Основы архитектуры операционных систем

1. Операционные системы

Введение (часть 4)
4. Основы архитектуры операционных систем
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
Базовые понятия
Свойства ОС
Структура ОС
Логические функции ОС
Типы ОС
4.5.1.
4.5.2.
4.5.3.
Пакетная ОС
Системы разделения времени
ОС реального времени
4.6. Сетевые и распределённые ОС

2. Базовые понятия

Операционная система — комплекс программ,
обеспечивающий
контроль
за
существованием,
распределением и использованием ресурсов ВС.
Процесс — совокупность машинных команд и данных,
исполняющаяся в рамках ВС и обладающая правами на
владение некоторым набором ресурсов.

3. Требования к ОС

• Надежность
Количество ошибок должно быть минимизировано
• Защита
Предусмотрение защиты информации и ресурсов от несанкционированного
доступа
• Эффективность
Удовлетворение критериям эффективности
• Предсказуемость
Известны заранее проблемы и последствия различных действий,
устойчивость к форс-мажору

4. Структура ОС

Ядро (Kernel) — резидентная часть ОС, работающая в
режиме супервизора (обычно работает в режиме
физической адресации).
Интерфейсы системных вызовов (API –
Application Program Interface)
Динамически подгружаемые драйверы
физических и виртуальных устройств
Ядро ОС
Аппаратура
Динамически подгружаемые драйверы устройств:
• резидентные / нерезидентные
• работают в пользовательском / привилегированном режиме
Системный вызов — обращение к ОС за предоставление той или
иной функции ( возможности, услуги, сервиса).

5. Структура ОС

Пример структурной организации классической
системы UNIX
Программы пользователя
Уровень пользователя
Библиотеки
Интерфейс системных вызовов
Взаимодействие
между процессами
Файловая подсистема
Буфер
Планировщик
БайтБлокориентированные ориентированные
устройства
устройства
Драйверы устройств
Уровень аппаратного
обеспечения
Управление памятью
Монолитное ядро
Аппаратное обеспечение

6. Структура ОС

Драйвер устройства
...
Управление
процессами
Драйвер устройства
Микроядро
Аппаратура
...
Файловая система
Структура ОС
Микроядерная архитектура
...

7. Логические функции ОС

• Управление процессами
• Управление ОП
• Планирование
• Управление устройствами и ФС
• Сетевое взаимодействие
• Безопасность

8. Типы операционных систем

• Пакетная ОС
• Системы разделения времени
• ОС реального времени

9. Пакетная ОС

Переключение выполнения процессов происходит:
• выполнение процесса завершено
• возникло прерывание
• зацикливания процесса

10. Системы разделения времени

Квант времени ЦП — некоторый фиксированный ОС
промежуток времени работы ЦП.
Переключение выполнения процессов происходит:
• исчерпался выделенный квант времени
• выполнение процесса завершено
• возникло прерывание
• зацикливания процесса

11. ОС реального времени

Системы
реального
времени
являются
специализированными системами, в которых все
функции планирования ориентированы на обработку
фиксированного набора событий за время, не
превосходящее некоторого предельного значения.

12. Сетевые, распределенные ОС

Сетевая ОС — ОС, которая обеспечивает функции
распределения приложений в сети
Распределенные приложения
Сетевая ОС Сетевая ОС
Сетевая ОС
...
...
...
...
...
...
...
Сеть

13. Сетевые, распределенные ОС

Распределённая ОС — ОС, функционирующая на
многопроцессорном/многомашинном
комплексе,
в
котором на каждом из узлов функционирует своё ядро, а
также
система,
обеспечивающая
распределение
возможностей (ресурсов) ОС.
Распределенные приложения
Распределенные возможности (сервисы, услуги) ОС
Ядро
Ядро
Ядро
...
Сеть