Микроядерная архитектура ОС, смешанные системы. Классификация ядер ОС

Формирование модулей ОС первоначально было выстроено так, что они могли напрямую обращаться к аппаратуре компьютера, поскольку являлись составными частями ОС. Т.к. таких модулей тысячи, то на обращение к аппаратуре тратилось очень много времени, т.е. система работала неэффективно.

Был предложен следующий выход из ситуации: перенести значительную часть системного кода на уровень задач пользователя, т.е.в непривилегированный режим. Оставшуюся часть системного кода (микроядро) обеспечить привилегированным режимом, позволяющим напрямую обращаться к аппаратуре. В подобной ситуации, как пользовательские задачи, так и модули ОС, не входящие в микроядро, для обращения к аппаратуре пользуются сервисами микроядра.

Сформированная таким образом архитектура ОС стала называться микроядерной архитектурой. При этом микроядро работает в привилегированном режиме и обеспечивает:

1. взаимодействие между программами

2. планирование использования процессора

3. первичную обработку прерывания

4. операции ввода-вывода

5. базовое управление памятью

Операционная система – это набор программ, контролирующих работу прикладных программ и системных приложений и исполняющих роль интерфейса между пользователями, программами, приложениями с одной стороны и аппаратным обеспечением компьютера с другой стороны.

Операционная среда – программная среда, образуемая ОС, определяющая интерфейс прикладного программирования (API) как множество системных функций и сервисов (системных вызовов), предоставляемых прикладными программами.

Операционная оболочка – часть операционной среды, определяющая интерфейс с пользователем, его реализацию (текстовый, графический), командные и сервисные возможности пользователя по управлению программами и компьютером.

Все рассмотренные структуры ОС имеют как достоинства, так и недостатки. Поэтому современные ОС используют различные комбинации этих подходов. Например, ядро ОС Linux представляет собой монолитную систему с элементами микроядерной архитектуры. Наиболее тесно элементы микроядерной архитектуры и элементы монолитного ядра переплетены в Windows NT.

Классификация ядер ОС:

1. Наноядро – крайне упрощенное минимальное ядро. Выполняет, как правило, одну задачу – обработку аппаратных прерываний, генерируемых устройствами компьютера.

2. Микроядро – предоставляет только элементарные функции управления процессами и минимальный набор абстракции для работы с оборудованием. Большая часть работы осуществляется с помощью специальных пользовательских процессов, называемых сервисом.

3. Экзоядро – предоставляет лишь набор сервисов для взаимодействия между приложениями, а также необходимый минимум функций, связанных с защитой: выделение и высвобождение ресурсов, контроль прав доступа и др.

4. Монолитное ядро предоставляет широкий набор абстракций оборудования. Монолитное ядро более производительно, чем микроядро, поскольку работает как один большой процессор.

5. Модульное ядро – современная усовершенствованная модификация монолитного ядра. В отличие от классических МЯ, модульное ядро не требует полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппаратного обеспечения компьютера.