Многоуровневая структура ОС

Монолитная система

Структура операционных систем

ОС как система управления ресурсами

ОС как виртуальная машина

ОС предоставляет пользователю виртуальную машину, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину.

Например, чтобы считать или записать информацию на дискету, надо:

• Запустить двигатель вращения дискеты
• Управлять шаговым двигателем перемещения головки
• Следить за индикатором присутствия дискеты
• Выбрать номер блока на диске
• Выбрать дорожку
• Выбрать номер сектора на дорожке
• и.т.д.

Все эти функции берет на себя операционная система.

Чтобы несколько программ могло работать с одним ресурсом (процессор, память), необходима система управления ресурсами.

Способы распределения ресурса:

• Временной - когда программы используют его по очереди, например, так система управляет процессором.
• Пространственный - программа получает часть ресурса, например, так система управляет оперативной памятью и жестким диском.

Структура системы:

1. Главная программа, которая вызывает требуемые сервисные процедуры.
2. Набор сервисных процедур, реализующих системные вызовы.
3. Набор утилит, обслуживающих сервисные процедуры.

Простая модель монолитной системы

В этой модели для каждого системного вызова имеется одна сервисная процедура (например, читать из файла). Утилиты выполняют функции, которые нужны нескольким сервисным процедурам (например, для чтения и записи файла необходима утилита работы с диском).

Этапы обработки вызова:

• Принимается вызов
• Выполняется переход из режима пользователя в режим ядра
• ОС проверяет параметры вызова для того, чтобы определить, какой системный вызов должен быть выполнен
• После этого ОС обращается к таблице, содержащей ссылки на процедуры, и вызывает соответствующую процедуру.

Обобщением предыдущего подхода является организация ОС как иерархии уровней. Уровни образуются группами функций операционной системы - файловая система, управление процессами и устройствами и т.п. Каждый уровень может взаимодействовать только со своим непосредственным соседом - выше- или нижележащим уровнем. Прикладные программы или модули самой операционной системы передают запросы вверх и вниз по этим уровням.

Пример структуры многоуровневой системы

Преимущества:

• Высокая производительность

Недостатки:

• Большой код ядра, и как следствие большое содержание ошибок
• Ядро плохо защищено от вспомогательных процессов
• Пример реализации многоуровневой модели UNIX.

Структура ОС UNIX

Ядро

ОС UNIX

Пример реализации многоуровневой модели Windows

Структура Windows 2000