Операционных систем

Все ОС различаются по назначению, выполняемым функциям и формам реализации, но при всех уникальных свойствах каждой ОС можно выделить их тождественное сходство в смысле использования некоторых принципов, положенных в основу их разработки. Основным принципом проектирования любой ОС является принцип модульности. Этот принцип был принят самым первым и реализован практически во всех ОС на всем этапе их развития.

В общем случае к настоящему моменту можно говорить о десяти основных принципах, без которых не может быть спроектирована ни одна ОС:

- модульности,

- частотный,

- функциональной избирательной,

- генерируемости,

- функциональной избыточности,

- по умолчанию,

- перемещаемости,

- защиты,

- независимости от внешних устройств,

- открытой архитектуры.

Кратко охарактеризуем каждый из принципов.

Принцип модульности в равной степени должен отражать технологические и эксплуатационные свойства ОС. Максимальный эффект достигается, если принцип одновременно распространяется на ОС, прикладные программы и архитектуру. Под модулем в общем случае понимается функциональный элемент системы, имеющий законченное оформление, выполненное в пределах требований системы, и средства сопряжения с подобными элементами и элементами более высокого уровня данной или другой системы. Разработка модуля предполагает легкий способ его замены на другой при наличии заданных интерфейсов. Способы выделения составных частей ОС в отдельные модули могут существенно различаться. Обычно разделение происходит по функциональному признаку. Разделение ОС на модули может определяться также и методом проектирования ОС. Например, функционально различные ОС минимально представлены отдельно транслируемыми программными единицами. Эти модули связываются в определенную систему, образуя обобщенный модуль, который реализует некоторый функциональный уровень в проектируемой ОС. Этот уровень для следующего уровня является базовым. На следующий уровень выносятся новые модули и объединяются в новый обобщенный модуль. Этот новый модуль функционально более полный, чем нижний, т.к. кроме своих функций он имеет доступ к функциям нижнего модуля. Такое иерархическое упорядочение модулей существенно упрощает эксплуатацию ОС, разработку и уменьшает число ошибок. Метод называется «восходящим».

Частотный принцип основан на выделении в алгоритмах программ и в обрабатываемых массивах действий и данных по частоте их использования. Для часто реализуемых действий обеспечиваются условия их быстрого выполнения. Программы постоянно находятся в ОЗУ и активно поддерживаются специальными средствами; для данных обеспечивается наиболее быстрый доступ. «Частые» операции стараются делать наиболее короткими. Следствие принципа – применение многоуровневого планирования при организации работы ОС. На уровень долгосрочного планирования выносят редкие и длинные операции управления планированием, например, задание на трансляцию и редактирование. На уровень краткосрочного планирования выносятся часто используемые и «короткие» операции по обеспечению выполнения на данном уровне отдельных программ.

Принцип функциональной избирательности является основой при создании ядра системы. В ядро ОС входят модули для управления системой прерываний, средства для перевода программ из состояния счета в состояние ожидания или готовности и обратно, средства по распределению основных ресурсов. Программы постоянно находятся в ОЗУ и называются резидентными. Все остальные программы ОС вызываются по мере требования в ОЗУ и называются транзитами. Сложность заключается в определении количества и конкретности исполняемых ядром функций.

Принцип генерируемости определяет способ настройки системной программы с учетом конкретной конфигурации конкретной ЭВМ и круга решаемых задач. Процесс генерации осуществляется с помощью специально разрабатываемых программ. Эти программы описывают возможности системы и конфигурацию ЭВМ. После генерации возникает полная версия ОС, базирующаяся на данной ЭВМ. Эта полная версия – совокупность системных файлов, которые размещаются на ВЗУ и обычно называются дистрибутивом.

Принцип функциональной избыточности предоставляет возможность осуществлять одну и ту же функцию различными аппаратными средствами с использованием различных требований к системному программному обеспечению.

Принцип по умолчанию основан на хранении в системе некоторых базовых описаний структур процессов, модулей, конфигурации оборудования и данных, определяющих требуемую память, время счета и другие условия пользовательских программ. Эта информация используется ОС как заданная, если нет ее конкретизации от пользователя. Значения умалчиваемых параметров устанавливаются при генерации и могут быть изменены или добавлены. Этот принцип вызван тем, что к эксплуатации ЭВМ подключилось большое число пользователей-непрофессионалов.

Смысл принципа перемещаемости заключается в том, что должны быть построены модули, использование которых не зависит от их места расположения в ОЗУ. Настройка текста модуля в соответствии с его расположением в ОЗУ может осуществляться специальными механизмами либо перед исполнением программы, либо по мере ее исполнения. Настройка заключается в определении физических адресов, используемых в адресных частях команд модуля, и определяется используемыми в конкретной ЭВМ способами адресации, а также алгоритмом распределения ОЗУ, используемым в данной ОС.

Принцип защиты осуществляется механизмами, ограждающими программы и данные пользователя от искажений или нежелательного влияния друг на друга, а также от программ различных пользователей. Программы должны быть гарантированно защищены как при хранении, так и в режиме их использования, что особенно трудно достигается в режиме разделения ресурсов. В той или иной мере принцип защиты реализуется в любой мультипрограммной ОС. Весьма разнообразны способы защиты долговременно хранимых данных (файл), традиционный способ защиты – пароль.

Принцип независимости от внешних устройств заключается в отторжении пользователя от конкретного знания физических устройств ввода-вывода (УВВ), работающих напрямую с ЭВМ. Реализация этого принципа полностью обеспечивается методом логических устройств.

Принцип открытой архитектуры возникает при появлении и развитии переносных ЭВМ и призван расширять возможности операционной системы добавлять новые функциональные модули, не меняя базовую структуру ОС.