Ядро и вспомогательные модули ОС

Архитектура операционной системы

Лекция 2

Большинство современных операционных систем представляют собой хорошо структурированные модульные системы, способные к развитию, расширению и переносу на новые платформы. Какой-либо единой архитектуры ОС не сущест­вует, но существуют универсальные подходы к структурированию ОС.

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

- модули, выполняющие основные функции ОС (ядро);

- модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.

Модули ядра выполняют такие базовые функции ОС, как управление процесса­ми, памятью, устройствами ввода-вывода и т. п. Ядро - центр операционной системы, без него ОС является полностью неработоспособной и не сможет выполнить ни одну из своих функций.

В состав ядра входят функции, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса, такие как переключение контекстов, загрузка/выгрузка станиц, обработка прерываний. Эти функции недоступны для приложений. Другой класс функций ядра служит для поддержки приложений, создавая для них прикладную программную среду. Приложения обращаются к ядру с запросами - системными вызовами - для выполнения действий, например для открытия и чтения файла. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования - API.

Функции, выполняемые модулями ядра, - наиболее часто используемые функции операционной системы и скорость их выполнения определяет производительность всей системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все модули ядра или большая их часть постоянно находятся в оперативной памяти - резидентные.

Обычно ядро оформляется в виде программного модуля некоторого специального формата, отличающегося от формата пользовательских приложений.

Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде оболочек с утилитами или в виде системных библиотек и обычно подразделяются на группы:

- утилиты - программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, такие, например, как программы сжатия дисков;

- системные обрабатывающие программы - текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики;

- программы предоставления пользователю дополнительных услуг - специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор;

- библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например библиотека математических функций, функций ввода-вывода и т.д.

Модули ОС, оформленные в виде утилит, системных обрабатывающих программ и библиотек, обычно загружаются в оперативную память только на время вы­полнения своих функций, и являются транзитными. Постоянно в оперативной памяти располагаются только самые необходимые коды ОС, составляю­щие ее ядро. Такая организация ОС экономит оперативную память ВС.