Архитектура ОС

Все ОС строятся по модульному принципу (планирование процессов, управление памятью, подсистема ввода-вывода и т.д.), и для них очень важны способы взаимодействия между модулями (межмодульный интерфейс), для каждого из которых определены спецификации функционирования и интерфейсы. ОС, однако, различаются по способам оформления модулей и связей между ними. Модульный состав и организация межмодульного взаимодействия и составляют архитектуру ОС.

Первой из четко сформулированных архитектурных концепций ОС была иерархия абстрактных машин. Самый нижний уровень иерархии составляет реальная машина с ее интерфейсом оборудования. Нижний слой программного обеспечения составляет первый уровень. Совместно с аппаратными средствами он представляет некоторую абстрактную машину со своим, более высокоуровневым интерфейсом оборудования. На основе этого интерфейса строится абстрактная машина второго уровня и т.д. Последовательным наращиванием слоев программного обеспечения интерфейс абстрактной машины доводится до уровня интерфейса процессов.

Следует отдельно рассмотреть архитектурную концепцию, получившую название ОС виртуальных машин. В ОС виртуальных машин интерфейс процесса выглядит как интерфейс оборудования. В предельном случае внешние формы этих двух интерфейсов совпадают полностью. В этом случае процессу доступны все команды из набора команд вычислительной системы. Но на самом деле выдача процессом привилегированной команды вызывает прерывание-ловушку. Обрабатывая ловушку, ОС выполняет для процесса требуемую команду или моделирует выполнение этой команды на виртуальном оборудовании. У процесса создается иллюзия, что в его полном распоряжении находится реальная вычислительная система

Концепция микроядра подразумевает наличие «мини-ОС», реализующей наиболее фундаментальные, критичные по времени и аппаратно-зависимые функции управления, чаще всего это: управление реальной памятью, переключение процессов, средства обмена сообщениями между процессами, а в мультипроцессорных системах - и управление загрузкой процессоров. Концепция микроядра предполагает оформление модулей ОС в виде процессов. ОС, построенные на базе микроядра обладают гибкостью в настройке, т.к. модули ОС, не входящие в микроядро могут легко заменяться, и потенциальной переносимостью, т.к. для перенесения ОС на другую платформу достаточно только переписать микроядро.

В объектно-ориентированных ОС ресурсы представляются в виде объектов - полностью инкапсулированных структур данных. Для каждого типа объектов определен набор допустимых операций над ним. Наряду с общими преимуществами, обеспечиваемыми ОО-подходом (полиморфизм, инкапсуляция), такие ОС позволяют обеспечить надежную защиту системных и пользовательских ресурсов.

Реальные ОС, как правило, сочетают в себе комбинацию различных архитектурных подходов.