Деревянко А.С., Солощук М.Н. Операционные системы. Часть II. Обзор операционных систем
Подождите немного. Документ загружается.
41
OS/2 обладает полным набором средств взаимодействия процессов,
описанным нами в главе 9 части 1.
В системе имеется 9 типов сигналов (в том числе 3 –
пользовательских) с возможностью устанавливать их собственную
обработку или игнорировать сигнал (кроме сигнала KILL).
Общие области памяти выделяются как сегменты и могут быть
именованными или неименованными.
Неименованные каналы создаются специальным системным вызовом
(одним вызовом создается один канал – для чтения или для записи),
дальнейшая работа с каналом происходит с использованием API файлов.
Для именованных каналов наряду с файловым API имеются специальные
операции, обеспечивающие обмен данными в одном вызове (открытие
канала, запись, чтение, закрытие).
Очереди сообщений обеспечиваются с применением общих областей
памяти, в которых размещаются тела сообщений. Собственно очередь в
системной области составляют только заголовки сообщений, а область
памяти, в которой находится тело сообщения, становится доступной
процессу-получателю через манипулятор, содержащийся в заголовке.
В системе различаются 3 типа семафоров: семафоры событий,
служащие для синхронизации нитей и процессов, семафоры взаимного
исключения, служащие для защиты ресурсов от одновременного доступа,
и семафоры множественного ожидания, обеспечивающие ожидание на
нескольких семафорах событий или семафорах взаимного исключения
одновременно. Для каждого типа семафоров имеется свой набор
системных вызовов, обеспечивающих создание/уничтожение семафоров и
выполнение семафорных операций.
42
Все именованные средства взаимодействия вписываются в
пространство имен файловой системы, и имена их выгладят как имена
файлов, расположенных в специальных каталогах.
4.6. Другие свойства OS/2
Хотя OS/2 в настоящее время позиционируется на рынке как
серверная ОС, ее ядро продолжает оставаться однопользовательским, то
есть на уровне ядра OS/2 пользователей не различает. Защита в ядре
относится прежде всего к защите ресурсов процессов, которая
обеспечивается надежной изоляцией адресных пространств процессов друг
от друга. Контроль доступа обеспечивается промежуточным программным
обеспечением (IBM LAN Server и др.), поставляемым "в одной коробке" с
OS/2.
Графический интерфейс OS/2 во многом напоминает интерфейс
Windows 95. Это объясняется тем, что разработчики обеих систем брали за
образец интерфейс MacOS. Однако IBM разрабатывала интерфейс OS/2 в
непосредственном сотрудничестве с фирмой Apple, поэтому он не только
внешне подобен образцу, но и полностью воплощает его объектно-
ориентированные свойства. Workplace Shell (рабочий стол) и Warp Center
(панель быстрого доступа, подобная линейке программ в Windows 9x)
являются приложениями, запускаемыми по выбору.
OS/2 может также работать и в режиме командной строки. Набор
команд OS/2 является расширением набора команд MS DOS. Наиболее
интересной из этого расширения нам представляется команда CALL,
которая позволяет запустить программу без ожидания ее завершения.
Именно команда CALL создает возможность запускать несколько
процессов в одном сеансе OS/2. OS/2 имеет богатейшие возможности для
командных файлов, которые обеспечиваются языком REXX, являющимся
43
неотъемлемой частью ОС. Команды и программы, выполняемые в
интерпретаторе REXX, имеют возможность обмениваться сигналами и
данными, используя перенаправление ввода-вывода или интерфейс
очередей.
В первые два года своего существования OS/2 Warp, а затем и ее
версия 4 – Merlin – конкурировала на рынке персональных ОС с Windows
95. Так OS/2 Merlin стала первой ОС со встроенной поддержкой
мультимедиа, голосового ввода и Java-платформой. Несмотря на то, что по
объективным показателям OS/2, по крайней мере, не уступала своему
конкуренту, она потерпела поражение, предже всего – из-за отсутствия
должной рекламы. В 1998 г. фирма IBM решила, что рынок персональных
систем не входит в сферу ее стратегических интересов, и позиционировала
OS/2 как серверную систему. В таком качестве OS/2 приобрела
значительное число корпоративных пользователей, особенно в Европе.
Версия 5 OS/2 – Aurora, расширенная прежде всего поддержкой SMP-
архитектуры и файловой системой JFS, заимствованной из ОС AIX (см.
