ОПЕРАЦИЯЛЫҚ ЖҮЙЕНІҢ ЯДРОСЫ

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ 3
1 ОПЕРАЦИЯЛЫҚ ЖҮЙЕНІҢ ЯДРОСЫ 4
1.1 ОЖ тұрғызу әдістерінің ерекшеліктері 4
1.2 Басым режимдегі ядро 5
1.3 Монолитті операциялық жүйе 8
1.4 Микроядролық операциялық жүйе 11
2 ОПЕРАЦИЯЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІҢ ЯДРОСЫНА АНАЛИЗ 15
2.1 Linux операциялық жүйе ядросы 15
2.2 Windows NT ядросы 16
ҚОРЫТЫНДЫ 18
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 19

КІРІСПЕ

Операциялық жүйе - операциялық жүйе басқаратын қордың түрімен немесе қорлардың барлық түрлеріне қолданылатын арнайы тапсырмаға сәйкес топталатын көптеген функцияларды атқарады. Қазіргі заманғы көптапсырмалы, көппайдаланушы операциялық жүйенің келесі функцияларын атап көрсетуге болады: үрдістерді басқару, жадыны басқару, файлдар мен сыртқы құрылғыларды басқару, деректерді қорғау мен әкімшілік ету, қолданбалы бағдарламалау интерфейсі, пайдаланушы интерфейсі.
Қазіргі заманғы операциялық жүйелердің көпшілігі жаңа платформаларға өту мен кеңею, дамуға қабілеті өте жақсы құрылымданған модульдік жүйені көрсетеді. Операциялық жүйелерді құрылымдаудың әмбебап тәсілдері бар, олардың арасынан монолитті және микроядролық сәулеттерді атап көрсетуге болады.
Жұмыстың мақсаты операциялық жүйелердің құрылымы мен тұрғызылуы принциптерімен танысу. Оның ішінде монолитті және микроядролы операциялық жүйелердің қазіргі таңдағы жетістіктері, бір-бірінен айырмашылықтары, олардың архитектурасының артықшылықтары мен кемшіліктерін, басымдылықтары мен өзгешеліктерін сипаттау. Бұл мақсатқа жету үшін, бірінші бөлімде операциялық жүйенің ядросы жайлы:
- ОЖ тұрғызу әдістерінің ерекшеліктерін;
- басым режимдегі ядросын;
- монолитті операциялық жүйе және оның архитектурасы жайлы;
- микроядролық операциялық жүйе және оның архитектурасы жайлы.
Екінші бөлімде операциялық жүйенің ядроларынна анализ яғни:
- Linux операциялық жүйесінің микроядролы архитектурасын;
- Windows NT ядросы жайлы мәліметтер жинақталған.

1 ОПЕРАЦИЯЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІҢ ЯДРОСЫ

1.1 ОЖ тұрғызу әдістерінің ерекшеліктері

Операциялық жүйені сипаттағанда көбінесе олардың негізіне салынған құрылымдық ұйымдастырылуының ерекшеліктерін және негізгі тұжырымдамасын көрсетеді. Бұл сияқты негізгі тұжырымдамалар:
- жүйе ядросының тұрғызылу тәсілдері - монолитті ядро немесе микроядролық тұрғыдан қарау.
Жүйе ядросының тұрғызылуы

