Архитектура операционных систем

Конечный пользователь

Программист

Машинный язык

Операционная система

Разработчик ОС

Расположение ОС в иерархической структуре программного и аппаратного обеспечения компьютера

ОПЕРАЦИОННАЯ СРЕДА

программная среда, образуемая операционной системой, определяющая интерфейс прикладного программирования (API) как множество системных функций и сервисов (системных вызовов), предоставляемых прикладным программам.

ОПЕРАЦИОННАЯ ОБОЛОЧКА

часть операционной среды, определяющая интерфейс пользователя, его реализацию (текстовый, графический и т.п.), командные и сервисные возможности пользователя по управлению прикладными программами и компьютером

Hardware

Ученные

Говард Айкен (Howard Aiken)

Джон фон Нейман (John von Neumann)

Дж. Преспер Эккерт (J. Presper Eckert)

Вильям Мочли (William Mauchley)

Конрад Цузе (Konrad Zuse)

Software

2. Электронные лампы

1. Программирование на абсолютном машинном языке

2. Не было ни операционных систем, ни системного программного обеспечения

IBSYS (для компьютера IBM 7094)

Software

1. Первые алгоритмические языки и трансляторы

2. Система пакетной обработки

3. Формализованный язык управления заданиями

4. Специальная программа – монитор

2. Mainframe (мэйнфреймы)

1952 г. – Первая ОС создана исследовательской лабораторией фирмы General Motors для IBM-701.

Software

1. Мультипрограммные системы пакетной обработки

3. Стандарт POSIX

2. Системы разделения времени

2. Серия машин IBM/360 (советский аналог – серия ЕС)

MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service – 1963)

3. Мини-компьютеры (серия PDP)

Ученные

Кен Томпсон (Ken Thompson)

1974 г. – (UNICS) UNIX (Uniplexed Information and Computing Service)

Hardware

Типичные ОС

CР/М (Control Program for Microcomputers)

DOS (Disk Operating System

Software

1. Интерпретатор языка Бейсик

2. Графический интерфейс пользователя (GUI, Graphical User Interface)

2. Процессор Intel 8080

MS-DOS (MicroSoft Disk Operating System)

3. Микрокомпьютеры

Ученные

Гэри Килдэлл (Gary Kildall)

Билл Гейтс (Bill Gates)

Тим Патерсон (Tim Paterson)

Даг Энгельбарт (Doug Engelbart)

Стив Джобc (Steve Jobs)

5. Персональный компьютер Apple

4. IBM PC (Personal Computer)

Все модули ядра или большая их часть постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными.

Модули ОС, оформленные в виде утилит, системных обрабатывающих программ и библиотек, обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, то есть являются транзитными.

Модель ОС — это каркас, который связывает в единое целое все средства и сервисы, обеспечиваемые системой, с одной стороны, и выполняемые ею задачи, с другой.

3.1. КЛАССИЧЕСКАЯ АРХИТЕКТУРА ОС

Ядро ОС

Пользовательский режим

Привилегированный режим

Утилиты

Системные обрабатывающие программы

Приложения пользователей

Приложения ставятся в подчиненное положение за счет запрета выполнения в пользовательском режиме некоторых критичных команд, связанных с переключением процессора с задачи на задачу, управлением устройствами ввода-вывода, доступом к механизмам распределения и защиты памяти.

3.1. КЛАССИЧЕСКАЯ АРХИТЕКТУРА ОС

Механизмы

1. Организация памяти, при которой используются два механизма преобразования памяти: сегментация и разбиение на страницы.

2. Четырехуровневая система защиты пространства памяти и ввода/вывода

3. Переключение задач

Сегмент - это блок пространства памяти определенного назначения, внутри которого применяется линейная адресация. Максимальное число таких сегментов равно 213.
При этом базовым объектом памяти служит блок фиксированного размера – страница – 4 Кб.

Систему защиты обычно изображают в виде колец, соответствующих уровням привилегий, а сами уровни привилегий иногда называют кольцами защиты.

3.1. КЛАССИЧЕСКАЯ АРХИТЕКТУРА ОС

- Базовые механизмы ядра

- Машинно-зависимые модули

- Средства аппаратной поддержки ОС

1

2

3

4

5

Модули, в которых отражается специфика аппаратной платформы компьютера. Этот слой полностью экранирует вышележащие слои ядра от особенностей аппаратуры

Средства, которые прямо участвуют в организации вычислительных процессов:
средства поддержки привилегированного режима,
система прерываний,
средства переключения контекстов процессов,
средства защиты областей памяти и т.п.

Модули слоя не принимают решений о распределении ресурсов — они только отрабатывают принятые "наверху" решения. Поэтому их называют исполнительными механизмами для модулей верхних слоев

Этот слой состоит из мощных функциональных модулей, реализующих стратегические задачи по управлению основными ресурсами вычислительной системы

Этот слой непосредственно взаимодействует с приложениями и системными утилитами, образуя прикладной программный интерфейс операционной системы

Утилиты. Системные программы

Приложения пользователей

API

Сервер безопасности

Файловая система

Драйвер устройств

Менеджер процессов

Менеджер виртуальной памяти

Интерфейс системы ввода-вывода

Утилиты ОС, приложения

РЕЖИМ ЯДРА

Пользовательский режим

Аппаратура

Средства аппаратной поддержки ОС

Микроядерная архитектура ОС