Архитектура ОС. [ut]

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
==== Архитектура ОС. ====

Операционная система - комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем. Их можно разделить на 2 большие группы - ОС семейства MS Windows и Unix-подобные ОС. \\ ОС состоит из следующих компонентов:

  * Загрузчик - GRUB (GRand Unified Bootloader), Windows Boot Manager;
  * Ядро ОС
  * Сервисы (демоны) — программы, постоянно работающих и выполняющих задачи в фоновом режиме;
  * Утилиты - вспомогательные компьютерные программы в составе общего программного обеспечения для выполнения специализированных типовых задач, связанных с работой оборудования и операционной системы (ОС);
  * Оболочки - командные оболочки (shell, bash, powershell), файловые менеджеры (filezilla, mc), графические оболочки (KDE);
  * Среды разработки.

=== Как происходит загрузка ОС? ===

После включения ПК сначала проходит POST (Power on self test) - проверка аппаратного обеспечения компьютера. Далее загружается BIOS/UEFI, в котором прописано, откуда будет происходить загрузка (boot device), после чего происходит загрузка с этого устройства. Для того, чтобы с данного устройства могла происходить загрузка, оно должно быть размечено специальным образом. Если это BIOS, то область MBR (master boot record), если UEFI - UEFI boot sector, после чего управление передается загрузчику ОС. \\ **Загрузчик ОС**  - специальная программа, которая расположена на первых секторах жесткого диска. Загрузчик нужен для того, чтобы можно было модифицировать загрузку ОС - например, если у вас установлено параллельно 2 ОС - Windows и Linux, или же вам надо загрузиться с какими-либо параметрами в режиме отладки. Загрузчик находит ОС и загружает 2 сущности - Kernel space и User space. \\ **Ядро ОС**  - часть ОС, постоянно находящаяся в оперативной памяти и управляющая всей ОС. Ядро контролирует доступ приложений к аппаратной части - к ОЗУ, к ЦПУ и т.д., то есть обработка прерываний. \\ Основные функции ядра ОС:

  * обработка прерываний;
  * создание и уничтожение процессов;
  * переключение процессов из состояния в состояние;
  * организация взаимодействия между процессами;
  * поддержка распределения и перераспределения памяти;
  * поддержка операций ввода-вывода.

Архитектура ядер:

  * Монолитное ядро;
  * Модульное ядро;
  * Микроядро;
  * Экзоядро;
  * Наноядро;
  * Гибридное ядро.

**Монолитное ядро**  - все драйверы выполняются в пространстве ядра. Примером такого ядра является Linux. Преимуществом такого ядра является скорость работы, однако же сбой в одном из компонентов нарушит работу всей системы. Для изменения такого ядра (добавления новых функций, драйверов и т.д.) необходима перекомпиляция ядра и при этом будет происходить увеличение кода ядра, что к повышению требований к оперативной памяти. Поэтому такие ядра не используются в системах, где есть жесткое ограничение по объему ОЗУ. \\ **Модульное ядро**  - это разновидность монолитного ядра, однако добавлять и убирать различные драйверы в пространства ядра в нем возможно без компиляции. Современные версии Linux работают на модульном ядре. С помощью команд ''insmod''  и ''modprobe''  можно загружать и выгружать модули ядра, ''lsmod''  покажет список загруженных модулей. \\ **Микроядро**  - предоставляет только элементарные функции управления процессами и минимальный набор абстракций для работы с оборудованием. Это позволяет решить проблему отказа системы при отказе работы одного драйвера. Преимуществами такого ядра является его высокая надежность, недостаток - дополнительные затраты на переключение контекста. \\ **Экзоядро**  - частный случай микроядра, когда ядро занимается только взаимодействием процессов. Все остальные функции - работа с памятью, сетью, другими устройствами - выносятся в пользовательские библиотеки. \\ **Наноядро**  - ядро, реализующее только обработку прерываний, т.е. по сути работа с аппаратным обеспечением. Такой тип ядра часто используется в виртуализации. Наноядро гостевой ОС может работать как процесс или модуль ядра другой ОС, позволяя запускать "неродные" приложения. \\ **Гибридное ядро**  - позволяет сгладить недостатки монолитного и микроядра. При этом часть критичных для производительности функций реализована внутри пространства ядра, а часть, как сервисы, в пользовательском пространстве.

----

<WRAP center round info 60%> MBR - master boot record </WRAP> MBR содержит исполняемый код, необходимый для передачи управления загрузчик и таблицу разделов (partition table). Эта запись занимает 512 байт в начале диска. В этой таблице можно создавать только 4 первичных (primary) разделов. Если необходимо обойти это ограничение, можно создать расширенный раздел (extended partition) вместо одного из первичных и уже внутри него создать несколько логических разделов (до 16). Стоит помнить, что ОС Windows можно устанавливать только на первичные разделы, у Linux таких ограничений нет. <WRAP center round info 60%> GPT — GUID Partition Table </WRAP> GPT - статический уникальный идентификатор, не содержит загружаемый код. Тем не менее блок MBR присутствует в начале для совместимости и защиты от повреждения утилитами, не умеющими работать с GPT, но понимающими MBR. В совместимом MBR указан один раздел, охватывающий весь диск. GPT не накладывает ограничений на разделы, поэтому такие понятия, как расширенные и первичные разделы, в работе с ним не используются.

----