Машинно-зависимые компоненты ОС

Одна и та же операционная система не может без каких-либо изменений уста­навливаться на компьютерах, отличающихся типом процессора или/и способом организации всей аппаратуры. В модулях ядра ОС не могут не отразиться такие особенности аппаратной платформы, как количество типов прерываний и фор­мат таблицы ссылок на процедуры обработки прерываний, состав регистров об­щего назначения и системных регистров, состояние которых нужно сохранять в контексте процесса, особенности подключения внешних устройств и многие другие.

Однако опыт разработки операционных систем показывает: ядро можно спроек­тировать таким образом, что только часть модулей будут машинно-зависимыми, а остальные не будут зависеть от особенностей аппаратной платформы. В хоро­шо структурированном ядре машинно-зависимые модули локализованы и об­разуют программный слой, естественно примыкающий к слою аппаратуры, как это и показано на рис. 3.8. Такая локализация машинно-зависимых модулей существенно упрощает перенос операционной системы на другую аппаратную платформу.

Объем машинно-зависимых компонентов ОС зависит от того, насколько велики отличия в аппаратных платформах, для которых разрабатывается ОС. Напри­мер, ОС, построенная на 32-битовых адресах, для переноса на машину с 16-бито­выми адресами должна быть практически переписана заново. Одно из наиболее очевидных отличий — несовпадение системы команд процессоров — преодолева­ется достаточно просто. Операционная система программируется на языке высо­кого уровня, а затем соответствующим компилятором вырабатывается код для конкретного типа процессора. Однако во многих случаях различия в организа­ции аппаратуры компьютера лежат гораздо глубже и преодолеть их таким обра­зом не удается. Например, однопроцессорный и двухпроцессорный компьютеры требуют применения в ОС совершенно разных алгоритмов распределения про­цессорного времени. Аналогично отсутствие аппаратной поддержки виртуальной памяти приводит к принципиальному различию в реализации подсистемы Управления памятью. В таких случаях не обойтись без внесения в код операци­онной системы специфики аппаратной платформы, для которой эта ОС предна­значается.

Для уменьшения количества машинно-зависимых модулей производители опе­рационных систем обычно ограничивают универсальность машинно-независи­мых модулей. Это означает, что их независимость носит условный характер и распространяется только на несколько типов процессоров и созданных на основе этих процессоров аппаратных платформ. По этому пути пошли, например, разра­ботчики ОС Windows NT, ограничив количество типов процессоров для своей системы четырьмя и поставляя различные варианты кодов ядра для однопроцес­сорных и многопроцессорных компьютеров.

Особое место среди модулей ядра занимают низкоуровневые драйверы внешних устройств. С одной стороны эти драйверы, как и высокоуровневые драйверы, входят в состав менеджера ввода-вывода, то есть принадлежат слою ядра, зани­мающему достаточно высокое место в иерархии слоев. С другой стороны, низ­коуровневые драйверы отражают все особенности управляемых внешних уст­ройств, поэтому их можно отнести и к слою машинно-зависимых модулей. Такая двойственность низкоуровневых драйверов еще раз подтверждает схематичность модели ядра со строгой иерархией слоев.

Для компьютеров на основе процессоров Intel x86/Pentium разработка экрани­рующего машинно-зависимого слоя ОС несколько упрощается за счет встроен­ной в постоянную память компьютера базовой системы ввода-вывода — BIOS. BIOS содержит драйверы для всех устройств, входящих в базовую конфигура­цию компьютера: жестких и гибких дисков, клавиатуры, дисплея и т. д. Эти драйверы выполняют весьма примитивные операции с управляемыми устройст­вами, например чтение группы секторов данных с определенной дорожки диска, но за счет этих операций экранируются различия аппаратных платформ персо­нальных компьютеров и серверов на процессорах Intel разных производителей. Разработчики операционной системы могут пользоваться слоем драйверов BIOS как частью машинно-зависимого слоя ОС, а могут и заменить все или часть драйверов BIOS компонентами ОС.

Дата добавления: 2014-01-13