Уровни абстракции ОС. ОС с архитектурой микроядра. Виртуальные машины. Цели проектирования и разработки ОС. Генерация ОС

Презентацию к данной лекции Вы можете скачать здесь.

Введение

Сложность архитектуры ОС приводит к необходимости использования специальных методов для их разработки. В лекции рассмотрены наиболее популярные из таких методов.

Уровни абстракции ОС

Проектирование и реализация операционных систем адекватно соответствуют принципу уровней абстракции, сформулированному Э. Дейкстрой и подробно рассмотренному в [ 2 ] . На рис. 7.1 изображены уровни абстракции при разработке ОС.

Рис. 7.1. Уровни абстракции ОС.

Каждый новый уровень абстракции M определяет новые операции, в реализации которых используются операции предшествующего уровня M-1. Кроме того, уровень M-1 может иметь скрытые операции, используемые только на этом уровне и недоступные другим уровням.

На рис. 7.2 изображены уровни абстракции операционной системы OS/2 – второй ОС (вслед за MS DOS), разработанной фирмой Microsoft (в середине 1980-х гг.) для персональных компьютеров PS/2. OS/2 является значительно более развитой ОС, чем MS DOS, как видно из рисунка.

увеличить изображение
Рис. 7.2. Уровни абстракции OS/2

На верхнем уровне абстракции прикладные программы пользователей обращаются к интерфейсу прикладного программирования (application programming interface – API),который представляет собой набор библиотечных функций. API структурирован по подсистемам, причем набор подсистем расширяем. Нижние уровни абстракции реализуют ядро ОС, выполняющее функции управления памятью, диспетчеризации задач и управления устройствами. Наконец, на самом низком уровне абстракции реализованы драйверы устройств.

Операционные системы с микроядром

Микроядро (micro-kernel) – один из важнейших принципов разработки ОС, который заключается в переносе максимально возможного числа модулей из системного в пользовательское "пространство", т.е. ОС разрабатывается таким образом, что большинство ее модулей выполняются в пользовательском режиме. Коммуникация выполняется между пользовательскими модулями с помощью передачи сообщений. Преимущества такого подхода:

1. микроядро легче расширять;
2. легче переносить ОС на новые аппаратные платформы;
3. увеличивается надежность ОС, так как большее число программ выполняются в непривилегированном режиме;
4. улучшается безопасность ОС.

По такому принципу разработаны все операционные системы семейства Windows NT. Структура Windows NT изображена на рис. 7.3.

увеличить изображение
Рис. 7.3. Клиент –серверная структура Windows NT.

Система Windows NT (от New Technology), разработанная в середине 1990-х гг., воплотила в себе новый подход Microsoft к разработке операционных систем. Его отличительные черты: модульная клиент-серверная архитектура, микроядро, обеспечение совместимости с распространенными видами приложений для других ОС (например, OS/2), расширенные сетевые возможности, повышенная надежность. Windows NT с середины 1990-х гг. широко распространилась как серверная ОС. Для совместимости с приложениями для других ОС, в Windows NT реализованы соответствующие серверы. Взаимодействие клиентских приложений с ними показано на схеме. Аббревиатура Win32 означает "библиотеки (API) ОС Windows для 32-разрядных процессоров". POSIX (Portable Operating Systems of unIX type) – стандарт для библиотек, системных вызовов и системных программ для операционных систем типа UNIX. POSIX-совместимость означает, что приложение, предназначенное для UNIX, использует только стандартные возможности. Все современные ОС (начиная с Windows NT) обеспечивают совместимость с POSIX-приложениями. Заметим, что все серверы для совместимости с другими ОС в Windows NT выполняются в непривилегированном режиме, но обращаются к микроядру.