Привилегированный режим ядра и пользовательский режим

Операционная система для осуществления своих управляющих функций должна иметь по отношению к приложениям определенные привилегии. Поэтому аппаратура компьютера поддерживает как минимум два режима:

- пользовательский режим (user mode) - для работы приложений;

- привилегированный режим,он же- режим ядра (kernel mode),илирежим суперви­зора (supervisor mode) - для работы ОС или ее частей.

В привилегированном режиме чаще всего работает именно ядро как основная часть ОС. Понятия «ядро» и «привилегированный режим» тесно связаны, поэтому ядро так­же можно характеризовать как часть ОС, работающую в привилегированном режиме.

Привилегии обеспечиваются за счет запрета выполнения в пользовательском ре­жиме некоторых критичных команд, связанных со следующими операциями:

• переключением процессора с задачи на задачу;
• управлением устройствами ввода-вывода;
• доступом к механизмам распределения и защиты памяти.

В пользовательском режиме безусловно запрещено выполнение инструкции пере­хода в привилегированный режим. Другие инструкции запрещается выполнять при определенных условиях, полностью контролируемых ОС. Например, ввод-вывод дан­ных или доступ к памяти разрешены приложению, если соответствующие ресурсы выделены только этому приложению, и запрещены, если данные (соответственно па­мять) являются общими для ОС и других приложений.

Если аппаратура (процессор) поддерживает хотя бы два уровня привилегий, то ОС может на этой основе создать программным способом сколь угодно развитую систему защиты и соответствующих прав доступа. Прямого соответствия между числом аппа­ратно реализуемых и программно реализуемых уровней привилегий нет. Так, на базе четырех уровней процессоров архитектуры х86 OS/2 строит трехуровневую, а Windows NT и Unix - двухуровневую систему привилегий.

Переключение процессора из пользовательского режима в привилегированный при системном вызове ядра, а затем обратное переключение повышает устойчивость ОС, но замедляет выполнение системных вызовов.

Многослойная структура ОС

Многослойный подход - универсальный и эффективный способ декомпозиции сложных систем, базирующийся на следующих положениях.

Система представляется как иерархия слоев.

Функции нижележащего слоя являются примитивами для построения более слож­ных функций вышележащего слоя.

Взаимодействие слоев осуществляется через посредство функций межслойного интерфейса.

Отдельный модуль может либо выполнить свою работу самостоятельно, либо об­ратиться к другому модулю своего слоя, либо обратиться к нижележащему слою че­рез межслойный интерфейс.

При таком подходе разработка системы осуществляется сверху вниз, от целей системы к их реализации. Сначала определяются функции слоев и межслойные ин­терфейсы, задающие общую структуру системы, а затем разрабатываются модули внутри слоев. Этот подход годится и для анализа сложных систем.

В

Утилиты, системные обрабатывающие программы, библиотеки процедур

ычислительную систему, работающую под управлением ОС на базе ядра, можно рассматривать как систему из трех иерархически упорядоченных слоев (рис. 2).

Ядро ОС

Аппаратура

Рис. 2 Трехслойная структура вычислительной системы.

При такой организации ОС приложения могут взаимодействовать с аппаратурой только через слой ядра.

Многослойная структура ядра

Многослойный подход применим и к структуре ядра как сложного многофункционально­го комплекса. Обычно выделяют слои, приведенные на (рис.3.) однако это разбиение дос­таточно условно.

Рис.3. Многослойная структура ядра ОС

Средства аппаратной поддержки ОС - аппаратные средства, прямо участвую­щие в организации вычислительных процессов: средства поддержки привилегирован­ного режима, система прерываний, переключение контекстов процессов, трансляция адресов, защита памяти и т.п.

Машино-зависимые модули - программные модули, в которых отображается специфика аппаратной платформы компьютера. В идеале этот слой полностью эк­ранирует вышележащие слои от особенностей аппаратуры, т.е. позволяет делать модули вышележащих слоев машинно-независимыми (пригодными для всех типов платформ, поддерживаемых данной ОС). Примером может служить слой HAL (Hardware Abstraction Layer) в Windows NT/2000. На уровне HAL работа с устрой­ством определенного типа (накопитель, видеоплата, мышь и т.п.) всегда описыва­ется при помощи одного и того же заранее определенного набора функций. В слу­чае, если устройство имеет иной набор функций (например, устаревший 3d-ускоритель может не поддерживать многих современных функций), драйвер обязан эму­лировать стандартные функции с тем, чтобы ОС могла не заботиться о том, какое конкретно устройство установлено.

Базовые механизмы ядра. Модули этого слоя не принимают решений о распре­делении ресурсов, а только отрабатывают принятые на более высоком уровне ре­шения. Выполняются наиболее примитивные операции ядра: программное переклю­чение контекстов процессов, перемещение страниц между памятью и диском, дис­петчеризация прерываний и т.п.

Менеджеры ресурсов. Модули этого уровня реализуют управление основными ресурсами системы. Группировка модулей в менеджеры обычно осуществляется по функциям основных подсистем ОС: выделяются менеджеры процессов, ввода-выво­да и файловой системы (могут быть объединены), оперативной памяти.

Интерфейс системных вызовов. Взаимодействует непосредственно с приложе­ниями и системными утилитами, образуя прикладной программный интерфейс ОС (API).

