Операционные системы

1. Понятие Операционной системы

2. Компоненты компьютерной системы

Общая картина функционирования компьютерной системы

3. Компоненты компьютерной системы

Аппаратура (hardware) компьютера, основные части которой – центральный
процессор (Central Processor Unit - CPU), выполняющий команды (инструкции)
компьютера; память (memory), хранящая данные и программы, и устройства вводавывода, или внешние устройства (input-output devices, I/O devices),
обеспечивающие ввод информации в компьютер и вывод результатов работы программ в
форме, воспринимаемой пользователем-человеком или другими программами. Часто на
программистском сленге аппаратуру называют "железом".
Операционная система (operating system) – основной предмет нашего курса;
системное программное обеспечение, управляющее использованием аппаратуры
компьютера различными программами и пользователями.
Прикладное программное обеспечение (applications software) – программы,
предназначенные для решения различных классов задач. К ним относятся системы
управления базами данных (СУБД); графические библиотеки, игровые
программы, офисные программы. Прикладное программное обеспечение образует
следующий, более высокий уровень, по сравнению с операционной системой, и
позволяет решать на компьютере различные прикладные и повседневные задачи.
Пользователи (users) – люди и другие компьютеры. Отнесение пользователячеловека к компонентам компьютерной системы - вовсе не шутка, а реальность: любой
пользователь фактически становится частью вычислительной системы в процессе своей
работы на компьютере, так как должен подчиняться определенным строгим правилам,
нарушение которых приведет к ошибкам или невозможности использования компьютера,
и выполнять большой объем типовых рутинных действий – почти как сам компьютер.
Одна из важных функций ОС как раз и состоит в том, чтобы избавить пользователя от
большей части такой рутинной работы (например, резервного копирования файлов) и
позволить ему сосредоточиться на работе творческой. Другие компьютеры в сети также
могут играть роль пользователей (клиентов) по отношению к данному компьютеру,
выступающему в роли сервера, используемого, например, для хранения файлов или
выполнения больших программ.

4. Зачем нужна ОС?

Удобно для прикладного ПО
-Упращение разработки, например,
-использование высокоуровневой абстракции (файлы)
вместо низкоуровнего доступа (адресация контроллера
устройства через его регистры).
- Эти абстракции могут использоваться разным ПО
- Портируемость (на разные конфигурации или архитектуры)
- независимость от устройств NVIDIA /ATI (можно выводить
двух-трех-мерную графику не заботясь о строении видеокарты)
Удобно для пользователя
-Безопасность
-ОС защищает программы от других программ
-ОС распределяет ресурсы между программами
-Эффективность
- разделяет один компьютер между многими
пользователями
- одновременное выполнение нескольких программ

5. Что такое ОС?

ОС предоставляет основу и среду для выполнения
прикладных программ
пользователя
- Общее абстрактное представление ресурсов,
которые могут запрашиваться и использоваться
прикладным ПО (процессор, память, устройства
вв/выв (диск, сеть)
- Использует аппаратные ресурсы одного или
нескольких процессоров
- Управляет вторичной памятью и устройствами
вв/выв
Цели
- сделать компьютер более удобным
- сделать компьютер более эффективным
- сделать компьютер более безопасным

6. Операционная система

Операционная система (ОС, в
англоязычном варианте - operating system)
– базовое системное программное
обеспечение, управляющее работой
компьютера и являющееся посредником
(интерфейсом) между аппаратурой
(hardware), прикладным программным
обеспечением (application software) и
пользователем компьютера (user).
Фактически операционная система с точки
зрения пользователя– это как бы
продолжение аппаратуры, надстройка над
ней, обеспечивающая более удобное,
надежное и безопасное использование
компьютеров и компьютерных сетей.

