введение_1 (1085732), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

На самом деле все исследователи понимают, что современные операционные системы массивны, не гибки, ненадежны, не обеспечивают защиты информации и изобилуют ошибками, причем некоторые системы в большей степени, чем осталь­ные (названия не сообщаются, чтобы защитить виновников). Естественно, огром­ное количество исследований было посвящено построению гибкой и надежной системы. Многие исследования касаются систем микроядра. Ядра таких систем имеют минимальные размеры, поэтому есть шанс, что их смогут целиком отладить и сделать надежными. При этом такие системы гибки, потому что большая часть операционной системы работает как процессы пользовательского режима и по­этому их легко переместить или адаптировать к новым условиям, возможно, даже во время работы. Обычно в задачу микроядра входит только управление на низ­ком уровне и передача сообщений между процессами пользователя.

Микроядра первого поколения, такие как Amoeba , Chorus , Mach и V , доказали, что эти системы можно построить и заставить работать. Второе поколение пытается доказать, что они не только работают, но и делают это с высо­кой производительностью . Основываясь на опубли­кованных измерениях, можно утверждать, что эта цель достигнута.

Множество исследований в области ядра в наши дни фокусируется на конст­руировании расширяемых операционных систем. Это обычно системы с микрояд­ром, в которых поддерживается возможность их расширения или переделки в не­котором направлении. Такими примерами являются Fluke , Paramecium , SPIN и Vino. Некоторые исследователи также ищут возможности рас­ширения существующих систем. Многие из этих систем позволяют пользо­вателям добавлять свой собственный код к ядру, но при этом встает очевидная проблема обеспечения безопасности надстроек пользователя. Среди методов разре­шения этих проблем встречаются такие, как интерпретация расширений, изоляция на время выполнения загружаемого удаленного кода в ограниченную среду, так называемую «песочницу», использование языков, обеспечивающих типовую безопасность, и снабжение исполняемых программ электронной подписью. В некоторых работах представлена другая точка зрения: на обеспечение безопасности рас­ширяемых пользователями систем тратится слишком много усилий. По мнению авторов, исследователи должны вычислить, какие надстройки полезны, и затем сделать их нормальной частью ядра, не предоставляя пользователям возможнос­тей расширять ядро на лету.

Хотя один подход к улучшению огромных, содержащих массу ошибок, нена­дежных операционных систем состоит в уменьшении их размеров, существует вто­рой, более радикальный метод — вообще устранить операционную систему. Он был взят на вооружение группой Каашойка (Kaashoek) в Массачусетском техно-

логическом институте в их работе над экзоядром. Идея состоит в том, чтобы оста­вить тонкий слой программного обеспечения, работающего напрямую с аппарату­рой, все действия которого заключаются в надежном распределении ресурсов ап­паратуры между пользователями. Например, оно должно решать, кто и какую часть диска получает в пользование, куда должны доставляться приходящие сетевые пакеты. Все остальное оставляется на усмотрение процессов пользовательского уровня, что делает возможным построение как универсальных, так и узкоспециа­лизированных систем .

Краткий обзор следующих глав

Итак, мы завершили введение и описали общие моменты операционных систем. Теперь пришло время разобраться в деталях. Глава 2 посвящена процессам. Здесь обсуждаются их свойства и то, как они общаются друг с другом, а также представ­лено несколько подробных примеров межпроцессного общения и того, как можно избежать некоторых ошибок.

В главе 3 говорится о взаимоблокировке. В этой главе мы дали некоторое пред­ставление о том, что такое взаимоблокировка, но этой теме следует посвятить от­дельную главу. Кроме того, обсуждаются способы, позволяющие предупредить или избежать взаимоблокировки.

В главе 4 мы детально изучим управление памятью. Будет исследована важная часть виртуальной памяти наряду с тесно связанными с ней идеями разбиения памяти на страницы и сегменты.

Вводу-выводу посвящена глава 5. В ней будут рассмотрены концепции зави­симости и независимости от устройств. В качестве примеров мы будем использо­вать такие важные устройства, как диски, клавиатуры и мониторы.

Затем в главе 6 мы поговорим на очень важную тему файловых систем. Ведь с файловой системой пользователь чаще всего имеет дело. Мы рассмотрим и ин­терфейс файловой системы, и ее реализацию.

На этом мы завершим изучение основных принципов работы однопроцессор­ных операционных систем. Однако мы можем рассказать еще многое, особенно о расширенных возможностях. Глава 7 посвящена изучению мультимедийных сис­тем, имеющих ряд свойств и требований, отличающихся от традиционных опера­ционных систем. Природа мультимедиа, кроме всего прочего, оказывает влияние на планирование и файловую систему. Есть еще одна тема для обсуждения — сис­темы с несколькими процессорами, включая многопроцессорные системы, парал­лельные компьютеры и распределенные системы. Ее мы рассмотрим в главе 8.