Микроядро
Монолитті ядро

1-сурет. Жүйе ядросы

ОЖ көбінде монолитті ядроны пайданылады, ол басым режимде жұмыс жасайтын, бір бағдарлама ретінде құрастылылады және бір процедурадан келесісіне жылдам өтуді пайдаланып, басым режимнен қолданушы режиміне өтуді және керісінше істеуді талап етпейді. ОЖ микроядро негізінде тұрғызу балама болып табылады. Ол да басым режимде жұмыс жасап, тек аппаратураны басқару бойынша минимум функцияларды атқарып, ал сол мезетте ОЖ жоғарырақ деңгейдегі функцияларын ОЖ мамандандырылған компоненттері - қолданушы режиминде жұмыс жасайтын серверлер орындайды. Бұл сияқты тұрғызылғанда ОЖ баяуырақ жұмыс істейді, өйткені басым режиммен қолданушы режиміне өту және керісінше өтулер жиі орындалады, бірақ жүйе иілгіштеу болады, себебі қолданушы режимінің серверлерін қосу, жою, өзгерту арқылы оның функцияларын өсіруге, өзгертуге және азайтуға болады. Сонымен қатар, кез келген қолданушы үдерістері сияқты серверлер бір бірінен жақсы қорғалған. Микроядерлі ОЖ - ОСРВ QNX, ал монолитті ОЖ - Windows 9x және Linux жатады. Windows 9x ОЖ үшін қолданушы ядроны өзгерте алмайды, себебі оның қолында ядроны жинақтаудың бастапқы коды және бағдарламасы жоқ. Ал Linux ОЖ бұл сияқты мүмкіндік берілген, яғни қолданушы қажет бағдарламалық модульдерді және драйверді қосып, ядроны өзі жинақтай алады;
- ОЖ объектілі-бағдарланған тұрғы негізінде тұрғызу оның операциялық жүйе ішінде қосымшалар деңгейінде өздерін жақсы көрсете білген барлық құндылықтарын қолдануға мүмкіндік береді. Атап айтсақ, сәтті шешімдерді стандартты объект формасында аккумуляциялау, мұрагерлік механизмінің көмегімен бар объектілердің негізінде жаңа объектілер құру мүмкіндігі, объектілердің ішкі құрылымдарына инкапсуляциялау арқылы мәліметтерді жақсы қорғау, ал бұл өз кезегінде мәліметтерді сырттан рұқсатсыз пайдалануға мүмкіндік бермейді, жақсы анықталған объектілер жиынынан тұратын жүйенің құрылымданғандылығы;
- бірнеше қолданбалы ортаның бар болуы бірнеше ОЖ үшін жасалған қосымшаларды бір ОЖ шеңберінде орындауға мүмкіндік береді. Көптеген заманауи операциялық жүйелер MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS2 қолданбалы орталарын бір мезетте қолдайды. Көптік қолданбалы орта тұжырымдамасы микроядро негізіндегі ОЖ іске асырылады, бұл микроядро негізіндегі операциялық жүйелермен түрлі серверлер жұмыс жасайды, ал олардың біразы қандайда бір операциялық жүйенің қолданбалы ортасын жүзеге асырады;
- перациялық жүйенің үлестірілген түрде ұйымдастырылуы қолданушылар мен бағдарламалаушылардың желілік ортадағы жұмысын жеңілдетеді. Үлестірілген ОЖ қолданушыларға желіні дәстүрлі бір процессорлы компьютер сияқты елестетуге және қабылдауға мүмкіндік беретін механизмдер бар. ОЖ үлестірілген түрде ұйымдастырудың өзіндік белгілері бар: бөлінісілетін ресурстардың біртұтас анықтамалық қызметінің бар болуы, уақыттың біртұтас қызметі, бағдарламалық процедураларды машиналарға тұнық үлестіруге арналған жойылған процедараларды шақыру (RPC) механизмін қолдану, бір тапсырма көлемінде есептеулерді параллельдеп, және оларды желінің бірнеше компьютерінде орындауға мүмкіндік беретін төп тармақты өңдеу, және тағы басқа үлестірілген қызметтер.

1.2 Басым режимдегі ядро

Қосымшалардың жұмыс барысын сенімді басқару үшін операциялық жүйе оларға қарағанда қандайда бір басымдылықтарға ие болуы керек. Олай болмаса, бұрыс жұмыс жасап тұрған қосымша ОЖ жұмысына араласуы мүмкін, мысалы, оның кодтарының бөліктерін бүлдіруі мүмкін. Егер операциялық жүйені құрастырушылардың шешімдері қосымшалардан қорғалмаған жүйе модульдеріне орналастырылса, бұл шешімдердің қаншалықты элегентты және тиімді болғанына қарамастан-ақ, олардың барлық әрекеттері нәтижесіз болады. Операциялық жүйенің ерекше өкілеттілігі болуы керек, себебі мультибағдарламалық режимде қосымшалардың компьютер ресурстарына таласы болған жағдайда арбитр ролін ойнау үшін керек. Ешбір қосымшаның ОЖ бақылауынсыз қосымша жады аймағын алу, ОЖ рұқсат етілген уақыт аралығынан артық процессорды ұстау, ортақ қолданылатын сыртқы құрылғыларды тікелей басқаруға мүмкіндіктері болмайды.
Арнайы аппараттық құрылғылардың көмегінсіз операциялық жүйеге басымдылықты беру мүмкін емес. Компьютер аппаратурасы жоқ дегенде екі жұмыс режимінде жұмыс жасауы керек - қолданушы режимі (user mode) және басым режимде, сонымен қатар, ядро режимі (kernel mode), немесе супервизор режимі (supervisor mode) деп те атайды. Яғни операциялық жүйе немесе оның кейбір бөлімдері басым режимде, ал қосымшалар - қолданушы режимінде жұмыс жасайды.
Ядро ОЖ барлық функцияларын орындайды, көбінде ядро ОЖ басым режимде жұмыс істейтін бөліміне айналады. Кейде бұл қасиет - басым режимдегі жұмыс - ядро түсінігінің негізгі анықтамасы болады.

