Многослойная структура ОС, ядра ОС

Вычислительную систему, работающую под управлением ОС на основе ядра, можно рассматривать как систему, состоящую из трех иерархически расположенных слоев:

– нижний слой образует аппаратура;

– промежуточный – ядро;

–

утилиты, обрабатывающие программы и приложения составляют верхний слой системы

При такой организации ОС приложения не могут непосредственно взаимодействовать с аппаратурой, а только через слой ядра.

 

Многослойный подход является универсальным и эффективным способом декомпозиции сложных систем любого типа, в том числе и программных.

Поскольку ядро представляем собой сложный много функциональный комплекс, многослойный подход обычно распространяется и на структуру ядра.

Средства аппаратной поддержки ОС

Часть функций ОС может выполняться и аппаратными функциями. К операционной системе относят не все аппаратные устройства компьютера, а только средства аппаратной поддержки ОС, т.е. те, которые прямо участвуют в организации вычислительных процессов:

– средства поддержки привилегированного режима;

– систему прерываний;

– средства переключения контекстов, процессов;

– средства защиты областей памяти и т.п.

2) Машинно–зависимые компоненты ОС

Этой слой образуют программные модули, в которых отражается специфика аппаратной платформы компьютера.

Базовые механизмы ядра

Этот слой выполняет наиболее примитивные операции ядра, такие как

· программное переключение контекстов процессов;

· диспетчеризацию прерываний;

· перемещение страниц памяти на диск и обратно и т.п.

Модули данного слоя не принимают решений о распределении ресурсов – они только отрабатывают принятые наверху решения, что и дает повод называть их исполнительными механизмами для модулей верхних слоев.

Менеджеры ресурсов

Этот слой состоит из мощных функциональных модулей, реализующих стратегические задачи по управлению основными ресурсами. Обычно на данном слое работают менеджеры (диспетчеры) процессов, ввода – вывода, файловой системы и оперативной памяти.

Каждый из менеджеров ведет учет свободных и используемых ресурсов определенного типа и планирует их распределение в соответствии с запросами приложений.

Например, менеджер виртуальной памяти управляет перемещением страниц из ОП на диск и обратно.

Менеджер должен отслеживать интенсивность обращений к страницам, время пребывания их в памяти, состояния процессов, использующих данные, и многие другие параметры, на основании которых он время от времени принимает решения о том, какие страницы необходимо выгрузить, а какие – загрузить.

Для исполнения принятых решений менеджер обращается к нижележащему слою базовых механизмов с запросами о загрузке (выгрузке) конкретных страниц.