Структура ОС на примере Windows NT

Операционная система Windows NT имеет модульную структуру. Это означает, что она состоит из четко разделяемых компонентов, каждый из которых отвечает строго за свои функции. Структурно операционная система Windows NT может быть представлена в виде двух частей (см. рис.): одна часть системы работает в режиме пользователя (user mode), другая часть работает в режиме ядра (kernel mode).

Часть Windows NT, работающая в режиме ядра, называется Executive - исполнительной частью. Она включает ряд компонентов, которые управляют виртуальной памятью, объектами (ресурсами), вводом-выводом и файловой системой (включая сетевые драйверы), взаимодействием процессов и частично системой безопасности. Эти компоненты взаимодействуют между собой с помощью межмодульной связи. Каждая компонента вызывает другие с помощью набора тщательно специфицированных внутренних процедур. Режим ядра представляет собой привилегированный режим. Код, выполняющийся в режиме ядра, имеет прямой доступ ко всем аппаратным средствам и всей памяти, включая адресные пространства всех процессов режима пользователя.

В состав модуля Executive входят такие компоненты, как Уровень аппаратных абстракций (Hardware Abstraction Level, HAL), ядро системы, а также сервисные модули Windows NT Executive.

Мультипрограммная операционная система организует одновременное выполнение сразу нескольких процессов на одном компьютере, поочередно переключая процессор с одного процесса на другой, исключая простои процессора, вызываемые обращениями процессов к вводу-выводу. ОС также отслеживает и разрешает конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода-вывода или к одним и тем же данным. Операционная система организует обслуживание этих очередей по разным алгоритмам: в порядке поступления, на основе приоритетов, кругового обслуживания и т. д.

Режим разделения времени позволяет имитировать одновременное исполнение нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор). При этом специальный компонент, называемый планировщиком, «нарезает» процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочередно различным исполняющимся программам (процессам).

Многопользовательский характер работы достигается благодаря режиму разделения времени, который заключается в очень быстром переключении ЭВМ между разными терминалами и программами и соответственно быстрой отработке команд каждого пользователя. При этом последний не замечает задержек времени, связанных с обслуживанием других пользователей. Например, Windows.

Реальное время – режим работы автоматизированной системы обработки информации и управления, при котором учитываются жёсткие ограничения на временны́е характеристики функционирования. Нарушение этих ограничений считается отказом системы.

Основной особенностью работы в реальном времени является то, что вычислительная система обеспечивает своевременную реакцию на все происходящие события даже при максимальной загрузке. Следствием этого является малоэффективное использование вычислительной мощности.

Примеры временных характеристик:

1) задержка реакции системы на внешние события;

2) моменты генерации внутрисистемных событий и т. п.

Принципы построения ОС

1) Монолитное ядро. Ядро компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую.

2) Микроядерный подход. ОС строится на базе микроядра, работающего в привилегированном режиме и выполняющего минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функция ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты – серверы работающие в пользовательском режиме.

3) Сетевые ОС. Локальные вычислительные сети (ЛВС), сервер, клиент.