Многоуровневые системы. Компоненты многоуровневых систем создают иерархию уровней, каждый из которых основывается на функции предшествующего уровня

Компоненты многоуровневых систем создают иерархию уровней, каждый из которых основывается на функции предшествующего уровня. Низший уровень непосредственно взаимодействует с аппаратным обеспечением, на высшем уровне реализуются системные вызовы.

В традиционных многоуровневых ОС передача управления с верхнего уровня на нижний реализуется как системный вызов. Верхний уровень должен иметь права на выполнение этого вызова, поверка этих прав выполняется с помощью аппаратного обеспечения. Примером такой системы является ОС Multics, разработанная в 60-е годы. Практическое применение именно этого подхода сегодня ограничено из-за низкой продуктивности.

Чисто программные ОС сейчас не существуют. Как правило, в современных системах всегда есть средства аппаратной поддержки ОС, которые прямо участвуют в организации вычислительных процессов. К ним относятся: система прерываний, средства поддержки привилегированного режима, средства поддержки виртуальной памяти, системный таймер, средства переключения контекстов процессов (информация о состоянии процесса в момент его приостановки), средства защиты памяти и др.

Уровни могут выделяться и в монолитном ядре; в этом случае они поддерживаются программно и дают возможность упростить реализацию системы. Уровни монолитного ядра:

1. Средства абстрагирования от оборудования, которые взаимодействуют с аппаратным обеспечением непосредственно, освобождая от реализации такого взаимодействия другие компоненты системы.

2. Базовые средства ядра, которые отвечают за самые фундаментальные, простейшие действия ядра, такие как запись блока данных на диск. С помощью этих средств выполняются указания верхних уровней, связанных с управлением ресурсами.

3. Средства управления ресурсами (или менеджер ресурсов), которые реализуют основные функции ОС (управление процессами, памятью, вводом-выводом и т.д.). На этом уровне принимаются важнейшие решения по управлению ресурсами, которые выполняются с использованием базовых средств ядра.

4. Интерфейс системных вызовов, который служит для реализации связи с системным и прикладным ПО.

Размежевание базовых средств ядра и менеджеров ресурсов соответствует отделению механизмов от политик в архитектуре системы. Базовые средства ядра определяют механизмы функционирования системы, менеджеры ресурсов реализуют политику.

Рис. 2.1 – Обработка системного вызова

Недостатки многоуровневых ОС: значительные изменения одного из уровней могут иметь трудно предвидимое влияние на смежные уровни; многочисленные взаимодействия между соседними уровнями усложняют обеспечение безопасности.