Монолитные системы. Монолитные ос
В общем виде операционная система монолитного типа представляет собой набор процедур, каждая из которых может вызывать другие. Процедуры ОС компилируются, а затем компонуются в единый объектный файл, специального формата, отличающегося от пользовательских приложений.
Однако, организация механизма реализации системных вызовов в такой ОС предполагает всё таки следующую структуру:
1. Главная программа, которая осуществляет обработку системных прерываний;
2. Набор служебных процедур, реализующие системные вызовы;
3. Набор утилит, обслуживающие служебные процедуры.
В ОС программа, которая инициирует и прекращает процессы обработки системных прерываний называется супервизором (supervisor). Спервизор - управляющая резидентная программа в составе операционной системы, координирующая распределение и использование ресурсов вычислительной системы.
В операционной системе может быть несколько супервизоров. Например, С. ввода-вывода контролирует состояние средств ввода-вывода, инициирует и прекращает процессы ввода-вывода. С. основной памяти осуществляет учет и динамическое распределение области оперативной памяти, в которую загружаются программы пользователей и некоторые системные программы. С. страниц организует страничный обмен виртуальной памяти.
В современных ВС в основном речь идёт о модульных ОС с монолитным ядром и в качестве примеров приводятся большинство UNIX-систем Linux; реализуемых на традиционных ядрах, ядро MS-DOS, ядро KolibriOS.
В качестве примера монолитной ОС можно привести ОС MS-DOS, в качестве ядра можно рассматривать два модуля msdos.sys Базовый модуль DOS, файл MSDOS.SYS и io.sys, Модуль расширения BIOS, к ним с системными вызовами обращались командный интерпретатор command.com, системные утилиты и приложения.
Недостатки:
1. Монолитные ядра требуют перекомпиляции при любом изменении состава оборудования.
2. «Разбухание» кода монолитных ядер делает их малопригодными для систем, ограниченных по объёму ОЗУ, например, встраиваемых системах, микроконтроллерах и т. д.
Альтернативой монолитным ядрам считаются архитектуры, основанные на микроядрах.
Альтернативой монолитным ОС выступает архитектура модульной ОС.
Модульные ОС структурно состоят из модулей, каждый из которых реализует определённый набор функций. Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:
1. Ядро - модули, выполняющие основные функции ОС;
2. Модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.
Модули ядра выполняют такие базовые функции как управление процессами, памятью, устройствами ввода вывода, обработка прерываний.
Вспомогательные модули как правило подразделяются на следующие:
· утилиты – программы, решающие задачи сопровождения ВС (сжатие дисков, архивация);
· системные обрабатывающие программы (редакторы, отладчики, компиляторы и пр.)
· программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс.
· библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений (библиотека математических функций, функций ввода-вывода).
Как и обычные пользовательские приложения, для выполнения своих задач вспомогательные модули, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов. Вспомогательные модули являются транзитными загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций. Такая организация ОС экономит оперативную память компьютера.
Модульное ядро - современная, усовершенствованная модификация архитектуры монолитных ядер операционных систем компьютеров.
Модульность реализуется за счёт механизма подгрузки модулей поддерживающих то или иное аппаратное обеспечение (например, драйверов). При этом не требуются полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппаратного обеспечения компьютера.
Востребованность сборных перекрытий в частном и жилом строительстве объясняется возможностью их самостоятельного монтажа при минимальном задействовании подъемной техники. Готовые системы, включающие надежные балки и легкмие и теплые прогоны и блоки, заливаемые впоследствии монолитной стяжкой бетона, представлены такими известными брендами как Ytong, Teriva и Марко.
Виды и особенности конструкций
Стандартная схема сборно-монолитного перекрытия включает железобетонные или стальные балки, используемые в качестве основных несущих элементов и выбираемых в зависимости от длины пролета, пустотные или пористые блоки-вкладыши, выполняющие роль несъемной опалубки и облегчающие вес системы, и армированный слой бетона толщиной до 50 мм. Эта строительная технология стала применяться относительно недавно, одновременно с ростом популярности домов из газосиликата и пеноблоков. Характерные параметры: высокие несущие способности (в ряде случаев – не уступающие , верхний предел составляет 1300 кг/м2), низкий вес и хорошие тепло- и звукоизолирующие свойства.
