Лекция 5 Классификация ОС. Архитектура WindowsNT

1.

Лекция 5
Классификация ОС. Основания
классификации. Архитектура ОС
Windows NT

2.

Основания классификации
Особенности
алгоритмов
управления
ресурсами
Особенности
аппаратных
платформ
Поддержка
многозадачности
персональных
компьютеров
Поддержка
многопользовательского
режима
Вытесняющая и
невытесняющая
многозадачность,
многозадачность на базе
процессов или нитей
Многопроцессорная
обработка
Особенности
областей
использования
Особенности
методов
построения
системы пакетной
обработки (например, OC
EC)
Монолитное ядро
Микроядерная
архитектура
мини-компьютеров
Мейнфреймов
системы разделения
времени (UNIX, VMS)
Кластеров
Мобильных устройств
Многоуровневые системы
(Layered systems)
Виртуальные машины
системы реального
времени (QNX, RT/11)
Смешанные системы

3.

Особенности алгоритмов управления
ресурсами
• Поддержка многозадачности
• Поддержка многопользовательского режима
• Вытесняющая и невытесняющая многозадачность,
многозадачность на базе процессов или нитей
• Многопроцессорная обработка

4.

Поддержка многозадачности
однозадачные
многозадачные
(MS-DOS, MSX)
(OC EC, OS/2, UNIX, Windows95, NT…)
• выполняют функцию предоставления
пользователю виртуальной машины
• включают средства управления
периферийными устройствами, средства
управления файлами, средства общения с
пользователем
+
• управляют разделением совместно
используемых ресурсов

5.

Поддержка многопользовательского режима
однопользовательские
(MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2)
многопользовательские
(UNIX, Windows NT)
+
наличие средств защиты
информации каждого
пользователя от
несанкционированного
доступа других
пользователей

6.

Вытесняющая и невытесняющая
многозадачность
• Non-preemptive multitasking
- невытесняющая многозадачность
-
активный процесс выполняется до
тех пор, пока он сам, по
собственной инициативе, не отдаст
управление планировщику
операционной системы
• Preemptive multitasking вытесняющая
многозадачность –
решение о переключении
процессора с выполнения
одного процесса на
выполнение другого
процесса принимается
планировщиком
операционной системы, а не
самой активной задачей.

7.

Вытесняющая и невытесняющая
многозадачность
Удачный пример: файл-сервер NetWare
• Вытесняющая
многозадачность
во всех современных
операционных системах
(UNIX, Windows NT, OS/2,
VAX/VMS )
Неудачный пример: Windows 3.х, macOS
Часто называют ИСТИННОЙ
МНОГОЗАДАЧНОСТЬЮ
• Невытесняющая
многозадачность -
от Apple до 2002г.
если процесс не завершал работу, например,
из-за ошибки, и входил в бесконечный
цикл, у ядра операционной системы не
было выхода.

8.

Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу
организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной
архитектурой:
симметричные
асимметричные
SMP-symmetrical multitasking
ASMP- asymmetrical multitasking

9.

Особенности аппаратных платформ
• операционные системы персональных компьютеров
• мини-компьютеров
• Мейнфреймов
Вычислительный
кластер
• Кластеров
• Мобильных устройств
Мейнфрейм
система IBM z10 Enterprise
Class может заменить 1,5 тыс.
серверов архитектуры x86,
заняв при этом на 85% меньше
места и потребляя на 85%
меньше энергии.

10.

Особенности областей использования
• системы пакетной обработки (например, OC EC),
• системы разделения времени (Linux, UNIX, VMS, Windows NT),
• системы реального времени (FreeRTOS, KeilRTX, RTLinux, QNX) :
критерием эффективности для систем реального времени является их
способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между
запуском программы и получением результата (управляющего воздействия).
Это время называется временем реакции системы, а соответствующее
свойство системы - реактивностью

11.

Особенности методов построения
• Монолитное ядро
• Микроядерная архитектура
• Многоуровневые системы (Layered systems)
• Виртуальные машины
• Смешанные системы

12.

Монолитное ядро
• Монолитное ядро (monolithic kernel)
представляет собой набор процедур,
каждая из которых может вызвать каждую
• Ядро всегда полностью располагается в оперативной памяти →
присутствие в ядре лишних компонентов крайне нежелательно →
перекомпиляция – это единственный способ добавить в него
новые компоненты или исключить неиспользуемые
• Примером систем с монолитным ядром является большинство
Unix-систем, в частности, Linux

13.

Микроядерная архитектура
• Микроядро работает в привилегированном
режиме и обеспечивает взаимодействие
между программами, планирование
использования процессора, первичную
обработку прерываний, операции вводавывода и базовое управление памятью.
• Остальные компоненты системы
взаимодействуют друг с другом путем
передачи сообщений через микроядро
Основное достоинство микроядерной
архитектуры – высокая степень
модульности ядра операционной
системы.
• «Linux устарел» - Спор Таненбаума —
Торвальдса 1992г – 2006г

14.

Многоуровневые системы (Layered systems)
Слоеная система THE(Technishe Hogeschool Eindhoven) 1968 г
• Вся вычислительная система разбивается на ряд
более мелких уровней с хорошо определенными
связями между ними, так чтобы объекты уровня N
могли вызывать только объекты уровня N-1

15.

Виртуальные машины
• Каждая виртуальная машина предстает перед пользователем как голое железо
– копия всего hardware в вычислительной системе, включая процессор,
привилегированные и непривилегированные команды, устройства вводавывода, прерывания и т.д

16.

Генеалогия некоторых современных ОС
• Операционные системы с разделением времени

17.

Архитектура ОС
общего назначения

18.

Смешанные системы
Архитектура ОС Windows 10
Lsass
Приложения
Процессы сервисов
Процессы поддержки
системы
Диспетчер
управления
сервисами
OS/2
Диспетчер задач
Svchost.exe
Winmgmnt.exe
Windows Explorer
Диспетчер очереди
печати (спулер)
Пользовательское
приложение
Services.exe
DLL-модули
подсистем
Winlogon
Подсистемы
окружения
Диспетчер
сеансов
POSIX
Win32
Ntdll.dll
Системные
потоки
Режим
пользователя
Режим ядра
Диспетчер системных сервисов
Вызываемые интерфейсы режима ядра
Вызов
локальных
процедур
Диспетчер
(реестр)
Уровень абстрагирования от оборудования (HAL)
конфигурации
Ядро
Процессы
и потоки
Виртуальная
память
Справочный
монитор
безопасности
Диспетчер
электропитания
Диспетчер
Plug and
Play
Диспетчер
объектов
Драйверы
устройств и
файловой
системы
Кэш
файловой
системы
Диспетчер вводавывода
Win32 USER
GDI
Графические
драйверы

19.

Операционные среды
• Наличие нескольких прикладных сред дает возможность в
рамках одной ОС одновременно выполнять приложения,
разработанные для нескольких ОС.
• Под операционной средой понимают совокупность
интерфейсов, необходимых программам и пользователям для
обращения к ОС с целью получить определенные сервисы.