Работа с руководствами для пользователя. Тексты руководств ( в ДОС – help) для пользователей находятся в различных подкаталогахman

Ядро ОС UNIX. Как и в любой другой многопользовательской операционной системе, обеспечивающей защиту пользователей друг. от друга и защиту системных данных от любого непривилегированного пользователя, в ОС UNIX имеется защищенное ядро, которое управляет ресурсами компьютера и предоставляет пользователям базовый набор услуг.

Ядро большинства современных коммерческих вариантов ОС UNIX (как мы отмечали ранее, почти все они основаны на UNIX System V) представляет собой не очень четко структурированный монолит большого размера. По этой причине программирование на уровне ядра ОС UNIX продолжает оставаться искусством (если не считать отработанной и понятной технологии разработки драйверов внешних устройств). Эта недостаточная технологичность организации ядра ОС UNIX многих не удовлетворяет. Отсюда стремление к полному воспроизведению среды ОС UNIX при полностью иной организации системы (в частности, с применением микроядерного подхода.).

Основные функции. К основным функциям ядра ОС UNIX принято относить следующие:

• инициализация (активизация) системы — функция запуска и.раскрутки. Ядро системы обеспечивает средство раскрутки (bootstrap), которое обеспечивает загрузку полного ядра в память компьютера и запускает ядро;

• управления процессами и нитями — функция создания, завершения и отслеживания существующих процессов и нитей («процессов», выполняемых на общей виртуальной памяти). Поскольку ОС UNIX является мультипроцессной операционной системой, ядро обеспечивает разделение между запущенными процессами времени процессора и другими ресурсами компьютера для создания внешнего ощущения того, что процессы реально выполняются в параллельно;

• управления памятью — функция отображения практически неограниченной виртуальной памяти процессов в физическую оперативную память компьютера, которая имеет ограниченные размеры.

• управления файлами

• обеспечение интерфейса

Принципы обработки прерываний. Конечно, применяемый в операционных системах механизм обработки внутренних и внешних прерываний в основном зависит от того, какая аппаратная поддержка обработки прерываний обеспечивается конкретной аппаратной платформой. К счастью, к настоящему моменту (и уже довольно давно) основные производители компьютеров де-факто пришли к соглашению о базовых механизмах прерываний.

Управление процессами и нитями. В операционной системе UNIX традиционно поддерживается классическая архитектура мультипрограммирования:

1. Система поддерживает возможность параллельного выполнения нескольких пользовательских программ.

2. Каждой выполняемой программе соответствует процесс операционной системы.

3. Каждый процесс выполняется в собственной виртуальной памяти, и, тем самым, процессы защищены один от другого, т. е. один процесс не в состоянии неконтролируемым образом прочитать что-либо из памяти другого процесса или записать в нее.

4. контролируемые взаимодействия процессов допускаются системой за счет возможности разделения одного сегмента памяти между виртуальной памятью нескольких процессов.

Конечно, не менее важно (а на самом деле, существенно более важно) защищать саму операционную систему от возможности ее повреждения каким бы то ни было пользовательским процессом. В ОС UNIX это достигается за счет того, что ядро системы работает в собственном «ядерном» виртуальном пространстве, к которому не может иметь доступа ни один пользовательский процесс.

Пользовательская и ядерная составляющие процессов. Каждому процессу соответствует контекст, в котором он выполняется. Контекст - это описание состояния вычислительной системы в данный момент времени. Контекст непрерывно обновляется и хранится в ОЗУ. Общий контекст имеет следующие составляющие:

§ пользовательский контекст - содержимое пользовательского адресного пространства;

§ регистровый контекст - содержимое аппаратных.регистров (регистр счетчика команд, регистр состояния процессора, регистр указателя стека и регистры общего назначения),

§ контекст системного уровня - структуры данных ядра, связанные с этим процессом.

Контекст процесса системного уровня в ОС UNIX состоит из «статической» и «динамических» частей. Для каждого процесса имеется одна статическая часть контекста системного уровня и переменное число динамических частей.

Принципы организации многопользовательского режима. Основной проблемой организации многопользовательского режима в любой операционной системе является организация планирования «параллельного» выполнения нескольких процессов, т.е. совпадает с проблемами мультипрограммирования. Операционная система должна обладать четкими критериями для определения того, какому готовому к выполнению процессу и когда предоставить ресурс процессора. Исторически ОС UNIX является системой разделения времени, т. е. система должна прежде всего «справедливо» разделять ресурсы процессора(микропроцессора) между процессами, относящимися к разным пользователям, причем таким образом, чтобы время реакции каждого действия интерактивного пользователя находилось в допустимых пределах..

Ниже мы опишем общую (без технических деталей) схему планирования разделения ресурсов процессора(ов) между процессами в UNIX System V Release 4.

