Структурная организация операционных систем

Системой называется совокупность объектов и отношений между ними.

Что касается ОС, то не существует единого мнения ни о совокупности составляющих их объектов, ни о взаимосвязях между ними. Удобным способом исследования структуры ОС является отслеживание последовательности прохождения в ней некоторого задания с момента его ввода и до полного завершения обработки. Временной подход к структуре позволяет вычленить и рассмотреть следующие временные интервалы или моменты времени:

Время запуска - момент передачи системе заявки на обслуживание.

Время выборки определяется моментом принятия решения о начале или отсрочке выполнения задания. Предоставление услуг или отказ осуществляется на основании информации о приоритетах конкурирующих программ и текущем уровне нагрузки на систему. Обычно заявки обрабатываются специальной программой, формирующей внутреннюю очередь. Механизм обработки заявок обычно называется программой системного ввода или интерпретатором команд, а механизм выборки - планировщиком.

Время компиляции - время, в течение которого исходная программа, выступающая как входные данные, переводится (транслируется) посредством специального механизма в форму, близкую для выполнения.

Время компоновки -...

Время запуска - интервал, в течение которого выполняются действия, требуемые для запуска (инициирование) программы.

Время выполнения - период, когда программа в системе активна. В мультипрограммных системах - это интервал, в течение которого программа представлена в ОС формальным элементом, определяющим ее состояние и возможности. Этот элемент создается компонентом запуска и обычно называется по-разному: TCB (task control block - блок управления задачей БУЗ); блоком запуска процесса; блоком управления процессом.

Время завершения - период, в течение которого выполненное задание удаляется из системы. Оно состоит из времени на освобождение ресурсов, занятых процессом, и времени, затрачиваемого на удаление из очередей, уничтожение БУЗов и т.д.

Обрабатывающие программы - компиляторы, редакторы связей, генераторы и т.д. (редакторы).

Системные службы - используются в процессе подготовки каждой программы к выполнению. Эти службы обеспечивают:

1. Вызов функции подготовки программ, функций подготовки ОС к управлению выполнением данных программ.

2. Предоставление различных услуг, как до начала, так и в процессе выполнения.

3.2. Среда времени выполнения

Среда времени выполнения позволяет включать в программу наряду с обычными машинными командами вызовы некоторых специальных функций. Кроме того, предусматривается средства синхронизации, ориентированные на применение в мультипрограммном режиме и режиме разделения времени. Все эти возможности обеспечиваются механизмами привилегированных команд и защиты памяти.

Элементы среды выполнения делят на явные и неявные.

К явным элементам можно обращаться непосредственно из программ (например, запрос на ввод информации с УВВ). Для работы неявных элементов непосредственное обращение не требуется. Эти элементы обеспечивают координацию функционирования различных программ в мультипрограммной смеси. Например, временная приостановка выполнения программы по истечении фиксированного интервала времени представляет собой неявную функцию среды выполнения.

Существуют функции, являющиеся одновременно явными и неявными. Например, функция WAIT перехода в состояние ожидания во многих ОС доступна любым программам, желающим отказаться от управления. В состояние ожидания программу также может поставить ОС (например, если при запросе на ввод буфер ввода пустой или когда система решает прервать программу с целью реализации своей внутренней стратегии распределения ресурсов).

Элементы среды выполнения характеризуются также степенью постоянства пребывания в основной памяти. Это связано с тем, что сервисные механизмы, предназначенные для обслуживания выполняющихся программ, различаются интенсивностью использования и необходимой скоростью перехода в активное состояние. Динамика работы системы при обслуживании выполняющихся программ определяется функциональной структурой среды выполнения. Более точное представление о динамике можно составить, разбив программы поддержки среды выполнения на резидентные (постоянно в ОЗУ) и транзитные. Последние могут быть неперемещаемыми, ограниченно перемещаемыми и просто перемещаемыми. Постоянные (резидентные) элементы среды выполнения, обычно известные под общим названием ядра ОС, фактически представляют собой расширение аппаратной части системы и в последнее время реализуются на микропрограммном уровне.

Ядро ОС имеет непосредственное отношение к базисному функциональному набору, обеспечивающему возможность работы всех без исключения программ в вычислительной системе. Базисный функциональный набор связан с понятиями степени непрерывности и инициализации. Инициализация - процесс запуска программы. Запуск может осуществляться посредством прямой передачи управления как в результате выполнения команды перехода (типа JMP), так и путем обращения к подпрограмме (типа JSB). Кроме того, для запуска программу можно поместить в системную очередь и таким образом гарантировать ее включение в состав мультипрограммной смеси. В некоторых системах с целью быстрого запуска функции среды выполнения ставятся в специальную системную очередь. Функции, требующие немедленного запуска, обычно являются резидентными, и обращение к ним происходит путем прямой передачи управления. Соответствующий вызов может быть дан только другой программой среды выполнения, обладающей правом прямого обращения.

Степень непрерывности характеризует способность программы, сохранять контроль над системой в процессе своего выполнения. Некоторые вызываемые только в критические моменты программы должны быть непрерываемыми. При этом механизм прерываний срабатывает лишь тогда, когда выполняющаяся функция разрешает это. Указанным свойством обладают лишь отдельные функции ядра, требующие непрерывного управления для быстрого завершения необходимых операций или по той причине, что прерывание их выполнения может привести к нарушению целостности системы. В хорошо спроектированных ОС общее время запрета прерываний сведено к минимуму.

Классификация функций среды выполнения в соответствии с источником: