Strukture operacijskih sistemov

Cilji:

razlikovati med uporabniško in sistemsko programsko opremo,
našteti primere sistemske in uporabniške programske opreme,
našteti značilnosti posamezne strukture jedr,
opisati prednosti in slabosti posamezne strukture,
za izbrane operacijske sisteme opredeliti strukturo jedra,

Pri opisu struktur operacijskega sitema bomo izhajali iz spodnje slike, kjer je prikazana logična zgradba računalniškega sistema. Na najnižji ravni leži strojna oprema.

Bančni sistem	Rezervacija kart	Spletni brskalnik
Prevajalnik	Urejevalnik	Ukazni tolmač
Operacijski sistem
Strojna oprema

Slika: Shema računalniškega sistema

Strojno opremo izkorišča operacijski sistem, katerega jedro je lahko zelo različnih struktur. Operacijski sistem nudi storitve sistemski programski opremi in uporabniški programski opremi.

MS DOS

MS-DOS je bil narejen za mikroprocesorje brez načina delovanja dual-mode in zaščite pomnilnika. Nič ni preprečilo nekemu programu, da bi neposredno dostopal do ROM-BIOS-a. Programska združljivost je preprečila kar nekaj časa vsako pomembno spremembo v notranjosti datotečnega sistema.

Resident System Program

MS-DOS gonilniki naprav

ROM BIOS gonilniki naprav

UNIX

Jedro je dostopno preko vmesnika sistemskih klicev in uporabnik preko jedra dostopa do vira, ki ga upravlja jedro. Vsebuje vse kar ni specifično določeni napravi, vključno z datotečnim sistemom, omrežno kodo... Rezultat je ogromno jedro, ki ga je težko upravljati, spreminjati in razhroščevati.

Uporabniški programi in ostali pripomočki

Monolitsko jedro

Terminal, memory controllers

Jedro je izpopolnjeno kot hierarhija plasti. Vsaka plast določa nov podatkovni objekt, ki skriva pred višje nivojskimi plastmi razne funkcije, v zameno pa priskrbi nove.

Primer (E. Dijkstra, T. U. Eindhoven)

Uporabniški programi

Medpomnenje za vhodno-izhodni enote

Operator Console Device Driver (?)

Upravljanje s pomnilnikom

CPE razvrščanje

Strojna oprema

Na žalost je težko določiti razpored plasti. Na primer, nekateri so mnenja,i da bi preložili plast za upravljanje s pomnilnikom na vrh plasti datotečnega sistema (olajšali bi svapanje) ali pod njo (omogočili bi datotečnemu sistemu uporabo upravljanja s pomnilnikom).

Mikro jedro

Da bi zmanjšali jedro, je potrebno vse manj pomembne strežnike postaviti izven jedra (file servers, networking servers...). Tako postane kernel je majši, bolj vodljiv in lažji za razhroščevanje. S tem pa pridobimo tudi druge prednosti:

dodajamo lahko nove storitve in spreminjamo sedanji gostiteljski proces brez, da bi se dotikali jedra,
lahko emuliramo multi-operacijske sisteme na vrhu danega jedra; ena izmed verzij Mach kernela je uporabljala UNIX emulacijski strežnik izven kernel prostora.

Mikrokerneli imajo eno večjo slabo stran. Sistemski klici, ki obsegajo strežniški proces zahtevajo štiri "context-switche" namesto dveh.

Uporabnikov proces preklopi kontekst v kernel,
kernel analizira zahtevo in preklopi kontekst v strežniški proces,
strežniški proces vrne kontekst v kernel,
kernel vrne kontekst uporabniškemu programu.

Mikrojedro bi bila rešitev, če bi bilo možno poceniti context switches drugače rečeno, če preklapljanje kontekstov (preklop med enim in drugim procesom pomeni shranjevanje in obnavljanje stanj procesorja) ne bi vzelo toliko časa.

Navidezni stroj

Namen vzpostavitve navideznega stroja je skrivanje lastnosti določenega sistema pred uporabniškimi programi. Razlogi za skrivanje so lahko sledeči:

lažje uvajanje novosti,
združljivost za nazaj,
vzpostavljanje enakega okolja za programe na različnih platformah.