7. Основные цели работы операционной системы следующие

Обеспечение удобства, эффективности, надежности,
безопасности выполнения пользовательских программ.
Обеспечение удобства, эффективности, надежности,
безопасности использования компьютера.
Обеспечение удобства, эффективности, надежности,
безопасности использования сетевых, дисковых и других
внешних устройств, подключенных к компьютеру.
Подчеркнем особую важность среди функций современных ОС
обеспечения безопасности, надежности и защиты данных.
Следует учитывать, что компьютер и операционная система работают
в сетевом окружении, в котором постоянно возможны и фактически
происходят атаки хакеров и их программ, ставящие своей целью
нарушение работы компьютера, "взлом" конфиденциальных данных
пользователя, хранящихся на нем, похищение логинов, паролей,
использование компьютера как "робота" для рассылки реклам или
вирусов и др.
В связи с этим в 2002 г. фирма Microsoft объявила инициативу по
надежным и безопасным вычислениям (trustworthy computing
initiative), целью которой является повышение надежности и
безопасности всего программного обеспечения, прежде всего –
операционных систем. В данном курсе мы будем подробно
останавливаться на том, какие действия по обеспечению надежности,
безопасности и защите данных предпринимают современные ОС.

8. Эволюция ОС

Последовательное выполнение
заданий
Простая пакетная обработка
Мультипрограммирование в
пакетных системах
Разделение времени
Современные ОС

9. Первая фаза развития ОС

Время ЭВМ дороже времени человека
Один пользователь в один момент времени работает
напрямую с консолью
Первые «ОС» - общие библиотеки вв/выв
Простой монитор пакетной обработки – убрать пользователя
от компьютера. Ос – программа для загрузки и исполнения
пользовательских заданий и сохранения результатов
Каналы данных, прерывания, одновременное выполнение
операций вв/выв и вычислений
Защита памяти позволяет реализовывать многозадачность:
несколько пользователей используют одну систему
ОС должна управлять взаимодействием, параллельностью
К середине 60х ОС становятся большими и сложными
Область ОС становится важной дисциплиной со своими
принципами

10. Вторая фаза развития ОС

Время человека дороже времени ЭВМ
Интерактивное разделение времени: удобные
файловые системы, проблемы с временем ответа
Персональные компьютеры: они дешевые, поэтому
каждый терминал – ПК
Сеть позволяет организовать общий доступ и
взаимодействие между машинами
Встроенные устройства: компьютеры помещаются в
сотовые телефоны, стерео проигрыватели,
телевизоры и пр.
Насколько там нужны сложные алгоритмы
разделения времени.

11. Настоящее и будущее ОС

Будущее в научном развитии ОС
Очень маленькие ОС (для мобильных устройств)
Очень большие ОС (центр обработки данных,
облачные вычисления)
Характеристики текущих ОС
Огромные миллионы строк исходного кода, 100-1000
человеко-лет разработки
Сложные: асинхронные, зависимые от аппаратного
обеспечения, ориентированные на высокую
производительность
Плохо понимаемые)

12. Направление исследований

Постоянно возникают новые направления исследований
Встраиваемые системы (iPоd – плеер компании Apple
потребовал разработки собственной унифицированной ОС)
Системы сенсоров (очень низкое энергопотребление,
жесткие требования в памяти)
Одноранговые сети
Беспроводные сети
Маштабируемые системы, кластерные системы
Старые проблемы требуют новых подходов к решению
Эволюция смартфонов повторяет эволюцию ПК, которая
повторяла эволюцию миникомпьютеров, а они в свою
очередь минифреймов

13. Функции ОС

Большинство функций ОС попадают в категорию
координации, позволяя разным задачам работать вместе
Параллелизм: позволяет нескольким разным задачам
выполняться в одно и тоже время так, как будто каждая из
них работает на отдельной машине. Для учета были введены
понятия процессов и потоков
Устройства вв/выв: ЦП не должен простаивать, ожидая
операции вв/выв
Память: как к одной память организовать множество
процессов?
Файлы: Позволяет множеству файлов для множества разных
пользователей разделять пространство одного физического
носителя – диска
Сети: Позволяют группе компьютеров работать совместно
Безопасность: как обеспечить взаимодействие при этом
защищая каждого участника от всевозможных небезопасных
действий остальных участников