В зависимости от материала основы такие конструкции разделяются на полистиролбетонные, газосиликатные и керамзитобетонные, в ряде случаев используются обычный вибропрессованный бетон. Все перечисленные разновидности блоков пригодны к ручной укладке, потребность в крановом оборудовании иногда возникает при монтаже особо длинных балок, чаще всего их просто поднимают наверх и устанавливают силами 2-3 человек (ориентировочный вес 1 м.п. ж/б опоры составляет 14 кг). На шаг влияют габариты форм-вкладышей, в среднем он равняется 60 см, из-за этого сборно-монолитные системы называют часторебристыми.
К преимуществам и особенностям данного типа перекрытий также относят:
- Низкий вес: 1 м2 в высохшем состоянии весит не более 370 кг. Это помогает снизить нагрузку на фундамент и стены в сравнении с монолитными плитами на 25 % как минимум.
- Обеспечение хорошего уровня защиты от шума и теплопотерь, характеристики позволяют использовать эти сборные конструкции для разделения разнотемпературных зон.
- Возможность установки на труднодоступных участках и на стенах со сложными выступами и эркерами, обработки элементов непосредственно на стройплощадке.
- Герметичность: заливаемый бетонный раствор заполняет все щели между балками и блоками.
- Отсутствие потребности по втором слое стяжки, перекрытия пригодны к незамедлительному монтажу напольных стройматериалов.
- Использование внутренних пустот (в наличии не у всех видов) для прокладки коммуникаций.
По аналогии с вариантами, собираемыми из многопустотных ж/б плит стандартного размера, сборно-монолитная разновидность представляет собой систему на основе унифицированных элементов, характеристики у разных производителей отличаются. К наиболее востребованным брендам относят:
1. Итонг, представленные системами с ж/б продольными балками и опирающимися на них Т-образными газобетонными блоками и стальными с вкладкой обычных прямоугольных изделий стандартного размера. По простоте монтажа и надежности лидирует первый вариант, по стоимости – с незначительным отрывом второй. Системы Ytong обеспечивают несущую способность не менее 450 кг/м2 при удельном весе не более 50 кг/м2, максимальная длина составляет 9 м.
2. Облегченные конструкции Марко с треугольным решетчатым каркасом и блоками-вкладышами из полистирол- или керамзитобетона. Могут иметь полностью скрытую арматуру или с выступающими прутьями для закладки в стены. Высота опор – на выбор 15 или 20 см, максимальная длина достигает 12 м. Отличительной чертой является возможность установки доборных элементов по всей плоскости с целью увеличения несущих способностей до 1000 кг/м3. Итоговая толщина при этом составляет 200, 250, 300 или 350 мм.
3. Польские Teriva – до 24 см в высоту, с весом от 180 до 260 кг/м3 (без учета заливаемой стяжки) и несущими способностями в пределах 400-900 кг/м2. Они без проблем поднимаются и собираются вручную, прочностные характеристики позволяют использовать их при строительстве жилых и общественных домов без ограничений этажности.
Схема монтажа, нюансы технологии
Сборно-монолитная система перекрытий укладывается на армопояс или устойчивые кирпичные или бетонные стены с заходом на эти конструкции не менее 20 мм. На этапе подготовки основание очищается от мусора и при необходимости выравнивается. Дальнейшая установка проводится в следующей последовательности:
1. Формирование каркаса путем размещения балок с заданным шагом с обязательным закреплением на цементный состав и размещением временных деревянных подпор. Их число зависит от длины пролета: на конструкции в пределах 4,5 м требуется одна подкладка, до 6 – не менее 2, свыше 6 – от 3. Рекомендуемая толщина фиксируемого раствора – около 10 мм.
2. Монтаж основы – укладка блоков на балки сборно-монолитного часторебристого перекрытия. Они являются поперечными, их размещают равномерно с минимальными зазорами между соседними изделиями. Для упрощения установки их поднимают с рабочих помостов, расположенных на 50-60 см ниже балок или перпендикулярно им сверху. В процессе избегают подпирания элементов вертикальными опорами и хождения по собранной системе.
3. Укрепление венцов, при необходимости – закладка распределительного и перегородочных ребер. Первое располагаются поперек основных балок, вторые – параллельно им.
4. Закладка армосетки из металлических прутьев толщиной от 5 мм, связанных между собой с помощью проволоки или сварных заготовок с обязательным нахлестом не менее 15 см с аналогичным способом соединения.
5. Приготовление и заливка мелкофракционной бетонной смеси с классом прочности не менее В20. Максимальной размер частиц наполнителя ограничен 10 мм, раствор должен быть пластичным. На этом этапе избегают перегрузки или деформации блоков в процессе распределения бетона, тележки двигают по размещенному сверху дощатому настилу. Он завершается выравниванием и уплотнением состава, для исключения растрескивания стяжки обеспечивается соответствующий влажностной уход, продолжающийся не менее 3 дней.