Наиболее распространенным алгоритмом планирования в системах разделения времени является кольцевой (карусельный) режим (round robin). Основной смысл алгоритма состоит в том, что время процессора делится на кванты фиксированного размера, а процессы, готовые к выполнению, выстраиваются в кольцевую очередь. У этой очереди имеются два указателя — начала и конца. Когда процесс, выполняющийся на процессоре, исчерпывает свой квант процессорного времени, он снимается с процессора, ставится в конец очереди, а ресурсы процессора отдаются процессу, находящемуся в начале очереди. Если выполняющийся на процессоре процесс откладывается (например, по причине обмена с некоторым внешним устройством) до того как он исчерпает свой квант, то после повторной активизации он становится в конец очереди (не смог доработать — не вина системы). Это прекрасная схема разделения времени в случае, когда все процессы одновременно помещаются в оперативной памяти.

Однако ОС UNIX всегда была рассчитана на то, чтобы обслуживать больше процессов, чем можно одновременно разместить в основной памяти. Другими словами, часть процессов, потенциально готовых выполняться, размещалась во внешней памяти (куда образ памяти процесса попадал в результате свопинга). Поэтому требовалась несколько более гибкая схема планирования разделения ресурсов процессора(ов). В результате было введено понятие приоритета. В ОС UNIX значение приоритета определяет, во-первых, возможность процесса пребывать в основной памяти и на равных конкурировать за процессор. Во-вторых, от значения приоритета процесса, вообще говоря, зависит размер временного кванта, который предоставляется процессу для работы на процессоре при достижении своей очереди. В-третьих, значение приоритета влияет на место процесса в общей очереди процессов к ресурсу процессора(ов).

Традиционное решение ОС UNIX состоит в использовании динамически изменяющихся приоритетов. Каждый процесс при своем образовании получает некоторый устанавливаемый системой статический приоритет, который в дальнейшем может быть изменен с помощью системного вызова nice. Этот статический приоритет является основой начального значения динамического приоритета процесса, являющегося реальным критерием планирования. Все процессы с динамическим приоритетом не ниже порогового участвуют в конкуренции за процессор (по схеме, описанной выше). Однако каждый раз, когда процесс успешно отрабатывает свой квант на процессоре, его динамический приоритет уменьшается (величина уменьшения зависит от статического приоритета процесса). Если значение динамического приоритета процесса достигает некоторого нижнего предела, он становится кандидатом на откачку (свопинг) и, больше не конкурирует за процессор.

Процесс, образ памяти которого перемещен во внешнюю память, также обладает динамическим приоритетом. Этот приоритет. не дает процессу право конкурировать за процессор (да это и невозможно, поскольку образ памяти процесса не находится в основной памяти), но он изменяется, давая в конце концов процессу возможность вновь вернуться в основную память и принять участие в конкуренции за процессор.

Правила изменения динамического приоритета для процесса, перемещенного во внешнюю память, в принципе, очень просты. Чем, дольше образ процесса находится во внешней памяти, тем более высок его динамический приоритет (конкретное значение динамического приоритета, конечно, зависит от его статического приоритета).

Конечно, раньше или позже значение динамического приоритета такого процесса перешагнет через некоторый порог, и тогда система принимает решение о необходимости возврата образа процесса в основную память. После того. как в результате свопинга буде1 освобождена достаточная по размерам область основной памяти, процесс с приоритетом, достигшим критического значения, буде! перемещен в основную память и будет в соответствии со своим приоритетом конкурировать за процессор.

Что понимается под концепцией «реального времени» в ОС UNIX. Кроме описанной выше концепции разделения времени в ЮНИКС системах всё шире применяется концепция «реального времени». Известно, что существуют по крайней мере два понимания названного термина - «мягкое реальное время (soft realtime)» и «жесткое реальное время (hard realtime)».

Жесткое реальное время означает, что каждое событие (внутреннее или внешнее), происходящее в системе (обращение к ядру системы за некоторой услугой, прерывание от внешнего устройств и т. д.), должно обрабатываться системой за время, не превосходящее верхнего предела времени, отведенного для таких действий. Режим жесткого реального времени требует задания четких временные характеристик процессов, и эти временные характеристики должны определять поведение планировщика распределения ресурсов процессора(ов) и основной памяти.

Режим мягкого реального времени, в отличие от этого, предполагает, что некоторые процессы (процессы реального времени) получают права на получение ресурсов основной памяти и процессора(ов), существенно превосходящие права процессов, не относящихся к категории процессов реального времени. Основная идея состоит в том, чтобы дать возможность процессу реального времени опередить в конкуренции за вычислительные ресурсы любой другой процесс, не относящийся к категории процессов реального времени. Отслеживание проблем конкуренции между различными процессами реального времени относится к функциям администратора системы.

Дата добавления: 2014-01-04