14. Функции ОС

Представление сервисов
Управление ресурсами
Использование аппаратных ресурсов одного или нескольких
процессоров и выделение их пользовательским программам
Управление программой
ОС представляет набор услуг для системных пользователей
Управление процессом выполнения программа и операциями
устройств вв/выв. Прерывание программы для
приема/передачи данных через ввод/вывод или для
перераспределения ресурсов другой программе
Защита и безопасность
Обеспечивает защиту запущенных программ друг от друга
Контролирует доступ пользователей к данным, процессам и
др. объектам.

15. ОС как менеджер (система управления) ресурсов

Эффективное использование ограниченных
ресурсов
Это достигается с помощью
Улучшить использование
Минимизировать накладные расходы
Увеличить скорость
Многопользовательского режима и
мультипрограммирования: несколько программ
выполняются параллельно
Выделение приложениям ресурсов
Разделение ресурса во времени (Планирование
доступа к ресурсу разными пользователями)
Разделение ресурса в пространстве (выделение
памяти или ее части разным пользователям)

16. ОС как менеджер безопасности

Защита приложений друг от друга
Установка границ между программами,
работающими на компьютере
Защита самой ОС от пользовательских
программ (в них может произойти сбой)
Защита данных
Доступ к данным регулируется и
ограничивается
Определяется владелец и права доступа
данных и процессов
Выполнение программ

17. Основные понятия

Исторические наработки и решения проблем привели к
следующим основополагающим понятиям в теории ОС
Процессы и потоки
Управление памятью
Идентификация пользователей, защита данных
Планирование и управление ресурсами
Кеширование, виртуальная память, защита и изоляция
задач
Безопасность
Реализуют концепцию
мультипрограммирования/многозадачности, переключения
контекстов и вытесняющей многозадачности
Справедливое распределение процессорного времени на
задачи
Структура системы
Послойный подход к дизайну ОС, разделение
пользовательских программ и структур ядра

18. Процессы

Фундаментальное понятие ОС
Процесс – это выполняющаяся программа
Код программы
Ассоциированные с ней и необходимые ей данные
(статические переменные, стек, буферы…)
Контекст выполнения (состояние процесса)
Контекст выполнения очень важен для
управления процессами
Это структура данных, используемая ОС для
управления процессом
Сохраняет регистры процессора при переключении
контекста
Сохраняет приоритет процесса и другую
информацию о состоянии

19. Управление памятью

У ОС есть 5 основных принципов управления
устройствами хранения информации
Изоляция процессов
Автоматическое выделение и управление
памятью
Поддержка модульного программирования
Защита и контроль доступа
Долговременное хранение

20. Планирование и управление ресурсами

ОС управляет и выделяет ресурсы
процессора и память
Политика выделения ресурсов должна
опираться на
Эффективность: максимизация скорости
Справедливость: все процессы должны
обслуживаться справедливо
Дифференцированность: у процессов
может быть разный приоритет и разные
требования

21. Защита информации и безопасность

Доступ к вычислительным ресурсам и данным
должен контролироваться
Основные проблемы:
Доступность: защита системы от прерывания ее
работы
Конфиденциальность: предотвращение
неавторизованного доступа к данным
Целостность данных: предотвращение
неавторизованного изменения данных
Аутентификация: идентификация пользователей,
проверка их прав доступа, проверка правильности
переданных сообщений и данных

22. Состав ОС

Первая часть — ядро, низкоуровневая основа любой ОС,
выполняемая аппаратурой в особом привилегированном
режиме. Ядро загружается в память один раз и находится в
памяти резидентно – постоянно, по одним и тем же адресам.
Ядро - командный интерпретатор, «переводчик» с
программного языка на «железный», язык машинных кодов.
Вторая часть - Подсистема управления ресурсами
(resource allocator) - управляет вычислительными ресурсами
компьютера - оперативной и внешней памятью, процессором
Третья часть - Управляющая программа (control
program, supervisor) – управляет исполнением других
программ и функционированием устройств вводавывода.(используются специализированные программы для
управления различными устройствами, входящими в состав
компьютера. Драйвера «системные библиотеки»)
4 часть — удобная оболочка, с которой общается
пользователь — интерфейс. Своего рода красивая обертка, в
которую упаковано скучное и не интересное для пользователя
ядро.