19)

Far –это работающая в текстовом режиме программа управления файлами для ОС семейства Windows, с поддержкой длинных имен файлов и широким набором операций над файлами и папками.

Оболочка Far запускается файлом far.exe.После запуска программы на экране в окне программы отображается содержимое активного каталога.

Структура интефейса оболочки: заголовок окна, главное меню(Левая (Left), Файл (Files), Команды (Commands), Параметры (Options), Правая (Right))., системные кнопки (свернуть, свернуть,закрыть),,Левая (Left), Файл (Files), Команды (Commands), Параметры (Options), Правая (Right). левая и правая панели, командная строка, строка статуса, строка функциональных клавиш

Меню Far Manager

Для активизации меню можно использовать клавишу F9 или нажать левую кнопку мыши на верхней строке экрана. Управляющее меню содержит пять групп команд: Левая (Left), Файл (Files), Команды (Commands), Параметры (Options), Правая (Right). Перемещая выделение с помощью клавиш управления курсором, можно выбрать требуемый режим и нажатием клавиши Enter раскрыть вертикальное подменю, содержащее перечень команд. Клавиша Esc служит для выхода из режима работы с управляющим меню.

Меню «Левая» и «Правая» позволяют изменить параметры левой и правой панели соответственно.

Меню «Файлы»предоставляет доступ к командам строки функциональных клавиш, а также к некоторым другим командам, работающим с файлами и каталогами или позволяющим выбирать группы файлов и каталогов.

Меню «Команды» позволяет выполнить некоторые действия по управлению компонент в программной оболочке Far.

 10.Файловая система назначение,функции,структура

Файл(англ. file —папка) — это именованная совокупность любых данных, размещенная на внешнем запоминающем устройстве и хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др.

Файловая система — это средство для организации хранения файлов на каком-либо носителе.

Файловая система определяет общую структуру именования, хранения и организации файлов в операционной системе.

Функции файловой системы:

1. Сохранение информации на внешних носителях

2. Чтение информации из файлов

3. Удаление файлов, каталогов

4. Переименование файлов

5. Копирование файлов и др.

Файлы физически реализуются как участки памяти на внешних носителях — магнитных дисках или CD-ROM. Каждый файл занимает некоторое количество блоков дисковой памяти. Обычная длина блока — 512 байт.

Обслуживает файлы специальный модуль операционной системы, называемый драйвером файловой системы. Каждый файл имеет имя, зарегистрированное в каталоге — оглавлении файлов.

Каталог (англ. directory — справочник, указатель) —объект в файловой системе, упрощающий организацию файлов. Каталог — поименованная совокупность байтов на носителе информации, содержащая название подкаталогов и файлов.

Типичная файловая система содержит большое количество файлов, и каталоги помогают упорядочить её путём их группировки.

Каталог (иногда называется директорией или папкой) доступен пользователю через командный язык операционной системы. Его можно просматривать, переименовывать зарегистрированные в нем файлы, переносить их содержимое на новое место и удалять.

Каталог может иметь собственное имя и храниться в другом каталоге наряду с обычными файлами: так образуются иерархические файловые структуры. Пример такой структуры — на рис.6.

Рис. 7. Дерево каталогов на диске

Что происходит, когда пользователь подает операционной системе команду "открыть файл ...", в которой указано имя файла и имя каталога, в котором размещён этот файл?

Для выполнения этой команды драйвер файловой системы обращется к своему справочнику, выясняет, какие блоки диска соответствуют указанному файлу, а затем передает запрос на считывание этих блоков драйверу диска.

При выполнении команды "сохранить файл" драйвер файловой системы ищет на диске незанятые блоки, отмечает их, как распределённые для вновь созданного файла, и передаёт драйверу диска запрос на запись в эти блоки данных пользователя.

Драйвер файловой системы обеспечивает доступ к информации, записанной на магнитный диск, по имени файла и распределяет пространство на магнитном диске между файлами.

Для выполнения этих функций драйвер файловой системы хранит на диске не только информацию пользователя, но и свою собственную служебную информацию. Вслужебных областях дискахранится список всех файлов и каталогов, а также различные дополнительные справочные таблицы, служащие для повышения скорости работы драйвера файловой системы.

К файловой системе имеет доступ также и любая прикладная программа, для чего во всех языках программирования имеются специальные процедуры.

Понятие файла может быть обращено на любой источник или потребитель информации в машине, например, в качестве файла для программы могут выступать принтер, дисплей, клавиатура и др.

Структура файловой системы и структура хранения данных на внешних магнитных носителях определяет удобство работы пользователя, скорость доступа к файлам и т.д.

Типы файловых систем:

1. FAT16 – старая файловая система. Она не подходит для дисков большого объема, но ее понимают все операционные системы.

2. FAT32 – более новая система. Работает с дисками до 2000 Гб=2терабайт.

3. NTFS – эта файловая система доступна только ОС Windows NT, 2000, XP. Она работает с дисками объем которых более 2 Тб. Это используется теми людьми, которые с помощью компьютера обрабатывают огромные видеофайлы или создают базы данных всероссийского масштаба. Система защищена от сбоев. При выключении питания ошибки не возникают. Из ОС Windows 95, 98, Me диски будут не доступны (невидимы).

11.