Ядро ОС UNIX

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Ядро ОС UNІX Як й у будь-який інший операційній системі, що забезпечує захист користувачів один від одного й захист системних даних від будь-якого непривілейованого користувача, в ОС UNІX є захищене ядро, що управляє ресурсами комп'ютера й надає користувачам базовий набір послуг.

У результаті, ядро більшості сучасних комерційних варіантів ОС UNІX являє собою не дуже чітко структуризованный моноліт великого розміру. Із цієї причини програмування на рівні ядра ОС UNІX продовжує залишатися мистецтвом (якщо не вважати відпрацьованої й зрозумілої технології розробки драйверів зовнішніх пристроїв). Ця недостатня технологічність організації ядра ОС UNІ багатьох не задовольняє. Звідси прагнення до повного відтворення середовища ОС UNІX при повністю іншій організації системи (зокрема , із застосуванням мікроядерного підходу, що ми коротко розглянемо наприкінці курсу).

Загальна організація традиційного ядра ОС UNІX Одне з основних досягнень ОС UNІX полягає в тому, що система має властивість високої мобільності. Зміст цієї якості полягає в тому, що вся операційна система, включаючи її ядро, порівняно просто переноситься на різні апаратні платформи. Всі частини системи, не вважаючи ядра, є повністю машинно-незалежними. Ці компоненти акуратно написані мовою С, і для їхнього переносу на нову платформу (принаймні , у класі 32-розрядних комп'ютерів) потрібно тільки перекомпіляція вихідних текстів у коди цільового комп'ютера.

Звичайно, найбільші проблеми пов'язані з ядром системи, що повністю приховує специфіку використовуваного комп'ютера, але саме залежить від цієї специфіки. У результаті продуманого поділу машинно-машинно-залежних і машинно-незалежних компонентів ядра (видимо, з погляду з операційних систем, у цьому складається найвище досягнення розроблювачів традиційного ядра ОС UNІX) удалося домогтися того, що основна частина ядра не залежить від архітектурних особливостей цільової платформи, написана повністю мовою С й для переносу на нову платформу бідує тільки в перекомпіляції.

Однак порівняно невелика частина ядра є машинно-машинно-залежною й написана на суміші мови С й мови асемблера цільового процесора. При переносі системи на нову платформу потрібне переписування цієї частини ядра з використанням мови асемблера й обліком специфічних рис цільових апаратур. Машинно-машинно-залежні частини ядра добре ізольовані від основної машинно-незалежної частини, і при гарному розумінні призначення кожного машинно-машинно-залежного компонента переписування машинно-машинно-залежної частини є в основному технічним завданням (хоча й вимагає високої програмістської кваліфікації).

Машинно-машинно-залежна частина традиційного ядра ОС UNІX включає наступні компоненти:

розкручування й ініціалізація системи на низькому рівні (поки це залежить від особливостей апаратур); первинна обробка внутрішніх і зовнішніх переривань; керування пам'яттю (у тій частині, що ставиться до особливостей апаратної підтримки віртуальної пам'яті); перемикання контексту процесів між режимами користувача і ядра; пов'язані з особливостями цільової платформи частини драйверів пристроїв. Основні функції До основних функцій ядра ОС UNІX прийнято відносити наступні:

(a) Ініціалізація системи - функція запуску й розкручування. Ядро системи забезпечує засіб розкручування (bootstrap), що забезпечує завантаження повного ядра на згадку комп'ютера й запускає ядро.

(b) Керування процесами й нитками - функція створення, завершення й відстеження існуючих процесів і ниток ("процесів", виконуваних на загальній віртуальній пам'яті). Оскільки ОС UNІX є мультипроцессной операційною системою, ядро забезпечує поділ між запущеними процесами часу процесора (або процесорів у мультипроцесорних системах) і інших ресурсів комп'ютера для створення зовнішнього відчуття того, що процеси реально виконуються в паралель.

(c) Керування пам'яттю - функція відображення практично необмеженої віртуальної пам'яті процесів у фізичну оперативну пам'ять комп'ютера, що має обмежені розміри. Відповідний компонент ядра забезпечує поділюване використання тих самих областей оперативної пам'яті декількома процесами з використанням зовнішньої пам'яті.

(d) Керування файлами - функція, що реалізує абстракцію файлової системи, - ієрархії каталогів і файлів. Файлові системи ОС UNІX підтримують кілька типів файлів. Деякі файли можуть містити дані у форматі ASCІІ, інші будуть відповідати зовнішнім пристроям. У файловій системі зберігаються об'єктні файли, виконувані файли й т.д. Файли звичайно зберігаються на пристроях зовнішньої пам'яті; доступ до них забезпечується засобами ядра. У світі UNІX існує кілька типів організації файлових систем. Сучасні варіанти ОС UNІX одночасно підтримують більшість типів файлових систем.

(e) Комунікаційні засоби - функція, що забезпечує можливості обміну даними між процесами, що виконуються усередині одного комп'ютера (ІPC - Іnter-Process Communіcatіons), між процесами, що виконуються в різних вузлах локальної або глобальної мережі передачі даних, а також між процесами й драйверами зовнішніх пристроїв.

(f) Програмний інтерфейс - функція, що забезпечує доступ до можливостей ядра з боку користувальницьких процесів на основі механізму системних викликів, оформлених у вигляді бібліотеки функцій.