23. Классификация ОС

Операционные системы могут
различаться:
особенностями реализации внутренних
алгоритмов управления основными
ресурсами компьютера (процессорами,
памятью, устройствами);
типами аппаратных платформ;
областями использования;
особенностями использованных методов
проектирования ОС и т.д.

24. Особенности реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера

От эффективности алгоритмов управления
локальными ресурсами компьютера во многом
зависит эффективность всей ОС в целом. Поэтому,
характеризуя ОС, часто приводят важнейшие
особенности реализации функций ОС по управлению
процессорами, памятью, внешними устройствами
компьютера.
Так, например, в зависимости от особенностей
использованного алгоритма управления процессором,
операционные системы делят на следующие типы:
многозадачные и однозадачные;
многопользовательские и однопользовательские;
системы, поддерживающие многоуровневую обработку и не
поддерживающие ее;
многопроцессорные и однопроцессорные системы.

25. Классификация ОС. Поддержка многозадачности

По числу одновременно выполняемых задач операционные
системы могут быть разделены на два класса:
однозадачные (например, MS-DOS, MSX) и
многозадачные (OC EC,OS/2,UNIX, Windows 95/XP/7).
Однозадачные ОС в основном выполняют функцию
предоставления пользователю виртуальной машины,
делая более простым и удобным процесс
взаимодействия пользователя с компьютером.
Однозадачные ОС включают средства управления
периферийными устройствами, средства управления
файлами, средства общения с пользователем.
Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных
функций, управляют разделением совместно
используемых ресурсов, таких как процессор,
оперативная память, файлы и внешние устройства.

26. Классификация ОС. Поддержка многопользовательского режима.

По числу одновременно работающих пользователей ОС
делятся на:
однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние
версии OS/2);
многопользовательские (UNIX, Windows NT).
Главным отличием многопользовательских систем от
однопользовательских является наличие средств защиты
информации каждого пользователя от
несанкционированного доступа других пользователей.
Следует заметить, что не всякая многозадачная система
является многопользовательской, и не всякая
однопользовательская ОС является однозадачной.

27. Вытесняющая и не вытесняющая многозадачность

Среди множества существующих вариантов реализации
многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:
не вытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);
вытесняющая многозадачность (Windows NT, Unix).
Основным различием вытесняющего и не вытесняющего вариантов
многозадачности является степень централизации
механизма планирования процессов. В случае не
вытесняющей многозадачности механизм планирования
процессов целиком сосредоточен в операционной системе,
а в случае вытесняющей многозадачности он распределен
между системой и прикладными программами.
При не вытесняющей многозадачности активный процесс
выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной
инициативе, не отдаст управление операционной системе для
того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к
выполнению процесс.
При вытесняющей многозадачности решение о переключении
процессора с одного процесса на другой принимается
операционной системой, а не самим активным процессом.

28. Поддержка многонитевости

Важным свойством операционных систем
является возможность
распараллеливания вычислений в
рамках одной задачи.
Многонитевая ОС разделяет время
процессора не между задачами, а между
их отдельными ветвями (нитями).

29. Многопроцессорная обработка

В наши дни становится общепринятым введение в
ОС функций поддержки многопроцессорной
обработки данных.
Такие функции имеются в ОС:
Solaris 2.x фирмы Sun,
Open Server 3.x компании Santa Crus Operations,
FreeBSD (эти три операционные системы
являются различными реализациями ОС Unix),
OS/2 фирмы IBM,
Windows NT фирмы Microsoft
NetWare 4.1 фирмы Novell.

