Архітектура ОС

ОС можна розглядати як сукупність компонентів, кожен з яких відповідає за певні функції. Набір таких компонентів і порядок їх взаємодії один з одним та із зовнішнім середовищем – архітектура ОС.

Ядро ОС – базові компоненти ОС, які відповідають за її найважливіші функції, перебувають в пам’яті постійно і виконуються в привілейному режимі. Ці функції – обробка переривань, керування пам’яттю, в/в.

Існує 2 режими роботи процесора – привілейний  (захищений – для забезпечення керування ресурсами щодо прикладних задач, при системному виклику ядро перемикає процесор в цей режим) і користувача (застосовується при діях користувача, в ньому недопустимі команди, що є критичними для роботи системи – перемикання задач, звертання до пам’яті за заданими межами, доступ до пристроїв в/в).

 

Системне ПЗ:

  • системні програми (утіліти): командний інтерпретатор, програми резервного копіювання, відновлення, діагностики, адміністрування;
  • системні бібліотеки – в них реалізовані функції, що застосовуються користувачем.

 

Реалізація архітектури ОС:

  • монолітні системи – всі базові функції сконцентровані в ядрі;
  • багаторівневі системи – компоненти ОС утворюють ієрархію, коли кожен наступний рівень спирається на попередній.;
  • системи з мікро ядром – в привілейному режимі реалізована невелика частка функцій ядра, інші – в режимі користувача;
  • концепція віртуальних машин – програмним шляхом створюються копії апаратного забезпечення (емуляція), ці копії (віртуальні машини працюють паралельно, на кожній з них функціонує програне забезпечення, з яким взаємодіють прикладні програми і користувачі.

 

Сучасні апаратні архітектури комп’ютерів реалізують базові засоби підтримки ОС:

  • система переривань – за їх допомогою процесор отримує інформацію про події, не пов’язані з основним циклом роботи; бувають апаратні та програмні;
  • привілейований режим процесора (режимний біт показує, в якому режимі процесор) – при перериванні процесор обов’язково перемикається в привілейований режим;
  • засоби перемикання задач – дають змогу зберігати вміст регістрів процесора (контекст задачі) у разі припинення задачі та відновлювати дані перед її подальшим виконанням;
  • підтримка керування пам’яттю – механізм трансляції та захист пам’яті;
  • системний таймер – апаратний пристрій, що генерує переивання таймера через певні проміжки часу;
  • захист пристроїв в/в – всі інструкції в/в визначені як привілейовані;
  • базова система в/в (BIOS) – службовий програмний код, що зберігається в постійному запам’ятовуючому пристрої і призначений для ізоляції ОС від конкретного апаратного забезпечення.

 

 

Фізична організація і характеристики файлових систем

Файл – набір даних у файловій системі, доступ до якого здійснюється за іменем.

Файлова система – принцип організації даних у вигляді файлів або конкретний набір даних (відповідна частина диска).

ФС розглядаються на логічному і фізичному рівнях.

Логічний – визначає зовнішнє подання системи як сукупності файлів (які зазвичай перебувають в каталогах), а також виконання операцій над файлами і каталогами (створення, вилучення…). Розміщення інформації у ФС: дисковий простів розподіляється на кластери (відбувається під час форматування). Розмір кластера визначає особливості дискового простору, це найменша одиниця адресації при звернені до неї.

 

Фізичний – визначає принципи розміщення структур даних файлової системи на диску або іншому пристрої.

Фізична інформація, що міститься в файлах, розташована на сукупності секторів, що можуть знаходитись в різних місцях диска – це найменша фізична одиниця зберігання даних.

ОС MS-DOS, OS/2, Windows 95 та ін. використовують файлову систему на основі таблиць розміщення файлів (FAT-таблиці), що складаються з 16-ти або 32-розрядних полів (дозволяє 216 або 232 записів – 65536 або 4294967296 записів).

 

Функції обслуговування файлової системи:

  • створення файлів і присвоєння їм імен;
  • створення каталогів і присвоєння їм імен;
  • перейменування файлів та каталогів;
  • копіювання і переміщення;
  • видалення;
  • навігація за файловою структурою з метою доступу до заданого файлу або каталогу;
  • управління атрибутами файлів (тільки для читання, прихований, системний, архівний).

 

Імена файлів – короткі (угода 8.3) або довгі (256).

Шлях до файлу.

 

Контрольні питання:

  1. Що таке ОС?
  2. Перерахуйте основні функції ОС.
  3. Розкажіть про інтерфейс користувача, що застосовується в різних ОС.
  4. Опишіть організацію зберігання файлу на дисках комп’ютера.
  5. Перерахуйте функції ОС по обслуговуванню ФС?
  6. Поясніть правила, за якими формується коротке та довге ім’я файлу.
  7. Перелічіть причини, за якими ядро ОС має виконуватися в привілейованому режимі процесора.
  8. Чи може процесор переходити в привілейований режим під час виконання програми користувача? Чи може така програма виконуватись виключно в привілейованому режимі?
  9. Які основні функції ОС? Чи немає між ними протиріч?
  10. Наведіть кілька прикладів просторового і часового розподілу ресурсів комп’ютера. Від чого залежить вибір того чи іншого методу розподілу?
  11. В чому полягає основна відмінність багатозадачних пакетних систем від систем з розподілом часу? Як можна в рамках однієї системи об’єднати можливості обох зазначених систем?
  12. Чому більшість вбудованих систем розроблено як системи реального часу? Наведіть приклади вбудованих систем, для яких підтримка режиму реального часу не є обов’язковою.
  13. Що спільного й в чому відмінність між мережною і розподіленою ОС? Яка з них складніша в реалізації?
  14. Для чого використовуються шаблони в імені файлів та як вони будуються? Які символи в них використовують і для чого?
 1  2