6. Снятие временных боковых подпорок: не ранее чем через 72 ч, по правилам – при достижении бетоном 80% своей марочной прочности. Помимо обеспечения влажной среды на начальном этапе гидратации к важным требованиям технологии относят поддержку температуры окружающего воздуха от +10 °C и выше, при падении ее до +5 подпорки не убирают стандартные 28 суток.
Завершающая стадия во многом совпадает с заливкой монолитной плиты, для улучшения прочностных характеристик и обеспечения гладкой поверхности рекомендуется использовать вибратор. В целом процесс считается менее трудоемким. Итоговые затраты зависят от изготовителя, цена 1 м2 варьируется от 3500 до 4600 рублей.
Стоимость готовых систем и отдельных элементов
| Наименование изделия, краткое описание | Производитель | Ед. измерения | Цена, рубли |
| Железобетонные балки перекрытий 200-10 В25 с максимальной длиной до 7 м | Ytong | п.м. | от 960 |
| Т-образные газоблоки размером 600×250×200 мм | шт. | от 170 | |
| Стальные балки, до 9 м с несущей способностью до 500 кг/м2 | п.м. | 1090 | |
| Прямоугольные блоки Ytong 625×250×200 мм | м3 | 4600 | |
| Комплект перекрытия полистиролбетон (пролет до 12 м) | Марко | м2 | 1585 |
| Комплект газобетон 150 (до 7м) | 1200 | ||
| То же, газобетон 200 (до 8м) | 1390 | ||
| То же, газобетон 250 (до 9м) | 1570 | ||
| Комплект Марко Стандарт | 1440 | ||
| Ж/б балки от 1,8 до 8,6 м | Teriva | шт. | от 720 до 5460 |
| Бетонные блоки Т-600 В | от 95 | ||
| То же, Т-450 К (керамзитобетон) | 170 | ||
| T-600 L/01 (полистирол) | 660 | ||
| T-600 L/02 (полистирол) | 730 | ||
| T-600 L/03 (полистирол) | 880 | ||
| T-450 L (полистирол) | 710 | ||
| Перекрытия в уложенном состоянии СМП-Р1 | ЗАОКСК-Бетон | м2 | 1380 |
Лекция 2
Тенденции в структурном построении операционных систем
Монолитные системы
В общем случае "структура" монолитной системы представляет собой отсутствие структуры. ОС написана как набор процедур, каждая из которых может вызывать другие, когда ей это нужно. При использовании этой техники каждая процедура системы имеет хорошо определенный интерфейс в терминах параметров и результатов, и каждая вольна вызвать любую другую для выполнения некоторой нужной для нее полезной работы.
Для построения монолитной системы необходимо скомпилировать все отдельные процедуры, а затем связать их вместе в единый объектный файл с помощью компоновщика (примерами могут служить ранние версии ядра UNIX или Novell NetWare). Каждая процедура видит любую другую процедуру (в отличие от структуры, содержащей модули, в которой большая часть информации является локальной для модуля, и процедуры модуля можно вызвать только через специально определенные точки входа).
Однако даже такие монолитные системы могут быть немного структурированными. При обращении к системным вызовам, поддерживаемым ОС, параметры помещаются в строго определенные места, такие, как регистры или стек, а затем выполняется специальная команда прерывания, известная как вызов ядра или вызов супервизора. Эта команда переключает машину из режима пользователя в режим ядра, называемый также режимом супервизора, и передает управление ОС. Затем ОС проверяет параметры вызова для того, чтобы определить, какой системный вызов должен быть выполнен. После этого ОС индексирует таблицу, содержащую ссылки на процедуры, и вызывает соответствующую процедуру. Такая организация ОС предполагает следующую структуру:
а) главная программа, которая вызывает требуемые сервисные процедуры;
б) набор сервисных процедур, реализующих системные вызовы.
В) набор утилит, обслуживающих сервисные процедуры.
Многоуровневые системы
Обобщением предыдущего подхода является организация ОС как иерархии уровней. Уровни образуются группами функций операционной системы - файловая система, управление процессами и устройствами и т.п. Каждый уровень может взаимодействовать только со своим непосредственным соседом - выше- или нижележащим уровнем. Прикладные программы или модули самой операционной системы передают запросы вверх и вниз по этим уровням.