30. Многопроцессорная обработка

Многопроцессорные ОС могут
классифицироваться по способу
организации вычислительного
процесса в системе с
многопроцессорной архитектурой:
асимметричные ОС;
симметричные ОС.

31. Многопроцессорная обработка

Асимметричная ОС целиком
выполняется только на одном из
процессоров системы, распределяя
прикладные задачи по остальным
процессорам.
Симметричная ОС полностью
децентрализована и использует весь пул
процессоров, разделяя их между
системными и прикладными задачами.

32.

Выше были рассмотрены характеристики ОС, связанные
с управлением только одним типом ресурсов процессором. Важное влияние на облик операционной
системы в целом, на возможности ее использования в
той или иной области оказывают особенности и других
подсистем управления локальными ресурсами подсистем управления памятью, файлами, устройствами
ввода-вывода.
Специфика ОС проявляется и в том, каким образом она
реализует сетевые функции: распознавание и
перенаправление в сеть запросов к удаленным
ресурсам, передача сообщений по сети, выполнение
удаленных запросов. При реализации сетевых функций
возникает комплекс задач, связанных с
распределенным характером хранения и обработки
данных в сети: ведение справочной информации обо
всех доступных в сети ресурсах и серверах, адресация
взаимодействующих процессов, обеспечение
прозрачности доступа, тиражирование данных,
согласование копий, поддержка безопасности данных.

33. Классификация ОС. Особенности аппаратных платформ

По типу аппаратуры различают ОС
персональных компьютеров,
мини-компьютеров,
мейнфреймов,
кластеров и сетей ЭВМ

34. Особенности аппаратных платформ

Среди перечисленных типов компьютеров могут
встречаться как однопроцессорные варианты, так и
многопроцессорные.
В любом случае специфика аппаратных средств,
как правило, отражается на специфике
операционных систем.
Очевидно, что ОС большой машины является более
сложной и функциональной, чем ОС персонального
компьютера. Так в ОС больших машин функции по
планированию потока выполняемых задач
реализуются путем использования сложных
приоритетных дисциплин и требуют большей
вычислительной мощности, чем в ОС персональных
компьютеров.
Аналогично обстоит дело и с другими функциями.

35. Особенности аппаратных платформ Сетевая ОС

Сетевая ОС имеет в своем составе средства
передачи сообщений между компьютерами по
линиям связи, которые совершенно не нужны в
автономной ОС.
На основе этих сообщений сетевая ОС
поддерживает разделение ресурсов компьютера
между удаленными пользователями,
подключенными к сети. Для поддержания
функций передачи сообщений сетевые ОС
содержат специальные программные
компоненты, реализующие популярные
коммуникационные протоколы, такие как TCP/IP,
IPX, Ethernet и другие.

36.

Многопроцессорные системы требуют от
операционной системы особой организации, с
помощью которой сама ОС, а также
поддерживаемые этой ОС приложения могли бы
выполняться параллельно отдельными
процессорами системы.
Параллельная работа отдельных частей ОС
создает дополнительные проблемы для
разработчиков ОС, так как в этом случае
гораздо сложнее обеспечить согласованный
доступ отдельных процессов к общим
системным таблицам, исключить нежелательные
последствия асинхронного выполнения работ.

37. ОС кластеров

Другие требования предъявляются к операционным системам
кластеров.
Кластер - слабо связанная совокупность нескольких
вычислительных систем, работающих совместно для выполнения
общих приложений, и представляющихся пользователю единой
системой.
Наряду со специальной аппаратурой для функционирования
кластерных систем необходима и программная поддержка со
стороны ОС, которая сводится в основном к синхронизации
доступа к разделяемым ресурсам, обнаружению отказов и
динамической реконфигурации системы.
Одной из первых разработок в области кластерных технологий
были решения компании Digital Equipment Corporation на базе
компьютеров VAX. Недавно этой компанией заключено
соглашение с корпорацией Microsoft о разработке кластерной
технологии, использующей Windows NT. Несколько компаний
предлагают кластеры на основе Unix-машин.

