Строение операционной системы.

ОС условно делится на несколько уровней:

– ядро операционной системы, выполняет роль интерфейса системы с аппаратурой и включает основной набор утилит операционной системы, которые составляют виртуальную машину;

– системный уровень управления устройствами ввода/вывода, обеспечивает согласованную работу устройств ввода/вывода;

– уровень системных программ-утилит, предназначен для обеспечения работ пользовательских программ, программ коммуникации;

– пользовательский уровень.

Виртуальная машина – довольно сложное понятие, имеющее несколько толкований. В контексте ядра ОС это создание программной среды, изолирующей выполняемую задачу от влияния остальных задач, равно как и наоборот. Виртуальная машина обеспечивает трансляцию и преобразование запросов к компонентам компьютера, адресацию памяти и регистров процессора. Важно, что не только пользователь, но и программист взаимодействуют с ресурсами компьютера через возможности, предоставляемые виртуальной машиной. В некоторых случаях она способна эмулировать работу компонентов, физически вообще отсутствующих на компьютере. В предельном случае для каждой задачи создается своя виртуальная машина, либо используется одна машина для всех задач, включая саму ОС. Но тогда ошибка в выполнении одной программы может повлечь за собой крах всей виртуальной машины – следовательно, и всей системы.

Таким образом, ОС образует некоторую автономную среду. Любая прикладная программа обычно связана с ОС и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда. Прикладные программные средства, разработанные для одной ОС, не могут быть использованы в среде другой ОС. В таком случае говорят о программной несовместимости компьютеров. Она может быть преодолена, если использовать специальный комплекс программ, позволяющий создать соответствующую виртуальную машину в пределах данной ОС.

Основные функции ОС можно классифицировать по двум основным признакам:

1. Функции реализуемые виртуальными машинами:

– управление информацией: структурирование, обеспечение сохранности, использование имен (виртуальная память, файлы), передача (ввод-вывод);

– выполнение задач: последовательное или параллельное выполнение программ, компоновка программ и т.д.;

– дополнительные услуги: помощь при отладке, обработка аварийных ситуаций, измерение времени выполнения и т.п.

2. Функции контроля и распределения ресурсов:

– управление физическими ресурсами: выделение оперативной памяти, внешней памяти, устройств ввода-вывода;

– распределение и обмен информацией между пользователями;

– защита от несанкционированного доступа;

– функции управления процессами;

– дополнительные услуги: выдача счетов на использованные ресурсы, сбор статистической информации, измерение производительности и т.п.

Описание услуг и правила пользования ими образуют интерфейс ОС.

Интерфейс (англ. interface – сопряжение) – способ взаимодействия двух объектов. В общем случае различают:

– физические интерфейсы – взаимодействие физических устройств, например: сетевой интерфейс, системный интерфейс (системная шина);

– программный интерфейс – взаимодействие виртуальных устройств, например: интерфейс программирования приложений (API), интерфейс удалённого вызова процедур RPC, COM-интерфейс;

– пользовательский интерфейс – взаимодействие человек-машина.

На уровне ОС реализуются все три типа интерфейсов. Они будут рассмотрены позже.