Характеристики ядра ос. Назначения и функции ядра.
Ядро́ — центральная часть операционной системы, обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.
Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.
Ядро операционной системы обеспечивает большинство ее возможностей, включая планирование, работу с файловой системой, сетевые функции, работу драйверов различных устройств, управление памятью и многие другие. Обычно монолитное ядро реализуется как единый процесс, все элементы которого используют одно и то же адресное пространство. В архитектуре микроядра ядру отводится лишь несколько самых важных функций, в число которых входят работа с адресными пространствами, обеспечение взаимодействия между процессами (interprocess communication — IPC) и основное планирование. Работу других сервисов операционной системы обеспечивают процессы, которые иногда называют серверами. Эти процессы запускаются в пользовательском режиме и микроядро работает с ними так же, как и с другими приложениями.
Такой подход позволяет разделить задачу разработки операционной системы на разработку ядра и разработку сервера. Серверы можно настраивать для требований конкретных приложений или среды.
Выделение в структуре системы микроядра упрощает реализацию системы, обеспечивает ее гибкость, а также хорошо вписывается в распределенную среду. Фактически микроядро взаимодействует с локальным и удаленным сервером по одной и той же схеме, что упрощает построение распределенных систем.
Многопоточность (multithreading) — это технология, при которой процесс, выполняющий приложение, разделяется на несколько одновременно выполняемых потоков. Ниже приведены основные различия между потоком и процессом.
Основные функция ядра:
Ядро операционной системы, как правило, содержит программы для реализации следующих функций:
обработка прерываний;
создание и уничтожение процессов;
переключение процессов из состояния в состояние;
диспетчирование ;
приостановка и активизация процессов ;
синхронизация процессов ;
организация взаимодействия между процессами;
манипулирование блоками управления процессами;
поддержка операций ввода-вывода;
поддержка распределения и перераспределения памяти;
поддержка работы файловой системы ;
поддержка механизма вызова-возврата при обращении к процедурам;
поддержка определенных функций по ведению учета работы
машины.
Способы организации памяти. Достоинаства и недостатки каждого способоа.
логическая организация памяти внутри выполняющегося процесса.
Физическая организация памяти , методы отображения памяти процесса на физическую память ЭВМ.
Логическая память может быть организована 2 различными видами:
Непрерывная единая память
Сегментная организация памяти.
1) 2)
Физическая память организуется двумя различными способами:
Непрерывная организация.
Статическая организация памяти.
1)
При непрерывной организации физической
памяти, к любому ее месту можно обратится
непосредственно минуя дополнительные
операции.
При линейной организации физической памяти, она разбивается ОС на ряд разделов, при этом размеченных разделах хранятся данные для различных программ.
2) Статическая организация памяти:
При статической организации памяти, логическая и физическая память разбиваются на отдельные страницы фиксированной длины. При такой организации памяти, компьютер может и должен производить отображение логической памяти на физическую.
Особенности этого отображения состоит в том, что размещения страниц физической памяти не соответствует размещению страниц в логической памяти является случайным, зависящим от истории протекания вычислительного процесса на ЭВМ.
Страничная организация памяти удобна потому, что позволяет выполнить параллельно несколько процессов суммарной длинной логической памяти намного больше чем физическая память компьютера. Кроме того и логическая память одного процесса может быть намного больше чем физическая память компьютера.
В физической памяти страницы соответствующие различным процессам перемещены. При недостатки физической памяти происходит конкуренция между процессами за ее обладание. Поэтому время от времени физические страницы памяти отнимаются у процесса и передаются другому процессу.
Билет №4
№1 Сегментная организация памяти защищенного режима процессоров Intel x86
В микропроцессорах i8086/88 сегментация памяти осуществляется простым способом. Все адресное пространство в 1 Мбайт разбивается на несколько (от 16 до 65536) смежных блоков памяти. Каждый такой блок может иметь размер от 16 байт до 64 Кбайт и выравнивается на шестнадцатибайтной границе. Блок памяти длиной в 16 байт и выравненный на 16-ти байтной границе называется параграфом. Для обращения к любому адресу в памяти необходимо знать его физический адрес, который в микропроцессорах i8086/88 и реальном режиме работы микропроцессоров x86 совпадает с его линейным адресом.
В общем случае для формирования линейного адреса необходимо знать базу (Base, Segment) и смещение (Offset) этого адреса. В микропроцессорах i8086/88 оба компонента линейного адреса являются шестнадцатиричными.
Для микропроцессоров x86 в реальном режиме работы смещение (Offset) является одновременно эффективным адресом. Эффективные адреса формируются в Intel-совместимых микропроцессорах с помощью регистров данных (смотри VOLIII(6), "Системные регистры центрального процессора".) Эффективный адрес формируется следующим образом.: к восьми или шестнадцатиразрядному смещению в программе добавляется 16-ти разрядное содержимое базового регистра и 16-ти разрядное содержимое индексного регистра. (смотри VOLIII(6) "Классификация регистров данных").
Примечания: 1. Разрядность смещения должна соответствовать разрядности регистра, куда пересылаются данные.
2. Обычно в базовом регистре содержится начальный адрес блока извлекаемых данных, а в индексном регистре -- длина извлекаемой записи, умноженная на порядковый номер (от 0 до N-1) записи.
Система команд в микропроцессорах x86 устроена так, что для образования эффективного адреса необходимо обязательное присутствие только одного его компонента. Таким образом любой компонент: база, индекс, смещение -- или даже оба из них могутбыть опущены.
№2Страничная организация памяти защищенного режима процессоров Intel x86
Основное применение страничного преобразования адреса - организация виртуальной памяти. Виртуальная память позволяет использовать программам, больший объем памяти, чем установленный на компьютере физический объем памяти. Остальная информация может быть сброшена на внешний носитель.
Управление страничным разбиением памяти обычно возлагается на специальную микросхему MMU (Memory Managment Unit - устройство управления памятью). В микропроцессоре i80486 и выше это устройство встроено в процессор.
Как и сегментация, страничная организация памяти связана с преобразованием виртуального адреса (в данном случае линейного) в физический. В страничном преобразовании базовым объектом памяти является блок фиксированного размера, называемый страницей (page). Размер страницы - 4 Кбайт.
При разрешенном страничном преобразовании физическая память компьютера разбивается на страницы. Иногда страницы называют страничными кадрами - page frame, - размером ; Кбайт. Поскольку часть страниц находится вне физической памяти, предусмотрен механизм замены страниц по требованию. Это позволяет программам использовать для своих нужд все линейное адресное пространство, не заботясь о том, занята ли физическая память другими процессами.
Границы сегментов и страниц могут не совпадать. Однако желательно, для повышения производительности системы, выравнивать границы сегментов на границы страничного кадра.
В отличие от сегмента, для страниц есть только два уровня привилегий: пользовательский (User) и супервизора (Supervisor). Пользовательский уровень привилегий соответствует уровню 3 для сегмента, а уровень супервизора - уровням привилегий сегмента 0, 1 и 2.
Билет №5