Ядро операционной системы. Классификация ядер операционных систем. Достоинства и недостатки различных архитектур ядер операционных систем.

Ядро операционной системы обеспечивает взаимодействие программ (прикладных и системных) с аппаратной частью компьютера, регулирует распределение памяти и процессорного времени между работающими программами.

Этот модуль в первую очередь занимается планированием действий процессора, в случае, если компьютер содержит несколько процессоров, ядро синхронизирует их работу с целью достижения максимальной производительности системы.

Ядро осуществляет диспетчеризацию процессов (потоков - подзадач внутри процесса), которые являются основными объектами в системе. Ядро производит диспетчеризацию процессов (потоков) таким образом, чтобы максимально загрузить процессоры системы и обеспечить первоочередную обработку потоков с более высоким приоритетом.

Монолитное ядро – классическая и на сегодняшний день, наиболее распространённая архитектура ядер операционных систем. Все части монолитного ядра работают в одном адресном пространстве. Монолитные ядра имеют долгую историю развития и усовершенствования и, на данный момент, являются наиболее архитектурно зрелыми и пригодными к эксплуатации.

Старые монолитные ядра требовали перекомпиляции при любом изменении состава оборудования. Большинство современных ядер, такие как FreeBSD, NetBSD и Solaris позволяют динамически выгружать и подгружать модули, выполняющие часть функций ядра. Динамические подгружаемые модули загружаются в адресное пространство ядра и работают как интегрированные части ядра. Данные ядра обеспечивают высокую производительность, но в то же время ошибка в одном из компонентов ядра нарушает работу всей системы.

Микроядро. Представляет только основные функции управления процессами и минимальный набор для работы с оборудованием. Для взаимодействия с ядром используется механизм взаимодействия между процессами. Данный подход обеспечивает высокую стабильность в работе (сбоящие элементы ядра могут быть перезапущены, в том числе автоматически). Однако передача информации требует большого количества времени.

Гибридные ядра сочетают в себе особенности монолитных и микроядер. Основные компоненты помещаются непосредственно в ядро, в то время как часть компонентов (предназначенных в первую очередь для работы с устройствами ввода-вывода) исполняются как пользовательские процессы. Это позволяет добиться высокой производительности и стабильности системы, минимизируя недостатки двух исходных подходов (Windows NT).

Экзоядра представляют собоймодифицированные микроядра Набор основных компонентов ядра в данном случае минимизирован (зачастую отсутствуют даже функции для работы с основными внешними устройствами), почти всё выполняется как пользовательские процессы. В то же время пользовательские процессы, обычно выполняются на уровне привилегий ядра, что даёт отдельным процессам возможность прямого и неограниченного доступа к устройствам компьютера. Подобные системы, имея небольшой размер и высокую производительность, обычно используются во встраиваемых ЭВМ.

34. Файловая система как компонент операционной системы: определение, основные функции и возможности. Примеры реализации файловых систем.

Файловая система – это способ хранения и организации доступа к данным на информационном носителе. Файлы физически реализуются, как участки памяти на внешних носителях. Каждый файл занимает несколько блоков дисковой памяти.

Файловые системы различаются по своей организации: иерархические и одноуровневые.

Рассмотрим иерархическую файловую систему на конкретном примере. Иерархическая файловая система имеет древовидную структуру. Каждый диск имеет логическое имя (А, В – гибкие диски; С, D, Е – жёсткие и лазерные диски).

Начальный корневой каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня, в свою очередь данные каталоги содержать каталоги 2-го уровня и т.д. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться файлы.

Одноуровневая файловая система используется для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков), когда каталог представляет собой линейную последовательность файлов.

Различают журналируемые и не журналируемые файловые системы. Журналируемая файловая система, осуществляет ведение журнала, хранящего список изменений, и в ой или иной степени, помогающего сохранить целостность файловой системы при сбоях. Причём записи в журнал производятся перед произведением каких-либо изменений.

Файловая система позволяет определить права доступа к файлу или каталогу. Определить права доступа к файлу – значит определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу.

Файловая система как компонент операционной системы не обязательно подразумевает использование какого-либо устройства хранения информации — в этом случае фактические данные могут являться представлением внутренних структур данных ядра ОС (виртуальные файловые системы), либо могут располагаться на других компьютерах (сетевые файловые системы).

Примеры файловых систем: NTFS (журналируемая, с поддержкой списков управления доступом и символьных ссылок), ext2 (нежурналируемая, с поддержкой специфичных для UNIX-подобных ОС возможностей), ext3 (отличается от ext2 наличием журнала), XFS (журналируемая, бескластерная, с поддержкой томов реального времени и файлов очень большого размера), NFS (сетевая файловая система).

Основными задачами файловых систем являются:

- хранение информации;

- структурирование файлов;

- обеспечение прав доступа к файлам

- создание однородной среды для разных носителей информации.