главу 7), появилась в 1999 г. Долгое время она существовала только в
серверном варианте, и только в 2001 г. появилась клиентская редакция
этой версии. Хотя OS/2 продолжает эксплуатироваться и развиваться, в
настоящее время фирма IBM исключила из своих стратегических
интересов любые ОС для платформы Intel/Pentium (а возможно – и саму
эту платформу) и не занимается продвижением OS/2 на рынке. Поскольку
стратегия разработки приложений IBM в последнее время диктует
ориентацию на платформенную независимость, IBM предлагает
использовать OS/2 прежде всего как платформу для разработчиков Java-
приложений с последующим переносом результатов на другие платформы.
Предложение вполне разумное, так как OS/2 является, во-первых,
чрезвычайно устойчивой, а во-вторых, виртуальная машина Java от IBM
44
для OS/2 является одной из самых эффективных (если не самой
эффективной) из всех существующих.
Вместе с тем, в движении Открытых Кодов существует стойкое и
активное ядро сторонников OS/2, не желающих отказываться от нее даже
как от настольной системы. Среди акций этого движения можно назвать
давно и успешно развивающийся проект по обеспечению выполнения
среде OS/2 приложений Win32, а также недавно начавшееся движение за
перевод OS/2 в открытые коды. Можно предполагать, что эта OS/2 не
прекратит своего существования даже, если IBM от нее совсем откажется.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как изменялась модель памяти OS/2 в ходе ее эволюции?
2. Каковы уровни многозадачности в OS/2?
3. Встроена ли MS DOS в OS/2?
4. Каким из способов, описанных в главе 9 части I, реализованы в
OS/2 Warp общие области памяти? Сопоставьте это с их реализацией в
Windows 9x.
5. В чем преимущества файловой системы HPFS по сравнению с
FAT-16? по сравнению с FAT-32?
6. Чем принципиально отличается Workplace Shell OS/2 Warp
Desktop Windows 9x?
7. OS/2 Warp позиционируется на рынке как серверная ОС.
Почему же мы считаем возможным рассматривать ее как персональную
ОС?
8. Считаете ли вы, что как персональная ОС OS/2 Warp лучше,
чем Windows 9x? Если да, то почему, по-вашему, она проиграла в
конкурентной борьбе?
45
Глава 5. Операционные системы
Windows NT/2000
5.1. История и архитектура
Windows NT явилась продолжением фирмой Microsoft проекта OS/2,
предпринятым фирмой Microsoft после того, как разошлись ее пути с IBM.
В качестве руководителя проекта Windows NT был приглашен Д.Катлер,
имеющий большой опыт в разработке операционных систем в фирме DEС
(ОС VAX VMS).
С самого начала Windows NT планировалась как ОС,
предназначенная для выполнения функций сервера. Windows NT является
полностью 32-разрядной ОС с объектно-ориентированной структурой и
строится на базе микроядра. Последнее обстоятельство позволило сделать
ОС доступной на большом числе аппаратных платформ CISC- и RISC-
процессоров, в том числе и в симметричных многопроцессорных
архитектурах. Архитектура ОС [10, 35] представлена на рисунке 5.1.
46
Рисунок 5.1 Архитектура Windows NT/2000
Реализация концепции микроядра в Windows NT состоит в том, что
ОС состоит из процессов-серверов, выполняющих непосредственное
обслуживание пользовательских процессов в пользовательском режиме, и
части системы, работающей в режиме ядра, выполняющей по запросам
процессов-серверов низкоуровневые и критические операции.
Часть системы, работающая в режиме ядра, состоит из нескольких
слоев.
Уровень аппаратных абстракций виртуализирует аппаратные
интерфейсы. При его создании ставилась цель подготовки процедур,
которые позволяли бы единственному драйверу конкретного устройства
поддерживать функционирование этого устройства на всех аппаратных
платформах. Аппаратные абстракции скрывают от вышележащих частей
ОС такие детали как интерфейс ввода-вывода, контроллеры прерываний и
другие аппаратно-зависимые и специфические функции. Уровень
аппаратных абстракций также обеспечивает программные механизмы
управления и обмена данными между процессорами в симметричных
47
многопроцессорных архитектурах. Ядро и драйверы устройств для
выполнения аппаратно зависимых функций обращаются к уровню
аппаратных абстракций, хотя начиная с версии 4.0, для повышения
быстродействия допускается непосредственное взаимодействие драйвера с
аппаратурой. Модуль уровня аппаратных абстракций требует
перенастройки при изменении конфигурации оборудования.
5.2. Ядро и планирование процессов
Ядро осуществляет планирование действий процессора и
синхронизацию работы процессов и нитей. Ядро является резидентным и
непрерываемым. Ядро объектно-базировано, то есть обеспечивает
низкоуровневую базу для определенных объектов ОС, которые могут
использоваться компонентами высшего уровня. Объекты ядра делятся на
две группы: объекты управления и объекты диспетчеризации. Основным
оъектом управления является процесс, представляющий собой адресное
пространство, набор доступных процессу объектов и совокупность нитей
управления. Некоторые другие объекты управления: прерывание,
процедура синхронного вызова, процедура отложенного вызова и т.д.