2-сурет. Операциялық жүйенің ядросы
мұндағы, көмекші ОЖ модулі және қолданушы бағдарламалар

Қосымшалар бағыныңқы күйге қойылады. Бұл қолданушы режимінде процессорды тапсырмадан тапсырмаға ауыстыру, енгізу-шығару құрылғыларын басқару, үлестіру және жадыны қорғау механизмдеріне қол жеткізумен байланысты кейбір сыни командаларды орындауға тыйым салу арқылы жүргізіледі. Қолданушы режимінде кейбір нұсқауларды орындауға шартсыз тыйым салынады (бұл сияқты нұсқауға басым режимге өту нұсқаулығы жататыны анық), ал кейбіреулерін орындауға белгілі бір жағдайларда ғана тыйым салынады. Мысалы, қатты дисктің контроллеріне қатынауда барысында енгізушығару нұсқаулықтары қосымшаларға тыйым салынған болуы мүмкін, қатты диск ОЖ және барлық қосымшаларға ортақ мәліметтерді сақтайды, бірақ нақты бір қосымшаның монопольді иелігіне бөлінген тізбектелген портқа қатынауда рұқсат етілген. Маңыздысы сыни нұсқаулықтарды орындауға рұқсат беретін шарттар толығымен ОЖ бақылауында болады және бұл бақылау қолданушы режимі үшін шарттсыз тыйым салынған нұсқаулықтар жиыны арқасында жүзеге асырылады.
ОЖ жадыға қатынау басымдылығыда дәл осы сияқты жүргізіледі. Мысалы, жадыға қатынау нұсқаулығын орындау егер нұсқау ОЖ бұл қосымшаға бөлінген жады аумағына қатынаса қосымшаға рұқсат етіледі, ал егер ОЖ немесе басқа қосымшалар тұрған жады аумағына қатынаса, рұқсат етілмейді. ОЖ жадыға қатынауды толық бақылауы жадыны қорғау механизмдерін конфигурациялау нұсқаулығы немесе нұсқаулықтарын (мысалы, IBM мэйнфрейдарында жадыны қорғау кілттерін немесе Pentium процессорларының жадысындағы дескрипторлар кестесі көрсеткішін өзгерту) тек басым режимде ғана орындауға болатындығының арқасында мүмкін болады.

3-сурет. Операциялық жүйенің көп қабатты құрылымы

Операциялық жүйе жадыны қорғау механизмін тек өз жады аумағын қосымшалардан қорғау үщін ғана емес, сонымен бірге ОЖ қандайда бір қосымшаға бөлген жады аумағын басқа қосымшалардан қорғау үшін де қолданады. Әрбір қосымша өзінің адрестік кеңестігінде жұмыс істейді деп айтады. Бұл қасиеті бұрыс жұмыс жасап тұрған қосымшаларды өз жады аумағына оқшаулайды, содан оның қателіктері басқа қосымшаларға және ОЖ әсер етпейді.
Аппаратты жүзеге асырылатын басымдылық деңгейлерінің саны, және ОЖ құптайтын басымдылық деңгейлерінің саны арасында тура сәйкестік жоқ. Intel компаниясының төрт деңгейді қамтамасыз ететін процессорлары негізінде OS2 операциялық жүйесі үш деңгейлі басымдылық жүйесін, ал Windows NT, UNIX және тағы басқа кейбір операциялық жүйелер екі деңгейлі жүйемен шектелуде.

