Сучасні концепії і технології проектування Операційної Системи

Основні принципи побудови ОС

Серед безлічі принципів, що використовуються при побудові ОС, перечислимо найбільш важливі:

Принцип модульності

Під модулем у загальному випадку розуміють функціонально закінчений елемент системи, виконаний відповідно до прийнятого міжмодульними інтерфейсами. По своєму визначенню модуль припускає можливість без зусиль замінити його на інший при наявності заданих інтерфейсів. Способи відокремлення складових частин ОС в окремі модулі можуть істотно розрізнятися, але найчастіше поділ відбувається саме по функціональній ознаці. У значній мірі поділ системи на модулі визначається використовуваним методом проектування ОС (знизу чи нагору навпаки).

Принцип модульності відбиває технологічні й експлуатаційні властивості системи. Найбільший ефект від його використання досяжний у випадку, коли принцип розповсюджений одночасно на ОС, ПП й апаратуру.

Принцип функціональної вибірковості

В ОС виділяється деяка частина важливих модулів, що повинні постійно знаходитися в ОП для більш ефективної організації обчислюючого процесу. Цю частину в ОС називають ядром, тому що це дійсно основа системи. При формуванні складу ядра потрібно враховувати дві суперечливих вимоги. До складу ядра повинні ввійти найбільше часто використовувані системні модулі. Кількість модулів повинна бути таким, щоб обсяг пам'яті, займаний ядром, був би не занадто великим. До складу ядра, як правило, входять модулі по керуванню системою переривань, засоби по перекладу програм зі стану рахунку в стан чекання, готовності і зворотньо, засобу по розподілі таких основних ресурсів, як ОП і процесор. Крім програмних модулів, що входять до складу ядра і постійно розташовуються в ОП, може бути багато інших системних програмних модулів, що одержують назву транзитних. Транзитні програмні модулі завантажуються в ОП тільки при необхідності й у випадку відсутності вільного простору можуть бути заміщені іншими транзитними модулями.

Принцип генерування ОС

Основне положення цього принципу визначає такий спосіб вихідного представлення центральної системної керуючої програми ОС (її ядра й основних компонентів, що повинні постійно знаходитися в ОП), що дозволяв би набудовувати цю системну супервізорну частину, виходячи з конкретної конфігурації конкретного обчислювального комплексу і кола розв'язуваних задач. Ця процедура проводиться рідко, перед досить протяжним періодом експлуатації ОС. Процес генерації здійснюється за допомогою спеціальною програми-генератора і відповідної вхідної мови для цієї програми, що дозволяє описувати програмні можливості системи і конфігурацію машини. У результаті генерації виходить повна версія ОС. Генеруюча версія ОС являє собою сукупність системних наборів модулів і даних.

У наші дні при використанні персональних комп'ютерів із принципом генерування ОС можна зіштовхнутися хіба що тільки при роботі з Linux. У цієї UNIX системи мають можливість не тільки використовувати яке-небудь готове ядро ОС, але і самому згенерувати (скомпілювати) таке ядро, що буде оптимальним для даного конкретного ПК і розв'язуваних на ньому задач.

Принцип функціональної надмірності

Цей принцип враховує можливість проведення однієї і тієї ж роботи особистими засобами. До складу ОС може входити кілька типів моніторів (модулів супервізора, керуючих тим чи іншим видом ресурсу), різні засоби організації комунікацій між обчислювальними процесами. Наявність декількох типів моніторів, декількох систем керування файлами дозволяє користувачам швидко і найбільше адекватно адаптувати ОС до визначеної конфігурації обчислювальної системи, забезпечити максимально еф-ективно завантаження технічних засобів при рішенні конкретного класу за-дач, одержати максимальну продуктивність при рішенні заданого класу задач.

Принцип віртуалізації

Побудова віртуальних ресурсів, їхній розподіл і використання тепер використовується практично в будь-який ОС. Цей принцип дозволяє представити структуру системи у виді визначеного набору планувальників процесів і розподільників ресурсів (моніторів) і використовувати єдину централізовану схему розподілу ресурсів.

Найбільш природним і закінченим проявом концепції віртуальності є поняття віртуальної машини(ВМ). По суті, будь-яка ОС, будучи засобом розподілу ресурсів і організувати за визначеними правилами керування процесами, ховає від користувача і його додатків реальні апаратні й інші ресурси, заміняючи їх деякою абстракцією. У результаті користувачі бачать і використовують ВМ як деякий пристрій, здатний сприймати їхні програми, написані визначеною мовою програмування і видавати результати. При такому мовному представленні користувача зовсім не цікавить реальна конфігурація обчислювальної системи, способи ефективного використання її компонентів і підсистем. Він мислить і працює з машиною в термінах використовуваного ним мови і тих ресурсів, що йому надаються в рамках віртуальної машини.

Частіше ВМ, надана користувачу, відтворює архітектуру реальної машини, але архітектурні елементи в такому представленні виступають з новими чи поліпшеними характеристиками, що часто спрощують роботу із системою. Характеристики можуть бути довільними, але найчастіше користувачі бажають мати власну «ідеальну» по архітектурних характеристиках машину в наступному складі:

однакову по логіці роботи пам'ять (віртуальна) практично необмеженого обсягу. Середній час доступу порівняний зі значенням цього параметра ОП. Організація роботи з інформацією в такій пам'яті виробляється в термінах обробки даних — у термінах роботи із сегментами даних на рівні обраної користувачем мови програмування;

довільну кількість процесорів (віртуальних), здатних працювати паралельно і взаємодіяти під час роботи. Способи керування процесорами, у тому числі синхронізація й інформаційні взаємодії, реалізовані і доступні користувачам на рівні використовуваної мови в термінах керування процесами;

довільна кількість зовнішніх пристроїв (віртуальних), здатних працювати з пам'яттю ВМ паралельно чи послідовно, асинхронно чи синхронно стосовно роботи того чи іншого віртуального процесора, що ініціюють роботу цих пристроїв. Інформація, передана чи збережена на віртуальних пристроях, не обмежена припустимими розмірами. Доступ до такої інформації здійснюється на основі або послідовного, або прямого способу доступу в термінах відповідної системи керування файлами. Передбачено розширення інформаційних структур даних, збережених на