38. Мобильные ОС

Наряду с ОС, ориентированными на совершенно
определенный тип аппаратной платформы, существуют
операционные системы, специально разработанные таким
образом, чтобы они могли быть легко перенесены с
компьютера одного типа на компьютер другого типа, так
называемые мобильные ОС.
Наиболее ярким примером такой ОС является популярная
система Unix.
В этих системах аппаратно-зависимые места тщательно
локализованы, так что при переносе системы на новую
платформу переписываются только они. Средством,
облегчающем перенос остальной части ОС, является
написание ее на машинно-независимом языке, например, на
языке Си, который и был разработан для программирования
операционных систем.

39. Особенности областей использования ОС

Многозадачные ОС подразделяются на
три типа в соответствии с
использованными при их разработке
критериями эффективности:
системы пакетной обработки
(например, OC EC),
системы разделения времени (Unix,
VMS),
системы реального времени (QNX,
RT/11).

40. Системы пакетной обработки

Системы пакетной обработки
предназначались для решения задач в
основном вычислительного характера, не
требующих быстрого получения результатов.
Главной целью и критерием
эффективности систем пакетной обработки
является максимальная пропускная
способность, то есть решение
максимального числа задач в единицу
времени.

41. Системы пакетной обработки

Для достижения этой цели в системах пакетной
обработки используются следующая схема
функционирования:
в начале работы формируется пакет заданий,
каждое задание содержит требование к
системным ресурсам;
из этого пакета заданий формируется
мультипрограммная смесь, то есть множество
одновременно выполняемых задач.

42. Системы пакетной обработки

Для одновременного выполнения выбираются задачи,
предъявляющие отличающиеся требования к
ресурсам, так, чтобы обеспечивалась
сбалансированная загрузка всех устройств
вычислительной машины; так, например, в
мультипрограммной смеси желательно
одновременное присутствие вычислительных задач
и задач с интенсивным вводом-выводом. Таким
образом, выбор нового задания из пакета заданий
зависит от внутренней ситуации, складывающейся
в системе, то есть выбирается "выгодное" задание.
Следовательно, в таких ОС невозможно
гарантировать выполнение того или иного задания
в течение определенного периода времени.

43. Системы пакетной обработки

В системах пакетной обработки переключение
процессора с выполнения одной задачи на
выполнение другой происходит только в случае, если
активная задача сама отказывается от процессора,
например, из-за необходимости выполнить операцию
ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго
занять процессор, что делает невозможным
выполнение интерактивных задач.
Таким образом, взаимодействие пользователя с
вычислительной машиной, на которой установлена
система пакетной обработки, сводится к тому, что он
приносит задание, отдает его диспетчеру оператору,
а в конце дня после выполнения всего пакета
заданий получает результат. Очевидно, что такой
порядок снижает эффективность работы
пользователя.

44. Системы разделения времени (СРВ)

призваны исправить основной
недостаток систем пакетной
обработки - изоляцию
пользователя-программиста от
процесса выполнения его задач.
Каждому пользователю системы
разделения времени
предоставляется терминал, с
которого он может вести диалог со
своей программой.

45. Системы разделения времени

Так как в системах разделения времени
каждой задаче выделяется только квант
процессорного времени, ни одна задача
не занимает процессор надолго, и время
ответа оказывается приемлемым. Если
выбранный квант достаточно небольшой,
то у всех пользователей, одновременно
работающих на одной и той же машине,
складывается впечатление, что каждый из
них единолично использует машину.

46. Системы разделения времени

Ясно, что системы разделения времени
обладают меньшей пропускной
способностью, чем системы пакетной
обработки, так как на выполнение
принимается каждая запущенная
пользователем задача, а не та, которая
"выгодна" системе, и, кроме того, имеются
накладные расходы вычислительной
мощности на более частое переключение
процессора с задачи на задачу.
Критерием эффективности систем разделения
времени является не максимальная
пропускная способность, а удобство и
эффективность работы пользователя.

