпространение и защита на паметта, и т.н.).
Структурата на концепции на няколко нива (многослойни) на йерархична OS двигател също представлявана от поредица от слоеве. При такова подреждане, всеки слой служи лежащ отгоре слой, извършващи него набор от функции, които образуват интерфейс между слой. Въз основа на тези функции, следващото по-високо в йерархията слой изгражда своята функция - по-сложни и по-мощни, и т.н. Тази система значително опростява организацията на своето развитие, като Тя ви позволява да на първо място "отгоре-надолу", за да се определят функциите на слоеве и Междуслойните интерфейси, както и за подробното прилагане на движещи се "отдолу нагоре" - за увеличаване на капацитета на слоеве от функции. В допълнение, модулите на всеки слой могат да се променят, без да изисква промени в други слоеве (но не и промяна на Междуслойните интерфейси!).
може да бъде осигурен на многослойна структура на ядрото, например, изпълнението, показано на фиг. 1.4.
Фиг. 1.4. ОС Многослойната структура
В тази схема, са отбелязани следните слоеве.
Подобряване на устойчивостта на ядрото на операционната система осигурява преход към привилегирован режим. По този начин е налице забавяне на изпълнението на системни функции. Система за повикване ядрото привилегирован процесор посветени превключване от потребителя да привилегирован режим, и когато се завръщат в заявлението - повторен трансфер. Поради тази причина, има допълнително забавяне в обработката на системни функции (фиг. 1.5). Това решение обаче се превърна в класика и се използва в много операционни системи (UNIX, VAX, VMS, IBM OS / 390, OS / 2, и т.н.).
Фиг. 1.5. Обработка система повикване
многослоен няколко нива класически OS архитектура не е без проблеми. Фактът, че съществени промени в едно от нивата може да бъде трудно предвидимо въздействие върху съседни нива. В допълнение, многобройните взаимодействия между съседните нива затрудняват да се гарантира сигурността. Ето защо, като алтернатива на класическата версия на архитектурата на OS често се използва микрокърнъла архитектура.
Същността на тази архитектура е както следва. В привилегирован режим, той се експлоатира само една много малка част от операционната система, наречена микрокърнъла. В микрокърнъла е защитена от останалата част от операционната система и приложенията. Тя включва машина специфични модули, както и модули, които изпълняват основните механизми на конвенционален ядро. Всички останали функции на ядрото по-високо ниво се изпълняват като работи в режим на потребителя модули. Например, мениджъри на ресурси, които са неразделна част от нормалната ядрото, са "периферни" единици, работещи в потребителски режим. По този начин, в микрокърнъла архитектура с традиционната подредба на вертикални нива заменя хоризонтално. Това може да бъде представено както е показано на фиг. 1.6.
Външно към компонентите на микрокърнъла операционна система се изпълняват като процеси на услуги. Между тях те си взаимодействат като равностойни партньори чрез съобщения, които се предават чрез микрокърнъла. Тъй като целта на тези компоненти на системата е заявка за обслужване потребителски приложения, програми, комунални услуги, както и система за обработка, мениджъри на ресурси, направени в потребителски режим, наречен OS сървъри, т.е. модули, чиято основна цел е да служи на искания за местни приложения и други оперативни единици.
Фиг. 1.6. Преходът към микрокърнъла архитектура
Схематично, механизмът на функция нарича операционната система, проектирана под формата на сървъри изглежда, както е показано на фиг. 1.7.
Фиг. 1.7. Архитектурата на клиент-сървър
режими Промяна на цветовата система, когато обаждането на операционната система с микрокърнъла архитектура е, както е показано на фиг. 1.8. От фигурата става ясно, че изпълнението на поканата система е придружена от четири комутационни режими (4 т), докато в класическа архитектура - две. Следователно операционната изпълнението на микрокърнъла архитектура е по-ниска от тази на операционната система с класически ядрото на равни други условия.
Фиг. 1.8. Обработка система повикване в микрокърнъла архитектура
В същото време, следните предимства са признати микрокърнъла архитектура [17]:
- еднакви интерфейси;
- облекчаване на разтегливост;
- висока гъвкавост;
- възможността за преносимост;
- висока надеждност;
- подкрепа за разпределени системи;
- подкрепа за обектно-ориентиран OS.
Може би това може да изглежда парадоксално, но има и подход към микрокърнъла, като намаляване на микрокърнъла.
За да може да представа за размера на микроядра операционни системи в редица източници [17], при условие че следните данни:
- Типични микрокърнъла първо поколение - 300 Kbytes на код и интерфейс система повикване 140;
- микрокърнъла OS L4 (второ поколение) - 12 Kbytes на код и 7 интерфейси система за обаждане.
В съвременните операционни системи, за следните видове ядра.
Свързани статии