Объекты диспетчеризации характеризуются сигнальными состояниями и
управляют диспетчеризацией и синхронизацией операций. Примеры
объектов диспетчеризации: нить, семафор, событие, взаимное исключение
(mutex – для пользовательского режима и mutant – для режима ядра) и
другие.
Ядро реализует основную политику планирования процессов и нитей
(хотя в нее могут быть внесены изменения серверами подсистем). Всего в
Windows NT имеется 32 градации приоритетов, разнесенные по 4 классам.
При запуске процесс получает уровень приоритета, назначаемый по
умолчанию его классу:
48
• для класса реального времени – уровень 24;
• для высокого класса – уровень 13;
• для нормального класса – уровень 9 для интерактивного или
уровень 7 для фонового процесса;
• для отложенного класса – уровень 4.
Общие правила диспетчеризации таковы:
• на выполнение выбирается нить с наивысшим уровнем
приоритета, ей выделяется квант процессорного времени;
• если появляется нить с более высоким уровнем приоритета,
выполнение текущей нити прерывается, текущая нить ставится в
очередь готовых, при этом ее приоритет не изменяется;
• если нить исчерпала выделенный ей квант времени, она
прерывается и ставится в очередь готовых, при этом ее приоритет
понижается;
• если нить перешла в ожидание, не исчерпав выделенный ей квант
времени, ее приоритет повышается.
Исполнительная подсистема – верхний уровень ядра,
представляющий сервис ядра подсистемам среды и другим серверам. Ниже
перечисляются компоненты исполнительной подсистемы.
Диспетчер объектов обеспечивает поддержку объектно-
базированной структуры ОС, представляющей ресурсы в виде объектов –
абстрактных инкапсулированных типов данных. Диспетчер Объектов
выполняет общие функции управления объектами – как
пользовательскими, так и объектами ОС. Все пользовательские объекты
имеют внешние имена. Объекты ОС могут быть как именованными, так и
неименованными, последние используются только внутри самой ОС.
Именование любых объектов подчиняется общим правилам, имена
объектов подобны именам файлов в иерархической структуре
49
каталогов. Диспетчер объектов обеспечивает унифицированные правила
для именования, хранения и обеспечения безопасности объектов.
Менеджер безопасности проводит политику защиты и аудита
объектов на персональном компьютере (подробнее – см.ниже).
Менеджер процессов отслеживает объекты процессов и нитей.
Фактически основная часть планирования процессов и нитей реализована в
ядре, менеджер же процессов обеспечивает создание, уничтожение и
протоколирование этих объектов, а также обеспечивает набор средств
создания и использования нитей и процессов для конкретных подсистем
сред. В Windows NT процессы не связываются родственными
отношениями в структуру дерева (как, например, в Unix или в OS/2).
Однако в Windows 2000 введен новый объект – задание, представляющий
собой именованную группу процессов и позволяющий вести общее
управление и учет для такой группы.
5.3. Адресные пространства
Менеджер виртуальной памяти выполняет формирование
виртуального адресного пространства процесса и отображает виртуальные
адреса в адресных пространствах процессов на физические страницы
памяти. Структура виртуального адресного пространства
пользовательского процесса показана на рисунке 5.2.
50
Рисунок 5.2 Виртуальное адресное пространство пользовательского процесса в
Windows NT
Из 4 Гбайт виртуального адресного пространства пользовательского
процесса доступна нижняя половина за вычетом самых младших 64 Кбайт.
В виртуальном адресном пространстве процесса реализована плоская
модель памяти, качественно структура доступной для процесса памяти
совпадает с таковой в Windows 9x, но в Windows NT адресные
пространства процессов полностью изолированы друг от друга. Верхняя
часть виртуального адресного пространства процесса, в которой находятся
системные DLL, в Windows NT содержит не сами эти DLL, а только
модули-заглушки. Обращение процесса к системе происходит в пределах
адресного пространства процесса. Но такое обращение попадает к модулю-
заглушке, который формирует сообщение-запрос к подсистеме-серверу на
выполнение системного вызова. Средства вызова локальных процедур
передают это сообщение процессу-серверу, он же передает ответ сервера в
модуль-заглушку, а тот формирует отклик на системный вызов. У
пользовательского процесса, таким образом, создается впечатление, что
системный вызов был выполнен в пределах его адресного пространства, но
если пользовательский процесс испортит верхнюю часть доступного ему