Первой системой, построенной таким образом была простая пакетная система THE, которую построил Дейкстра и его студенты в 1968 году. Система имела 6 уровней. Уровень 0 занимался распределением времени процессора, переключая процессы по прерыванию или по истечении времени. Уровень 1 управлял памятью - распределял оперативную память и пространство на магнитном барабане для тех частей процессов (страниц), для которых не было места в ОП, то есть слой 1 выполнял функции виртуальной памяти. Слой 2 управлял связью между консолью оператора и процессами. С помощью этого уровня каждый процесс имел свою собственную консоль оператора. Уровень 3 управлял устройствами ввода-вывода и буферизовал потоки информации к ним и от них. С помощью уровня 3 каждый процесс вместо того, чтобы работать с конкретными устройствами, с их разнообразными особенностями, обращался к абстрактным устройствам ввода-вывода, обладающим удобными для пользователя характеристиками. На уровне 4 работали пользовательские программы, которым не надо было заботиться ни о процессах, ни о памяти, ни о консоли, ни об управлении устройствами ввода-вывода. Процесс системного оператора размещался на уровне 5.
В системе THE многоуровневая схема служила, в основном, целям разработки, так как все части системы компоновались затем в общий объектный модуль.
Дальнейшее обобщение многоуровневой концепции было сделано в ОС MULTICS. В системе MULTICS каждый уровень (называемый кольцом) является более привилегированным, чем вышележащий. Когда процедура верхнего уровня хочет вызвать процедуру нижележащего, она должна выполнить соответствующий системный вызов, то есть команду TRAP (прерывание), параметры которой тщательно проверяются перед тем, как выполняется вызов. Хотя ОС в MULTICS является частью адресного пространства каждого пользовательского процесса, аппаратура обеспечивает защиту данных на уровне сегментов памяти, разрешая, например, доступ к одним сегментам только для записи, а к другим - для чтения или выполнения. Преимущество подхода MULTICS заключается в том, что он может быть расширен и на структуру пользовательских подсистем. Например, профессор может написать программу для тестирования и оценки студенческих программ и запустить эту программу на уровне n, в то время как студенческие программы будут работать на уровне n+1, так что они не смогут изменить свои оценки.
Многоуровневый подход был также использован при реализации различных вариантов ОС UNIX.
Хотя такой структурный подход на практике обычно работал неплохо, сегодня он все больше воспринимается монолитным. В системах, имеющих многоуровневую структуру было нелегко удалить один слой и заменить его другим в силу множественности и размытости интерфейсов между слоями.
Использование встроенных строительных систем является одним из методов, обеспечивающих повышение надежности, долговечности и капитальности здания. Встроенная система может быть реализована в сборном, монолитном и сборно-монолитных вариантах. Главной отличительной особенностью встроенной системы является то, что она имеет самостоятельные фундаменты, поэтому сама воспринимает все технологические и эксплуатационные нагрузки, частично или полностью освобождая от них стеновые ограждающие конструкции. Это позволяет осуществить надстройку здания независимо от несущей способности старых фундаментов и стенового ограждения, значительно сократить объемы работ по укреплению основания, усилению существующих фундаментов и стен.
Использование встроенных систем позволяет создать более рациональную планировку помещений, обеспечить в них современный комфорт, применить прогрессивные материалы и конструкции, осуществить реконструкцию с использованием современных технологий строительства с оснащением и необходимыми средствами механизации. Важным является проектирование для реконструируемого здания в стесненных условиях городской застройки не только современных конструкций, но и рациональной технологии производства работ.
Встроенные системы из сборных железобетонных конструкций. В наибольшей степени для реализации метода встроенного монтажа подходят здания, имеющие в плане прямоугольную или близкую к ней форму. Обследование здания позволяет оценить его конструкции и определиться с использованием конструктивных схем с полным и неполным встроенными каркасами. Полный встроенный каркас позволяет снять нагрузку с
ограждающих стен, что создает предпосылки для выполнения работ по реконструкции не только с полной перепланировкой, но и с надстройкой нескольких этажей. При использовании неполного каркаса, когда нагрузка от него частично передается на наружные стены, возможность надстройки ограничивается несущей способностью фундаментов и наружных стен.
