Вопросы_к_экзамену_по_операционным. Функции и механизмы программдиспетчеров, предшественников операционных систем
 Скачать 1.12 Mb.
|
Принципы управления процессами, памятью, файлами.Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для всех ресурсов, являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования. Управление процессами. Подсистема управления процессами непосредственно влияет на функционирование вычислительной системы. Для каждой выполняемой программы ОС организует один или более процессов. Каждый такой процесс представляется в ОС информационной структурой (таблицей, дескриптором, контекстом процессора), содержащей данные о потребностях процесса в ресурсах, а также о фактически выделенных ему ресурсах (область оперативной памяти, количество процессорного времени, файлы, устройства ввода-вывода и др.). Кроме того, в этой информационной структуре хранятся данные, характеризующие историю пребывания процесса в системе: текущее состояние (активное или заблокированное), приоритет, состояние регистров, программного счетчика и др. В современных мультипрограммных ОС может существовать одновременно несколько процессов, порожденных по инициативе пользователей и их приложений, а также инициированных ОС для выполнения своих функций (системные процессы). Поскольку процессы могут одновременно претендовать на одни и те же ресурсы, подсистема управления процессами планирует очередность выполнения процессов, обеспечивает их необходимыми ресурсами, обеспечивает взаимодействие и синхронизацию процессов. Управление памятью. Подсистема управления памятью производит распределение физической памяти между всеми существующими в системе процессами, загрузку и удаление программных кодов и данных процессов в отведенные им области памяти, настройку адресно-зависимых частей кодов процесса на физические адреса выделенной области, а также защиту областей памяти каждого процесса. Стратегия управления памятью складывается из стратегий выборки, размещения и замещения блока программы или данных в основной памяти. Соответственно используются различные алгоритмы, определяющие, когда загрузить очередной блок в память (по запросу или с упреждением), в какое место памяти его поместить и какой блок программы или данных удалить из основной памяти, чтобы освободить место для размещения новых блоков. Одним из наиболее популярных способов управления памятью в современных ОС является виртуальная память. Реализация механизма виртуальной памяти позволяет программисту считать, что в его распоряжении имеется однородная оперативная память, объем которой ограничивается только возможностями адресации, предоставляемыми системой программирования. Важная функция управления памятью – защита памяти. Нарушения защиты памяти связаны с обращениями процессов к участкам памяти, выделенной другим процессам прикладных программ или программ самой ОС. Средства защиты памяти должны пресекать такие попытки доступа путем аварийного завершения программы-нарушителя. Управление файлами. Функции управления файлами сосредоточены в файловой системе ОС. Операционная система виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла – простой неструктурированной последовательности байтов, имеющих символьное имя. Для удобства работы с данными файлы группируются в каталоги, которые, в свою очередь, образуют группы – каталоги более высокого уровня. Файловая система преобразует символьные имена файлов, с которыми работает пользователь или программист, в физические адреса данных на дисках, организует совместный доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа.
Под архитектурой операционной системы понимают структурную и функциональную организацию ОС на основе некоторой совокупности программных модулей. В состав ОС входят исполняемые и объектные модули стандартных для данной ОС форматов, программные модули специального формата (например, загрузчик ОС, драйверы ввода-вывода), конфигурационные файлы, файлы документации, модули справочной системы и т.д. 1. Принцип модульной организации - выделение некоторого количества отдельных подструктур в ОС (сложность внутри модуля должна быть больше, чем интерфейс модуля). Если внутренность модуля меняется, интерфейс не должен меняться. В современных ОС это реализовано, например, в ядре Linux 2. Принцип функциональной избыточности. Жизненный цикл ОС составляет несколько лет, примерно одно десятилетие (на серверах иногда и дольше ввиду дороговизны перенастройки и переустановки программ и ОС). Принцип функциональной избыточности подразумевает заложение в ОС больших функций, чем требуется и потенциально может потребоваться. Раньше не предполагали о беспроводных устройствах и способах передачи данных, однако в ОС Windows XP изначально разрабатывалась скорость передачи до 1 Гб/с. Также ОС должна предусматривают подключение разных устройств. 3. Принцип функциональной избирательности - ОС должна предусматривать разнообразные устройства, программы, НО пользователь должен иметь возможность отключить или не устанавливать то, что ему не нужно. Современные ОС ввиду этого имеют разнообразные конфигурации (в Linux конфигурации пользователь выбирает сам, в Microsoft – все сборки одинаковы, но в некоторых (в зависимости от версии) функции бывают ограничены). 4. Принцип поддержки многослойности (минимум два слоя: режим работы ядра и режим работы пользовательского ПО). ОС должна иметь некий эксклюзивный доступ (привилегированный режим) для регулирования работы всей системы. Существуют специальные средства на уровне чипсета в материнской памяти для прерывания программы. Ядро ОС имеет доступ ко всей физической памяти (в том числе и к обработчикам прерывания), пользовательское ПО имеет доступ только к выделенным ОС частям физической памяти. Прерывание ПО возможно в любом случае, однако прерывание ОС невозможно в некоторых случаях, оно будет игнорироваться. У кода ядра ОС есть две особенности: он выполняется в привилегированном режиме и код ядра резидентен (полностью находится в оперативной памяти). В коде ядра записаны все критические ситуации ОС. ПО могут быть не резиденты в оперативной памяти и не имеют привилегированного режима. |