Процессорное время и организация памяти

Для организации многозадачного режима операционная система должна некоторым образом распределять время работы процессора между одновременно работающими программами. Обычно используется так называемый вытесняющий режиммногозадачной работы. При вытесняющем режиме каждая программа непрерывно работает в течение строго определённого промежутка временикванта времени, по истечении которого процессор переключается на другую программу. Так как квант времени очень небольшой, то при достаточной производительности процессора создаётся иллюзия одновременной работы всех программ.

Одной из главных задач операционной системы является управление памятью. Когда основной памяти не хватает, все данные, которые не используются в данный момент, записываются в особый файл подкачки. Память, представленная файлом подкачки, называется внешней страничной памятью[externalpagestorage]. Совокупность основной и внешней страничной памяти называетсявиртуальной памятью[virtualmemory]. Однако для программиста виртуальная память выглядит как единое целое, то есть рассматривается как неупорядоченный набор байтов. В этом случае говорят, что используетсялинейная адресацияпамяти.

Пример

Операционные системы Windows98 иLinuxиспользуют линейную адресацию виртуальной памяти. В операционной системеMS-DOSиспользовалась нелинейная адресация основной памяти. Основная память имела сложную структуру, которую приходилось учитывать при программировании. Файлы подкачки системойMS-DOSне поддерживались.



Структура операционной системы

Современные операционные системы, как правило, имеют многоуровневое строение (см. рис. 3.4).

Непосредственно с аппаратурой работает ядро операционной системы. Ядро[kernel] – это программа или совокупность связанных программ, которые используют аппаратные особенности ЭВМ. Таким образом, ядро является машинно-зависимой частью операционной системы.

Рис.3.13 Уровни операционной системыLinux.

Ядро определяет программный интерфейс. На втором уровне находятся стандартные программы операционной системы и оболочка, которые работают с ядром и предоставляют пользовательский интерфейс. Программы второго уровня стараются делать машинно-независимыми. В идеале замена ядра равнозначна замене версии операционной системы.

Файловая система

Любые данные хранятся во внешней памяти ЭВМ в виде файлов. Файлами нужно управлять: создавать, удалять, копировать, изменять и др. Такие средства пользователю в виде пользовательского и программного интерфейсов предоставляет операционная система. Способ организации файлов и управления ими называется файловой системой[filesystem]. Файловая система определяет, например, какие символы могут использоваться для имени файла, каков максимальный размер файла, каково имя корневого каталога и др. Способ организации файлов влияет на скорость доступа к нужному файлу, на безопасность хранения файлов и др.

Одна и та же операционная система может работать одновременно с несколькими файловыми системами. Как правило, функции файловой системы реализуются средствами ядра операционной системы.

Пример

Для ПЭВМ используется несколько видов файловых систем:

FAT16 [File Allocation Table] – используется в ОС Windows95, OS\2, MS-DOS;

FAT32 и VFAT [Virtual FAT] – используется в ОС Windows95;

NTFS [NT File System]– используется в ОС Windows NT;

HPFS [High Performance File System]– используется в ОС OS\2;

Linux Native, Linux Swap – используются в ОС Linux.

Файловая система FATнаиболее просто устроена. Имя корневого каталога имеет всегда вид: А:\, В:\, С:\ и т.д. Имя файла состоит из трёх частей: путь, собственно имя, расширение.

Путь [path] – это имя каталога, в котором файл расположен. Расширение [extension] указывает на тип файла. Например, на рис. 1.6 полное имя файлаC:\Windows\System\gdi.exe, путь -C:\Windows\System\, расширение –exe, собственно имя -gdi.

Согласно правилам FATсобственно имя файла может содержать до 8 символов, а расширение имени, отделяемое от имени точкой – до 3-х. При именовании файлов прописные и строчные буквы не различаются. Полное имя файла включает в себя наименование логического устройства, на котором находится файл и имя каталога, в котором файл расположен. Система хранит информацию о размере файла и дате его создания.

По организации данных VFATнапоминаетFAT. Однако она позволяет использовать длинные имена файлов: имена до 255 символов, полные имена до 260. Система позволяет хранить также дату последнего доступа к файлу, что создаёт дополнительные возможности для борьбы с вирусами.



Файловая система может быть реализована в виде драйвера, с которым через операционную систему общаются все программы, читающие или записывающие информацию на внешние устройства.

Файловая система может включать в себя средства безопасности хранения информации. Например, файловая система NTFS имеет средства автоматического исправления ошибок и замены дефектных секторов. Специальный механизм отслеживает и фиксирует все действия, выполняемые над магнитными дисками, поэтому в случае сбоя целостность информации восстанавливается автоматически. Кроме этого, файловая система может иметь средства защиты информации от несанкционированного доступа.