Технология встроенного монтажа предусматривает полный демонтаж перекрытий, перегородок и других элементов, оставляя только наружные несущие стены и, что реже, стены лестничных клеток. За захватку целесообразно принимать отдельную секцию здания. При поточном методе возведения встроенного неполного каркаса (наружные продольные стены несут нагрузку от каркаса) целесообразно иметь четыре самостоятельных потока:
Устройство фундаментов под средний продольный ряд колонн;
Подготовка опор под ригели в наружных кирпичных стенах;
Монтаж колонн, ригелей, стенок жесткости и плит перекрытий;
Монтаж санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков, лестничных маршей и площадок, стен лифтовых шахт.
При применении полного каркаса с надстройкой здания можно принять те же четыре монтажных потока для организации работ. Но значительное увеличение нагрузки от надстраиваемых этажей требует устройства монолитной фундаментной плиты под всем зданием с подколонниками под тремя рядами колонн или монтажа фундаментов стаканного типа под все колонны.
Сборно-монолитные встроенные системы. Для реконструируемых зданий прямоугольной формы с ослабленными наружными несущими стенами может быть применена встроенная система, включающая в себя монолитные внутренние продольные и
поперечные несущие стены и сборные перекрытия из предварительно напряженного многопустотного настила. Длинномерные настилы перекрытий позволяют снизить удельный расход материалов и создать свободные планировочные объемы значительных размеров.
Система дополнительно предусматривает сборные элементы лестничных клеток, лифтов, санитарно-технических кабин, других встроенных элементов и монолитные пристеночные диафрагмы торцевых элементов зданий.
Монолитные встроенные системы. Монолитные встроенные системы более гибки по сравнению со сборными и могут быть рекомендованы для зданий криволинейной и сложной формы с различной высотой этажа.
Если в реконструируемом без надстройки здании сохраняется старая расчетная схема, то встроенный монолитный каркас будет представлять собой двух- и трехпролетную систему
с промежуточными опорами в виде колонн или стеновых элементов с опиранием возводимых монолитных перекрытий на существующие наружные стены. При надстройке зданий несколькими этажами необходимо устраивать самостоятельные фундаменты под всю встраиваемую систему, в этом случае наружные стены практически превращаются в самонесущие и ограждающие.
Основные преимущества монолитного варианта:
Снижение расхода материалов за счет более полного использования неразрезных систем;
Отсутствие стыковых соединений;
Высокая гибкость объемно-планировочных решений зданий;
Механизация работ без применения самоходных и башенных кранов;
Объемно-планировочное решение здания не является основным при принятии решения о его реконструкции.
В связи с широким внедрением в практику строительства современных опалубочных систем появилась возможность значительно сократить трудозатраты на все процессы комплексного бетонирования.
операционная система – это обычная программа, поэтому было бы логично и организовать ее так же, как устроено большинство программ, то есть составить из процедур и функций. В этом случае компоненты операционной системы являются не самостоятельными модулями, а составными частями одной большой программы. Такая структура операционной системы называется монолитным ядром (monolithic kernel). Монолитное ядро представляет собой набор процедур, каждая из которых может вызвать каждую. Все процедуры работают в привилегированном режиме. Таким образом, монолитное ядро – это такая схема операционной системы , при которой все ее компоненты являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путем непосредственного вызова процедур. Для монолитной операционной системы ядро совпадает со всей системой.Во многих операционных системах с монолитным ядром сборка ядра, то есть его компиляция, осуществляется отдельно для каждого компьютера, на который устанавливается операционная система . При этом можно выбрать список оборудования и программных протоколов, поддержка которых будет включена в ядро. Так как ядро является единой программой, перекомпиляция – это единственный способ добавить в него новые компоненты или исключить неиспользуемые. Следует отметить, что присутствие в ядре лишних компонентов крайне нежелательно, так как ядро всегда полностью располагается в оперативной памяти. Кроме того, исключение ненужных компонентов повышает надежность операционной системы в целом.
Монолитное ядро – старейший способ организации операционных систем . Примером систем с монолитным ядром является большинство Unix-систем.
Даже в монолитных системах можно выделить некоторую структуру. Как в бетонной глыбе можно различить вкрапления щебенки, так и в монолитном ядре выделяются вкрапления сервисных процедур, соответствующих системным вызовам . Сервисные процедуры выполняются в привилегированном режиме, тогда как пользовательские программы – в непривилегированном. Для перехода с одного уровня привилегий на другой иногда может использоваться главная сервисная программа, определяющая, какой именно системный вызов был сделан, корректность входных данных для этого вызова и передающая управление соответствующей сервисной процедуре с переходом в привилегированный режим работы. Иногда выделяют также набор программных утилит, которые помогают выполнять сервисные процедуры.
