Э. Таненбаум, М. ван Стеен - Распределённые системы (принципы и парадигмы) (1162619), страница 10

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

Текст из файла (страница 10)

Операционные системы дляраспределенных компьютеров можно вчерне разделить на две категории — сильносвязанные и слабо связанные системы. В сильно связанных системах операцион­ная система в основном старается работать с одним, глобальным представлениемресурсов, которыми она управляет. Слабо связанные системы могут представ­ляться несведущему человеку набором операционных систем, каждая из кото­рых работает на собственном компьютере.

Однако эти операционные системыфункционируют совместно, делая собственные службы доступными другим.Это деление на сильно и слабо связанные системы связано с классификациейаппаратного обеспечения, приведенной в предыдущем разделе. Сильно связан­ные операционные системы обычно называются распределенными операционны­ми системами (Distributed Operating System, DOS) и используются для управле­ния мультипроцессорными и гомогенными мультикомпьютерными системами.Как и у традиционных однопроцессорных операционных систем, основная цельраспределенной операционной системы состоит в сокрытии тонкостей управле­ния аппаратным обеспечением, которое одновременно используется множествомпроцессов.Слабо связанные сетевые операционные системы (Network Operating Systems,NOS) используются для управления гетерогенными мультикомпьютерными сис­темами. Хотя управление аппаратным обеспечением и является основной зада­чей сетевых операционных систем, они отличаются от традиционных.

Это отли­чие вытекает из того факта, что локальные службы должны быть доступнымидля удаленных клиентов. В следующих пунктах мы рассмотрим в первом при­ближении те и другие.Чтобы действительно составить распределенную сргстему, служб сетевой опе­рационной системы недостаточно. Необходимо добавить к ним дополнительныекомпоненты, чтобы организовать лучшую поддержку прозрачности распределе­ния.

Этими дополнительными компонентами будут средства, известные как систе­мы промежуточного уровня (middleware), которые и лежат в основе современныхраспределенных систем. Средства промежуточного уровня также обсуждаютсяв этой главе. В табл. 1.3 представлены основные данные по распределенным и се­тевым операционным системам, а также средствам промежуточного уровня.46Глава 1. ВведениеТаблица 1.3. Краткое описание распределенных и сетевых операционных систем,а также средств промежуточного уровняСистемаОписаниеОсновное назначениеРаспределенныеоперационныесистемыСетевыеоперационныесистемыСильно связанные операционные системыдля мультипроцессорови гомогенных мультикомпьютерных системСлабо связанные операционные системыдля гетерогенных мультикомпьютерныхсистем (локальных или глобальных сетей)Сокрытие и управлениеаппаратнымобеспечениемПредоставлениелокальных службудаленным клиентамСредствапромежуточногоуровняДополнительный уровень поверх сетевыхоперационных систем, реализующийслужбы общего назначенияОбеспечениепрозрачностираспределения1.4.1.

Распределенные операционные системыСуществует два типа распределенных операционных систем. Мультипроцессорпая операциоппая система {multiprocessor operating system) управляет ресурсамимультипроцессора. Мулътикомпыотерная операциоппая система {multicomputeroperating system) разрабатывается для гомогенных мультикомпыотеров. Функ­циональность распределенных операционных систем в основном не отличаетсяот функциональности традиционных операционных систем, предназначенных длякомпьютеров с одним процессором за исключением того, что она поддерживаетфункционирование нескольких процессоров.

Поэтому давайте кратко обсудимоперационные системы, предназначенные для обыкновенных компьютеров с од­ним процессором. Введение в операционные системы для одного и несколькихпроцессоров можно отыскать в [447].Операционные системы для однопроцессорныхкомпьютеровОперационные системы традиционно строились для управления компьютерамис одним процессором. Основной задачей этих систем была организация легкогодоступа пользователей и приложений к разделяемым устройствам, таким какпроцессор, память, диски и периферийные устройства.

