Основные принципы построения ОС

Простейшая структуризация ОС состоит в разделении всех компонентов ОС на модули, выполняющие основные функции ОС (ядро), и модули, выполняющие вспомогательные функции ОС. Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений (утилиты и системные обрабатывающие программы), либо в виде библиотек процедур. Вспомогательные модули загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, то есть являются транзитными. Модули ядра постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными. При наличии аппаратной поддержки режимов с разными уровнями полномочий устойчивость ОС может быть повышена путем выполнения функций ядра в привилегированном режиме, а вспомогательных модулей ОС и приложений - в пользовательском. Это дает возможность защитить коды и данные ОС и приложений от несанкционированного доступа. ОС может выступать в роли арбитра в спорах приложений за ресурсы. Ядро, являясь структурным элементом ОС, в свою очередь, может быть логически разложено на следующие слои (начиная с самого нижнего): машинно-зависимые компоненты ОС; базовые механизмы ядра; менеджеры ресурсов; интерфейс системных вызовов. В многослойной системе каждый слой обслуживает вышележащий слой, выполняя для него некоторый набор функций, которые образуют межслойный интерфейс. На основе функций нижележащего слоя следующий вверх по иерархии слой строит свои функции - более сложные и более мощные, которые, в свою очередь, оказываются примитивами для создания еще более мощных функций вышележащего слоя. Многослойная организация ОС существенно упрощает разработку и модернизацию системы. Микроядерная архитектура является альтернативой классическому способу построения операционной системы, в соответствии с которым все основные функции операционной системы, составляющие многослойное ядро, выполняются в привилегированном режиме. В микроядерных ОС в привилегированном режиме остается работать только очень небольшая часть ОС, называемая микроядром. Все остальные высокоуровневые функции ядра оформляются в виде приложений, работающих в пользовательском режиме. Микроядерные ОС удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к современным ОС, обладая переносимостью, расширяемостью, надежностью и создавая хорошие предпосылки для поддержки распределенных приложений. За эти достоинства приходится платить снижением производительности, что является основным недостатком микроядерной архитектуры.

Частотный принцип реализации системных программ основан на выделении в алгоритмах и в обрабатываемых массивах ОС действий и данных по частоте их использования. Следствием применения частотного принципа в современных ОС - наличие многоуровневого планирования при организации работы ОС.

Принцип модульности отражает технологические и эксплуатационные свойства системы, предусматривая оформление функционально законченных компонентов ОС в виде отдельных модулей.

Принцип функциональной избирательности предусматривает выделение некоторого множества важных модулей, которые должны быть постоянно в “горячем” режиме для обеспечения эффективного управления вычислительным процессом. Этот выделенный набор модулей называют ядром ОС. При формировании состава ядра ОС ищут компромисс между двумя разноречивыми требованиями: в состав ядра должны войти наиболее часто используемые модули; объем памяти, занимаемый ядром ОС, должен быть как можно меньше.

Принцип генерируемости определяет такой способ исходного представления системной программы ОС, который позволяет настраивать эту системную программу исходя из конкретной конфигурации аппаратных средств и круга решаемых проблем.

Принцип функциональной избыточности предусматривает обеспечение возможности выполнения одной и той же работы различными средствами.

Принцип перемещаемости предусматривает такое построение модулей ОС, при котором результаты работы не зависят от места их расположения.

Принцип защиты информации определяет необходимость разработки мер, ограждающих программы и данные пользователя от искажений или нежелательных влияний друг от друга, а также пользователей на ОС и обратно.

Принцип независимости программ от внешних устройств заключается в том, что связь программ с конкретными внешними устройствами осуществляется не на уровне подготовки программных устройств (трансляции или компиляции исходного кода, генерации выполняемого модуля), а в период планирования операционной системой ее выполнения.

Принцип открытости и наращиваемости ОС предусматривает возможность доступа к ней для анализа пользователями, специалистами, обслуживающим персоналом, а также изменения конфигурации ОС и ее мощности без осуществления процессов генерации.