Читайте также:
|
Для надежного управления ходом выполнения приложений операционная система должна иметь по отношению к приложениям определенные привилегии. Иначе некорректно работающее приложение может вмешаться в работу операционной системы и, например, разрушить часть ее кодов. Операционная система должна обладать исключительными полномочиями также для того, чтобы играть роль арбитра в споре приложений за ресурсы компьютера в мультипрограммном режиме. Ни одно приложение не должно иметь возможности без ведома операционной системы получить дополнительную область памяти, занимать процессор дольше разрешенного операционной системой периода времени, непосредственно управлять совместно используемыми внешними устройствами.
Обеспечить привилегии операционной системы невозможно без специальных средств аппаратной поддержки. Аппаратура компьютера должна поддерживать как минимум два режима работы – пользовательский режим (user mode) и привилегированный режим, который также называют режимом ядра (kernel mode), или режим супервизора (supervisor mode). Подразумевается, что операционная система или некоторая ее часть работают в привилегированном режиме, а приложения – в пользовательском режиме. Так как ядро выполняет все основные функции операционной системы, то чаще всего именно ядро становится той частью операционной системы, которая работает в привилегированном режиме (см. рис. 3.2.).
Приложения становятся в подчиненное положение за счет запрета выполнения в пользовательском режиме некоторых критичных команд, связанных с переключением процессора с задачи на задачу, управления устройствами ввода-вывода, доступом к механизму распределения и защиты памяти. Выполнение некоторых команд в пользовательском режиме запрещается безусловно, (очевидно, что к таким командам относится команда перехода в привилегированный режим), тогда как другие запрещается выполнять только при определенных условиях. Важно, что условия разрешения выполнения критичных команд находятся под полным контролем операционной системы и этот контроль обеспечивается за счет набора команд, безусловно запрещенных для пользовательского режима. Например, выполнение команды доступа к памяти для приложения разрешается, если команда обращается к области памяти, отведенной данному приложению операционной системой, и запрещается при обращении к областям памяти, занимаемым операционной системой или другими приложениями.
Повышение устойчивости операционной системы, обеспечиваемое переходом ядра в привилегированный режим, достигается за счет некоторого замедления выполнения системных вызовов. Системный вызов привилегированного ядра инициирует переключение процессора из пользовательского режима в привилегированный, а при возврате к приложению – переключение из привилегированного режима в пользовательский (см. рис. 3.3.). Во всех типах процессоров из-за дополнительной двукратной задержки переключения переход на процедуру со сменой режима, выполняются медленнее, чем вызов процедуры без смены режима.
Архитектура операционной системы, основанная на привилегированном ядре и приложениях пользовательского режима, стала, по существу, классической. Ее используют многие популярные операционные системы, например, UNIX, OS/2, Windows NT и т.д.
В некоторых случаях, для повышения быстродействия, разработчики операционной системы отступают от этого классического варианта архитектуры, организуя работу ядра и приложений в одном и том же режиме. Так, например, сетевая операционная система NetWare компании Novell использует привилегированный режим процессора, как для работы ядра, так и для работы своих специфических приложений. В этом случае повышается быстродействие, но снижается надежность операционной системы, которая компенсируется за счет тщательной отладки каждого приложения.
В одном режиме работают также ядро и приложения тех операционных систем, которые разработаны для процессоров, вообще не поддерживающих привилегированного режима работы. Наиболее популярным процессором такого типа был процессор Intel 8088/86, послуживший основой для персональных компьютеров компании IBM. Операционная система MS DOS, разработанная компанией Microsoft для этих компьютеров, состояла из двух модулей msdos.sys и io.sys, составляющих ядро системы, к которым с системными вызовами обращались командный интерпретатор command.com, системные утилиты и приложения. Некорректно написанные приложения вполне могли разрушить основные модули MS DOS, что иногда и происходило. Аналогичными операционными системами являются системы MSX, CP/M, PC DOS и т.п.
Появление в более поздних версиях процессоров фирмы Intel (начиная с 80286) возможности работать в привилегированном режиме не было использовано разработчиками MS DOS. Эта операционная система всегда работала на процессорах данного типа в так называемом реальном режиме, в котором эмулируется процессор 8088/86. Не следует считать, что реальный режим является синонимом пользовательского режима, а привилегированный режим – его альтернативой. Реальный режим был реализован только для совместимости поздних моделей процессоров с ранней моделью 8088/86 и альтернативой ему является защищенный режим работы процессора, в котором становятся доступны все особенности процессоров поздних моделей.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 43 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |