Лекция "Классическая архитектура ОС"

Классическая архитектура ОС Существует универсальный и эффективный подход к построению сложной системы  любого типа ­ многослойный подход. В соответствии с ним система делится на иерархию  слоев, каждый из которых обслуживает вышележащий слой, выполняя для него некоторый набор функций, образующих так называемый межслойный интерфейс. Основываясь на  функциях, предоставляемых нижележащим слоем, вышележащий слой строит свои более  мощные функции, являющиеся основой для создания функций еще более высокого в  иерархии слоя. Межслойные интерфейсы, с помощью которых происходит взаимодействие слоев, строго оговорены, тогда как связи между модулями внутри одного слоя могут быть произвольными. Если применить описанный подход к вычислительной системе, работающей под  управлением ОС, построенной по классической архитектуре, то ее можно представить как систему, состоящую из трех иерархически связанных слоев, каждый из которых  взаимодействует только со смежным ему слоем. При этом нижний слой составляет  аппаратура, средний включает в себя ядро, а самый верхний ­ утилиты, системные  обрабатывающие программы и приложения. Однако не только система в целом, но и ядро ОС является сложным  многофункциональным комплексом программ, а значит к нему, в свою очередь, также  можно применить многослойный подход. Как правило, в ядре классической ОС выделяют  следующие основные слои (рис. 4): ­ средства аппаратной поддержки ОС, к которым относятся аппаратные средства  системы, напрямую участвующие в вычислительном процессе: средства поддержки  привилегированного режима и защиты областей памяти, система прерываний и т.д. Их  можно считать составляющей частью ОС. Набор и функциональные возможности  аппаратных средств могут меняться и определяются разработчиком конкретной системы; ­ машинно­зависимые компоненты ОС, включающие в себя программные модули,  отражающие специфику аппаратной платформы компьютера. Теоретически именно этот  слой должен делать вышележащие слои ядра полностью независимыми от особенностей  аппаратуры, что позволяет разрабатывать машинно­независимые вышележащие слои и  обеспечивать тем самым возможность переносимости ОС; ­ базовые механизмы ядра, выполняющие наиболее примитивные операции ядра,  например контекстное переключение процессов, перемещение участков памяти на диск и  обратно и т.д. Модули данного ядра не принимают решения о распределении ресурсов  вычислительной системы, а только отрабатывают принятые вышележащими слоями  решения; ­ менеджеры ресурсов, реализующие задачи по стратегическому управлению  основными ресурсами вычислительной системы. Слой состоит из сложных и мощных  функциональных модулей. Каждый менеджер ресурсов (называемый также диспетчером) ведет учет свободных и используемых ресурсов соответствующего типа и планирует их  распределение в соответствии с запросами приложений. Для управления ресурсами  менеджеры ресурсов используют функции нижележащего слоя ­ базовых механизмов ядра; ­ интерфейс системных вызовов непосредственно взаимодействует с  приложениями и системными утилитами, образуя прикладной программный интерфейс  операционной системы (API). Является самым верхним слоем в иерархи слоев ядра.  Обслуживающие системные вызовы функции API предоставляют доступ к ресурсам  вычислительной системы в удобной и компактной форме без указания деталей их  физического расположения.