Многоуровневые системы (Layered systems)
Продолжая структуризацию, можно разбить всю вычислительную систему на ряд более мелких уровней с хорошо определенными связями между ними, так чтобы объекты уровня N могли вызывать только объекты уровня N-1. Нижним уровнем в таких системах обычно является hardware, верхним уровнем – интерфейс пользователя. Чем ниже уровень, тем более привилегированные команды и действия может выполнять модуль, находящийся на этом уровне. Впервые такой подход был применен при создании системы THE (Technishe Hogeschool Eindhoven) Дейкстрой (Dijkstra) и его студентами в 1968 г. Эта система имела следующие уровни:
Рис.
1.2.
Слоеные системы хорошо реализуются. При использовании операций нижнего слоя не нужно знать, как они реализованы, нужно лишь понимать, что они делают. Слоеные системы хорошо тестируются. Отладка начинается с нижнего слоя и проводится послойно. При возникновении ошибки мы можем быть уверены, что она находится в тестируемом слое. Слоеные системы хорошо модифицируются. При необходимости можно заменить лишь один слой, не трогая остальные. Но слоеные системы сложны для разработки: тяжело правильно определить порядок слоев и что к какому слою относится. Слоеные системы менее эффективны, чем монолитные. Так, например, для выполнения операций ввода-вывода программе пользователя придется последовательно проходить все слои от верхнего до нижнего.
Виртуальные машины
В начале лекции мы говорили о взгляде на операционную систему как на виртуальную машину , когда пользователю нет необходимости знать детали внутреннего устройства компьютера. Он работает с файлами, а не с магнитными головками и двигателем; он работает с огромной виртуальной, а не ограниченной реальной оперативной памятью; его мало волнует, единственный он на машине пользователь или нет. Рассмотрим несколько иной подход. Пусть операционная система реализует виртуальную машину для каждого пользователя, но не упрощая ему жизнь, а, наоборот, усложняя. Каждая такая виртуальная машина предстает перед пользователем как голое железо – копия всего hardware в вычислительной системе, включая процессор , привилегированные и непривилегированные команды, устройства ввода-вывода, прерывания и т.д. И он остается с этим железом один на один. При попытке обратиться к такому виртуальному железу на уровне привилегированных команд в действительности происходит системный вызов реальной операционной системы , которая и производит все необходимые действия. Такой подход позволяет каждому пользователю загрузить свою операционную систему на виртуальную машину и делать с ней все, что душа пожелает.
Рис. 1.3.
Первой реальной системой такого рода была система CP/CMS, или VM/370, как ее называют сейчас, для семейства машин IBM/370.
Недостатком таких операционных систем является снижение эффективности виртуальных машин по сравнению с реальным компьютером, и, как правило, они очень громоздки. Преимущество же заключается в использовании на одной вычислительной системе программ, написанных для разных операционных систем .
Микроядерная архитектура
Современная тенденция в разработке операционных систем состоит в перенесении значительной части системного кода на уровень пользователя и одновременной минимизации ядра. Речь идет о подходе к построению ядра, называемом микроядерной архитектурой ( microkernel architecture) операционной системы , когда большинство ее составляющих являются самостоятельными программами. В этом случае взаимодействие между ними обеспечивает специальный модуль ядра, называемый микроядром. Микроядро работает в привилегированном режиме и обеспечивает взаимодействие между программами, планирование использования процессора , первичную обработку прерываний , операции ввода-вывода и базовое управление памятью.
Рис. 1.4.
Остальные компоненты системы взаимодействуют друг с другом путем передачи сообщений через микроядро.
Основное достоинство микроядерной архитектуры – высокая степень модульности ядра операционной системы . Это существенно упрощает добавление в него новых компонентов. В микроядерной операционной системе можно, не прерывая ее работы, загружать и выгружать новые драйверы, файловые системы и т. д. Существенно упрощается процесс отладки компонентов ядра, так как новая версия драйвера может загружаться без перезапуска всей операционной системы . Компоненты ядра операционной системы ничем принципиально не отличаются от пользовательских программ, поэтому для их отладки можно применять обычные средства. Микроядерная архитектура повышает надежность системы, поскольку ошибка на уровне непривилегированной программы менее опасна, чем отказ на уровне режима ядра.
В то же время микроядерная архитектура операционной системы вносит дополнительные накладные расходы, связанные с передачей сообщений, что существенно влияет на производительность. Для того чтобы микроядерная операционная система по скорости не уступала операционным системам на базе
Загрузка...
