Фундаментальными понятиями теории операционных систем являются понятия файла и процесса. Файл представляет собой минимальную единицу хранения информации. Как правило, различают множество типов файлов, которые можно разделить на две группы: исполнимые файлы и файлы данных. Процесс создается в результате запуска исполнимого файла и представляет собой некоторую последовательность действий, выполняемую с использованием ресурсов компьютера. Понятия исполнимого файла и процесса не идентичны, поскольку один файл может быть запущен многократно, порождая несколько процессов.

Каждая операционная система создает собственную файловую и процессную среду. Один из главных вопросов при проектировании операционной системы является вопрос о том, что представляет собой операционная система с точки зрения собственной среды. С одной стороны система располагается в определенном наборе файлов, из которых она запускается при загрузке. С другой стороны для реализации функций ОС создается ряд специальных процессов, называемых системными.

Для общего структурирования ОС классическими являются понятия ядра и системных процессов. Ядро - это та часть операционной системы, которая с точки зрения самой системы не является процессом. Ядро является продолжением аппаратных средств и упрощенно представляет собой набор обработчиков основных прерываний. Системные вызовы, как правило, реализуются посредством программных прерываний и представляют собой косвенный вызов модулей ядра со сменой режима работы процессора. Ядро реализует основные системные вызовы по управлению процессами и оперативной памятью, а также, в большинстве систем, функции обмена с внешними устройствами на физическом уровне (драйверы устройств). Другие системные вызовы переадресуются ядром для исполнения системным процессам. В форме специального системного процесса (файлового процессора) часто реализуются функции файловой системы. Для выполнения интерактивных команд и пакетных файлов также создаются системные процессы. При этом возможна реализация выполнения интерактивных команд всех терминалов одним системным процессом (командным процессором) либо запуск отдельного процесса для каждого подключенного терминала. Основные интерактивные команды выполняются командным процессором непосредственно, а для реализации дополнительных команд имеются специальные исполнимые файлы. Драйверы внешних устройств в некоторых ОС также представляются как системные процессы.

Первичное структурирование системы предполагает выделение ядра и системных процессов различных уровней и распределение их по файлам. Далее выполняется структурирование ядра и системных процессов путем выделения элементов данных и программ (модулей), имеющих определенное функциональное назначение.

Содержание отчета

Описание состава и общей структуры системы:

‒ состав ОС: перечень файлов (ядро и системные процессы) и их назначение, порядок загрузки;

‒ структура ядра ОС: перечень модулей и их точек входа с кратким описанием назначения и указанием обрабатываемых прерываний;

‒ способ реализации системных вызовов и передачи параметров.

Рекомендуемый формат таблицы модулей ядра.

Таблица 5.1 – Описания модулей ядра.

Раздел 6

Формирование базы данных ОС

Совокупность данных, используемую ОС для управления процессами и ресурсами, называют базой данных ОС (БД ОС). Основная часть базы данных размещается в ядре системы, что обеспечивает ее надежную защиту.

Большая часть элементов базы данных создается и уничтожается динамически. Также динамически создаются и модифицируются связи между элементами. Поэтому для реализации БД ОС, как правило, используют многосвязные списочные структуры данных.

Основу базы данных составляют управляющие блоки, объединяемые в списки сложной структуры. Заголовки основных списков и некоторые глобальные системные переменные образуют статическую часть базы данных. Динамически создаваемые и уничтожаемые блоки размещаются в куче ядра (kernel heap).

Управляющие блоки создаются для каждого типа ресурсов, а также для каждого процесса и для элементов, обеспечивающих взаимодействие процессов. Управляющий блок содержит общее описание параметров ресурса/процесса, а также подробную информацию о текущем состоянии. Управляющие блоки одного типа могут объединяться в общий список (очередь), либо группироваться в несколько списков для различных состояний (очередь готовых процессов, очередь блокированных процессов).

Содержание отчета

Описание базы данных ОС:

‒ перечень и назначение управляющих блоков и очередей;

‒ общая схема организации БД -взаимосвязи управляющих блоков;

‒ описание структуры управляющих блоков;

‒ описание файловой структуры МД: схема, описания элементов.

Раздел 7