Чрезвычайно важному вопросу безопасности операционных систем посвяще­на глава 9. Среди прочих вопросов в этой главе обсуждаются различные виды по­тенциальной опасности (например, вирусы и черви), механизмы защиты и моде­ли охраны.

Затем мы изучим некоторые существующие операционные системы: UNIX (глава 10) и Windows 2000 (глава 11). Книга заканчивается главой 12, содержащей некоторые соображения по поводу проектирования операционных систем.

Единицы измерения

Чтобы избежать путаницы в будущем, необходимо особо отметить то, что в этой книге, как книге по науке о компьютерах вообще, используются единицы метри­ческой системы вместо традиционных английских единиц измерения (система фарлонг-стоун-дюжина). Основные метрические префиксы перечислены в табл. 1.4. Обычно префиксы сокращаются до первых букв, причем, если единица измере­ния больше 1, используются заглавные буквы. Например, база данных размером в 10 Тбайт занимает около 10¹² байт на диске, а часы с интервалом в 100 пс будут тикать каждую 10~¹² с. Так как приставки милли- и микро- начинаются с буквы «м», нужно было выбрать для них разные сокращения. Обычно для милли- использу­ется «м», а для микро— сокращение «мк».

Таблица 1.4. Основные метрические префиксы

П ока- Явный вид Пре- Пока- Явный вид Пре-

затель фикс затель фикс

Ю -³ 0,001 милли 10³ 1000 Кило

Ю-⁶ 0,000001 микро 10^е 1000 000 Мега

Ю-⁹ 0,000000001 нано 10⁹ 1000 000 000 Гига

Ю-¹² 0,000000000001 пико 10¹² 1000 000 000 000 Тера

Ю-¹⁵ 0,000000000000001 фемто 10'⁵ 1000 000 000 000 000 Пета -

Ю-¹⁸ 0,0000000000000000001 атго 10¹⁸ 1000 000 000 000 000 000 Екза

Ю-²¹ 0,0000000000000000000001 зепто 10²¹ 1000000 000000 000 000 000 Зетта

Ю-²⁴ 0,0000000000000000000000001 йокто 10²⁴ 1 000 000 000 0Q0 000 000 000 000 Йотта

При измерении размеров памяти в компьютерной промышленности принято использовать единицы, значения которых несколько отличаются от общеприня­тых. Здесь Кило обозначает 2¹⁰ (1024), то есть немного больше, чем 10³ (1000), но память всегда измеряется в степенях двойки. Таким образом, 1 Кбайт содержит 1024 байта, а не 1000 байт. Точно так же 1 Мбайт содержит 2²⁰ (1 048 576) байт, а 1 Гбайт памяти равен 2³⁰ байт (1 073 741 824). Однако коммуникационная линия, передающая 1 Кбит/с, на самом деле передает 1000 бит/с, а 10-мегабитная локальная сеть работает со скоростью 10 000 000 бит/с, потому что эти скорости не являются степенью двойки. К сожалению, многие люди смешивают эти две системы, особен­но когда говорят о размерах диска. Чтобы избежать неясности, мы будем исполь­зовать символы Кбайт, Мбайт и Гбайт для 2¹⁰, 2²⁰ и 2³⁰ соответственно, а Кбит/с, Мбит/с и Гбит/с для 10³,10⁶ и 10⁹ бит/с соответственно.

Резюме

Операционную систему можно рассматривать с двух точек зрения: как менеджер ресурсов и как расширенную машину. Как менеджер ресурсов операционная систе­ма рационально управляет различными частями системы. С точки зрения расши­ренной машины, работа операционной системы состоит в предоставлении пользо­вателям виртуальной машины, более удобной, чем настоящий компьютер.

Операционные системы имеют достаточно долгую историю развития, которая начинается с тех дней, когда операционные системы заменили оператора, и про­должается до современных многозадачных систем. Большое значение имеют ран­ние системы пакетной обработки, многозадачные системы и системы для персо­нальных компьютеров.

Поскольку операционные системы тесно взаимодействуют с оборудованием, некоторые знания об аппаратуре могут оказаться очень полезны для понима­ния работы операционной системы. Компьютеры состоят из процессоров, памяти и устройств ввода-вывода. Все эти части соединены шинами.

Основными понятиями, на которых построена операционная система, являют­ся процессы, управление памятью, управление вводом-выводом, файловая систе­ма и безопасность. Каждое из них будет разобрано в соответствующей главе.

Сердцем любой операционной системы является набор системных вызовов, которые она может обработать. Они говорят о том, что реально делает операцион­ная система. Мы рассмотрели четыре группы системных вызовов для UNIX. Пер­вая группа работает с созданием и завершением процессов. Вторая группа пред­назначена для чтения и записи файлов. Третья нужна для управления каталогами. Четвертая включила в себя различные другие вызовы.

Операционная система может быть структурирована несколькими способами. Наиболее общими выделяемыми при структурировании понятиями являются: монолитные системы, иерархия слоев, система виртуальных машин, экзоядро или использование модели клиент-сервер.

Характеристики

Список файлов книги