Говоря о разделении ре­сурсов, мы имеем в виду возможность использования одного и того же аппарат­ного обеспечения различными приложениями изолированно друг от друга. Дляприложения это выглядит так, словно эти ресурсы находятся в его полном распо­ряжении, при этом в одной системе может выполняться одновременно несколькоприложений, каждое со своим собственным набором ресурсов. В этом смысле го­ворят, что операционная система реализует виртуальпую машипу {virtual machi­ne), предоставляя приложениям средства мультизадачности.Важным аспектом совместного использоварнш ресурсов в такой виртуальноймашине является то, что приложения отделены друг от друга.

Так, невозможнаситуация, когда при одновременном исполнении двух приложений, Л и В, при­ложение Л может изменить данные приложения В, просто работая с той частьюобщей памяти, где эти данные хранятся. Также требуется гарантировать, что1.4. Концепции программных решений47приложения смогут использовать предоставленные им средства только так, какпредписано операционной системой. Например, приложениям обычно запре­щено копировать сообщения прямо в сетевой интерфейс.

Взамен операционнаясистема предоставляет первичные операции связи, которые можно использоватьдля пересылки сообщений между приложениями на различных машинах.Следовательно, операционная система должна полностью контролировать ис­пользование и распределение аппаратных ресурсов. Поэтому большинство про­цессоров поддерживают как минимум два режима работы. В реэюиме ядра {kernelmode) выполняются все разрешенные инструкции, а в ходе выполнения доступнався имеющаяся память и любые регистры. Напротив, в пользовательском режиме{user mode) доступ к регистрам и памяти ограничен. Так, приложению не будетпозволено работать с памятью за пределами набора адресов, установленного длянего операционной системой, или обращаться напрямую к регистрам устройств.На время выполнения кода операционной системы процессор переключаетсяв режим ядра.

Однако единственный способ перейти из пользовательского режимав режим ядра — это сделать системный вызов, реализуемый через операционнуюсистему. Поскольку системные вызовы — это лишь базовые службы, предостав­ляемые операционной системой, и поскольку ограничение доступа к памятии регистрам нередко реализуется аппаратно, операционная система в состоянииполностью их контролировать.Существование двух режимов работы привело к такой организации операци­онных систем, при которой практически весь их код выполняется в режиме ядра.Результатом часто становятся гигантские монолитные программы, работающиев едином адресном пространстве. Оборотная сторона такого подхода состоит втом, что перенастроить систему часто бывает нелегко. Другими словами, заме­нить или адаптировать компоненты операционной системы без полной переза­грузки, а возможно и полной перекомпиляции и новой установки очень трудно.С точки зрения открытости, проектирования программ, надежности или легко­сти обслуживания монолитные операционные системы — это не самая лучшаяиз идей.Более удобен вариант с организацией операционной системы в виде двух час­тей.

Одна часть содержит набор модулей для управления аппаратным обеспече­нием, которые прекрасно могут выполняться в пользовательском режиме. На­пример, управление памятью состоит в основном из отслеживания, какие блокипамяти выделены под процессы, а какие свободны. Единственный момент, когдамы нуждаемся в работе в режиме ядра, — это установка регистров блока управ­ления памятью.Вторая часть операционной системы содержит небольшое микроядро {mic­rokernel), содержащее исключительно код, который выполняется в режиме ядра.На практике мР1кроядро должно содержать только код для установки регистровустройств, пере1сяючения процессора с процесса на процесс, работы с блоком управ­ления памятью и перехвата аппаратных прерываний. Кроме того, в нем обычносодержится код, преобразующий вызовы соответствующих модулей пользова­тельского уровня операционной системы в системные вызовы и возвращающийрезультаты. Такой подход приводит к организации, показанной на рис.

1.8.48Глава 1. ВведениеМежду модулями отсутствует непосредственный обмен даннымиИнтерфейс _операционнойсистемыПриложениеМодульпамяти^АМодульпроцесса^А ь-ФайловыймодульI Пользовательскийрежим_г—А—hРежим ядраСистемныйвызовАппаратураРис. 1.8.

Разделение приложений в операционной системе посредством микроядраР1спользование микроядра дает нам разнообразные преимущества. Наиболееважное из них состоит в гибкости: поскольку большая часть операционной сис­темы исполняется в пользовательском режиме, относительно несложно заменитьодин из модулей без повторной компиляции или повторной установки всей сис­темы.

Характеристики

Список файлов книги