4-сурет. UNIX операциялық жүйесінің ядросы

Ал, бір жағынан егер аппаратурада тым болмағанда басымдылықтың екі деңгейі болса, онда ОЖ осының негізінде бағдарламалық жолмен жетік қорғаныс жүйелерін жасайды.
Бұл жүйе, мысалы иерархияны құрап тұрған басымдылықтардың бірнеше деңгейін құптай алады. Басымдылықтың бірнеше деңгейінің болуы ОЖ модульдерінің арасында өкілеттіліктерді дәлірек бөлуді де және қосымшалар арасында да дәлірек бөлуді мүмкін етеді. ОЖ ішінде басымдырақ өкілеттілікті бөліктермен қатар басымдылығы төмен өкілеттілікті бөліктердің болуы бағдарламалық кодтардың ішкі қателіктеріне ОЖ бекемділігін арттырады. Себебі бұл қателіктер белгілі бір деңгейлі басымдылықты модульдердің ішіне ғана тарайды.
ОЖ процессордың басымдылықтарының екі режимінің негізінде ресурстарды жекелей қорғаудың күрделі жүйесін тұрғыза алады, мысал ретінде файлдармен каталогтарды қорғаудың типтік жүйесін келтіруге болады. Бұл сияқты жүйе кез келген қолданушыға әрбір файлға және каталогқа қатынау құқығын беруді мүмкін етеді.
Ядроның басым режимге ауысуы арқылы қамтамасыз етілетін операциялық жүйенің бекемділігін арттыру, жүйелік шақыртулардың орындалу уақытын біраз бәсеңдету арқылы жүзеге асады. Басым ядроны жүйелік шақырту процессордың қолданушы режимінен басым режиміне ауысуын иннициализациялайды, ал қосымшаға кері оралғанда - басым режимнен қолданушы режиміне ауысады. Процессорлардың барлық типтерінде ауысудың қосымша екі ретті ұстап қалуының әсерінен режимді ауыстыруы бар процедурасына өту режимді ауыстыруы жоқ процедураны шақыртудан баяуырақ орындалады.
Басым ядро және қолданушы режиміндегі қосымшалар негізінде тұрғызылған ОЖ архитектурасы шындығында да классикалық бола түсті. Оны көптеген танымал ОЖ қолданады: UNIX, VAX VMS, IBM OS390, OS2 және әртүрлі өзгешеліктері бар Windows NT.
Кейбір жағдайларда ОЖ құрастырушылар бұл классикалық архитектураның шегінен шығып, ядро мен қосымша жұмысын бір режимде ұйымдастырады. Novell компаниясының NetWare мамандандырылған ОЖ Intel x86 Pentium процессорларының басым режимін ядро жұмысы үшін де, өздерінің ерекше қосымшалары NLM жүктелетін модульдерінің жұмысы үшін де қолданады. ОЖ бұл сияқты тұрғызғанда қосымшалардың ядроға қатынауы режимдерді ауыстыру сияқты емес, жылдам орындалады, бірақ дұрыс жұмыс жасамай тұрған қосымшалардан ОЖ модульдері алып тұрған жадыны қорғаудың берік аппараттық қорғаны жоқ. NetWare құрастырушылары өз операциялық жүйелерінің сенімділігін әлеуетті төмендетті, өйткені оның мамандандырылған қосымшаларының жиыны әрбір қосымшаны толық дұрыстаудың есебінен бұл архитектуралық кемшіліктің орнын жабады.

1.3 Монолитті операциялық жүйе

Операциялық жүйелердің көпшілігі артықшылығы жоғары режимде жұмыс істейтін және бір үрдістен басқасына тез өтулерді пайдаланатын, артықшылығы жоғары режимнен пайдаланушы режиміне және керісінше қайта қосылуларды талап етпейтін бір бағдарлама ретінде компоненттелетін монолитті ядроны пайдаланады. Операциялық жүйенің монолитті ядросының құрылымы 8-суретте көрсетілген.
Мұндай ядро негізгі компоненттер мен қосымша функцияларды жүзеге асыратын модульдерге бөлінеді, мысалы, арнайы сыртқы құрылғылар мен файлдық жүйелермен жұмыс. Пайдаланушы режимінен ядро режиміне өту жүйелік шақырулар - операциялық жүйе ядросының интерфейсі арқылы жүзеге асады.

5-сурет. Операциялық жүйенің монолитті ядросының құрылымы
ОЖ модульдері реентерабельді емес. Қарапайым ОЖ жоспарлаушыдан басқа көптеген модульдер кіреді - енгізушығарудың ішкі жүйесі, файлдық жүйе немесе жүйелер, жады диспетчері және т.б. Іс жүзінде осы барлық модульдер бөлінісілетін ресурстармен жұмыс жасайды және реентерабельді бола алмайды.
Монолитті ядро. Бұл мәселелердің ең бірінші шешімдерінің бірі ОЖ реентерабельді емес модульдерінің жұмысы барысында тапсырмалардың ауыстырылуына тыйым салу болды. Бұл уақытта ОЖ барлық модульдері ядро (kernel) деп аталатын конгломератқа жинақталады. Ядроны басым тапсырма деп атасақ болады, бірақ ол толық мағынасында үдеріс болып табылмайды, себебі жоспарлаушы ядродан процессорды тартып ала алмайды. Ядрода барлық реентерабельді емес модульдер жинақталған, көп жағдайларда реентерабельді модульдерде жинақталады. Жоспарлаушының өзі де ядроның бөлігі болып табылады.
Жүйелік шақыруды орындай отырып, қолданушы бағдарламасы басқаруды ядроға береді. Ядроға кірген тұста үдерістерді жоспарлау тоқтатылады. Ядро немесе сұратуды орындайды, не болмаса оны орындауға кезекке қойып, басқаруды жоспарлаушыға береді. Жоспарлаушы ағымдағы үдерісті (егер ол белсенді болса) тізімнің соңына қойып, интервал ретінде уақыт квантын беріп, таймерді бағдарламалайды, және басқаруды келесі белсенді үдеріске береді.
Үдеріс басқаруды екі түрлі тәсілмен жоғалтып алуы мүмкін - уақыт кванты біткен мезетте немесе жүйелік шақыруды орындау барысында. Бірінші жағдайда ол үнемі белсенділер ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.