47. Системы реального времени

применяются для управления различными
техническими объектами (станок, спутник,
научная экспериментальная установка) или
технологическими процессами (гальваническая
линия, доменный процесс и т.п.).
Во всех этих случаях существует предельно
допустимое время, за которое должна быть
выполнена та или иная программа,
управляющая объектом, в противном случае
может произойти авария: спутник выйдет из
зоны видимости, экспериментальные данные,
поступающие с датчиков, будут потеряны,
толщина гальванического покрытия не будет
соответствовать норме.

48. Системы реального времени

Таким образом, 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.
Для этих систем мультипрограммная смесь
представляет собой фиксированный набор заранее
разработанных программ, а выбор программы на
выполнение осуществляется исходя из текущего
состояния объекта или в соответствии с расписанием
плановых работ.

49.

Некоторые операционные системы
могут совмещать в себе свойства систем
разных типов,
например, часть задач может
выполняться в режиме пакетной
обработки, а часть - в режиме
реального времени или в режиме
разделения времени.
В таких случаях режим пакетной
обработки часто называют фоновым
режимом.

50. Особенности методов построения ОС

В руководстве по работе с
операционной системой часто
указываются особенности ее
структурной организации и основные
концепции, положенные в ее основу.
К таким базовым концепциям
относится способ построения ядра
системы: монолитное ядро или
микроядро.

51.

Большинство ОС использует
монолитное ядро, которое
компонуется как одна программа,
работающая в привилегированном
режиме и использующая быстрые
переходы с одной процедуры на
другую, не требующие
переключения из
привилегированного режима в
пользовательский режим и
наоборот.

52.

Альтернативой является 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 серверы, работающие в пользовательском режиме.
При такой реализации ОС работает более медленно,
так как часто выполняются переходы между
привилегированным режимом и пользовательским,
зато система получается более гибкой - ее функции
можно наращивать, модифицировать или сужать,
добавляя, модифицируя или исключая серверы
пользовательского режима.
Кроме того, серверы хорошо защищены друг от
друга, как и любые пользовательские процессы.

53.

Построение ОС на базе объектно-ориентированного
подхода дает возможность использовать все
достоинства этого метода (хорошо зарекомендовавшие
себя на уровне приложений) внутри операционной
системы, а именно:
аккумуляцию удачных решений в форме стандартных
объектов;
возможность создания новых объектов на базе
имеющихся с помощью механизма наследования;
хорошую защиту данных за счет их инкапсуляции во
внутренние структуры объекта, что делает данные
недоступными для несанкционированного
использования извне;
структурированность системы, состоящей из набора
хорошо определенных объектов.

54.

Наличие нескольких прикладных сред дает
возможность в рамках одной ОС
одновременно выполнять приложения,
разработанные для нескольких ОС.
Многие современные операционные системы
поддерживают одновременно прикладные
среды MS-DOS, Windows, Unix, OS/2 или хотя
бы некоторого подмножества из этого
популярного набора.
Концепция множественных прикладных сред
наиболее просто реализуется в ОС на базе
микроядра, над которым работают различные
серверы, часть которых реализуют
прикладную среду той или иной
операционной системы.

55. Распределенная организация ОС позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах.

В распределенной ОС реализованы механизмы, которые дают
возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в
виде традиционного однопроцессорного компьютера.
Характерными признаками распределенной организации
ОС являются:
наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов;
наличие единой службы времени;
использование механизма вызова удаленных процедур (RPC)
для прозрачного распределения программных процедур по
компьютерам;
применение многонитевой обработки, позволяющей
распараллеливать вычисления в рамках одной задачи и
выполнять эту задачу сразу на нескольких компьютерах сети;
наличие других распределенных служб.

56. Архитектура ОС

57.

58. Архитектура ОС

http://eesun.ru/air/index.php?show
topic=204
http://freeknel.narod.ru/q36.html