Ядро в привилегированном режиме

Современные ОС поддерживают как минимум два режима:

Пользовательский режим

Привилегированный режим - режим ядра (kernel mode) – режим супервизора (supervisor mode)

Ядро выполняет все основные функции - поэтому работает в привилегированном режиме

Контроль за выполнением критичных инструкций обеспечивается запретом их выполнения в пользовательском режиме. Например доступ к памяти (доступ к системным таблицам памяти) разрешен только в привилегированном режиме. Для упорядочивания прав доступа вводятся уровни привилегий (например, в Pentium их четыре: 0,1,2,3). Работа с возможностью переключения в привилегированный режим приводит к замедлению работы.

Имеются отступления от классического варианта архитектуры. Например, специализированная сетевая ОС NetWare использует лишь привилегированный режим, в котором работает и ядро и специализированные приложения

При таком построении ОС работает быстрее, т.к. нет переключения режимов, однако при этом отсутствует надежная аппаратная защита памяти.

Классическое ядро может состоять из следующих слоев:

Интерфейс системных вызовов к функциям API (например, fd=open("/doc/a.txt,O_RDONLY)

Менеджеры ресурсов - учет, планирование (процессы, ввод-вывод, файловая система, память)

Базовые механизмы ядра (переключение контекстов, перемещение страниц и пр.)

Машинно-зависимый слой (например в Windows NT/2000 слой HAL-Hardware Abstraction Level)

Аппаратная поддержка ОС (средства поддержки привилегированного режима, система прерываний, переключение контекстов, трансляция адресов, защита памяти)

Каждый слой взаимодействует лишь с ниже лежащими, за некоторым исключением. UNIX имеет меньшее число четких слоев, Windows NT/2000 - большее.

Аппаратная зависимость и переносимость ОС.

Типичный набор средств аппаратной поддержки:

поддержка привилегированного режима (слово состояние машина, проверка текущего уровня привилегированности)

трансляция адресов (таблицы, указатели )

переключение процессов ( контекст )

система прерываний (реакция, синхронизация, процедура обработки, int, svc)

таймер (регистр, частота «тиков»)

защита памяти (чтение, запись, переход, встраивается в систему трансляции адресов)

Машинно-зависимые компоненты ОС

Для облегчения переносимости ОС с одной аппаратной платформы на другую аппаратно-зависимый код локализуют в нескольких модулях ОС.

При переносе, в случае несовпадении системы команд - перепрограммируются только эти модули. Разработчики стремятся сократить количество машинно-зависимых модулей.

Реально разработчики ОС для переносимости ограничиваются несколькими аппаратными платформами: Pentium, Alpha,DEC, MIPS, многопроцессорные.

К аппаратно зависимым модулям ОС относятся также низкоуровневые драйверы внешних устройств. В Intel x86/Pentium разработка машинно-зависимого слоя упрощается за счет встроенной в постоянную память базовой системы ввода-вывода (BIOS)

Дата добавления: 2014-01-04