Ч3 Какие режимы, обеспечивающие привилегии ОС, должна поддерживать аппаратура компьютера.

Ч3 Представьте классическую архитектуру ОС (на основе ядра), поясните состав и функции ядра и вспомогательных модулей ОС.

Модули ядра выполняют базовые функции ОС: управление процессами, памятью, УВВ и другие. Ядро составляет сердцевину, без которой ОС становится полностью неработоспособной. Такое ядро ОС называют монолитным. В состав ядра входят:

*модули, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса

*модули, обеспечивающие поддержку приложений (создание прикладной программной среды). Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют API.

Функции, выполняемые модулями ядра, являются наиболее часто используемыми функциями ОС. Поэтому скорость их выполнения определяет производительность всей системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все модули ядра или большая их часть постоянно находятся в ОП.

Ядро является движущей силой всех вычислительных процессов в компьютерной системе, и крах ядра равносилен краху всей системы.

Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:

*утилиты – программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, например, программы сжатия дисков, архивирования данных;

*системные обрабатывающие программы – компиляторы, компоновщики, отладчики, профайлеры и т.п.;

*сервисные программы, предоставляющие пользователю дополнительные услуги, такие как специальный вариант графического интерфейса пользователя (ГИП), калькулятор, игры и т.д.;

*библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например, библиотека математических функций, библиотека функций ввода-вывода и т.д.

Архитектура ОС, основанная на монолитном ядре, давно стала классической. Важным ее свойством является возможность защиты кодов и данных ОС за счет выполнения функций ядра в привилегированном режиме.

Ч3 Какие режимы, обеспечивающие привилегии ОС, должна поддерживать аппаратура компьютера.

Обеспечить привилегии ОС нельзя без специальных средств аппаратной поддержки. Аппаратура компьютера должна поддерживать как минимум два режима работы – пользовательский режим и привилегированный режим или режим ядра или режим супервизора. Тогда ОС или ее части работают в привилегированном режиме, а все приложения – в пользовательском режиме.

5)_Ч3 Как обеспечивается подчиненность приложений операционной системе?

Приложения подчинены ОС за счет запрета выполнения в пользовательском режиме некоторых критичных команд, связанных с переключением процессора с задачи на задачу, управлением УВВ, доступом к механизмам распределения и защиты памяти. Более того, выполнение некоторых инструкций в пользовательском режиме запрещается безусловно, например, инструкции перехода в привилегированный режим. Выполнение же некоторых других инструкций ограничивается специальными условиями. Например, инструкции ввода-вывода могут быть запрещены приложениям при доступе к контроллеру жесткого диска, хранящего данные, общие для ОС и всех приложений, но разрешены при доступе к последовательному порту, монопольно выделенному данному приложению. При этом особенно важно то, что условия разрешения выполнения критичных инструкций находятся под полным контролем ОС. Этот контроль обеспечивается применением набора инструкций, безусловно запрещенных для пользовательского режима.

6)_Ч3 Как влияет на возможности защиты поддержка многоуровневой иерархии привилегий?

Число уровней привилегий, поддерживаемых ОС на базе реализуемых аппаратно, для разных систем различно. Например, на базе 4 уровней для процессоров Intel: в ОС OS/2 построена трехуровневая система привилегий, а в ОС семейств Windows, UNIX и некоторых других – двухуровневая. То есть ОС может обеспечить сколь угодно развитую программную систему защиты [6-13].

Эта система защиты может поддерживать, например, многоуровневую иерархию привилегий, что позволяет более тонко распределять полномочия, как между модулями ОС, так и между приложениями. Появление внутри ОС более и менее привилегированных частей позволяет повысить ее устойчивость к внутренним ошибкам программных кодов.. Разграничение привилегий в среде приложений позволяет строить сложные прикладные ПС, в которых часть более привилегированных модулей может получать доступ к данным менее привилегированных и управлять их выполнением.

На основе двух режимов привилегий процессора ОС может построить сложную систему индивидуальной защиты ресурсов, например, файлов и каталогов. Такая система позволяет задать для любого пользователя определенные права доступа к каждому из файлов и каталогов.

Платой за повышение устойчивости ОС при переходе в привилегированный режим является некоторое замедление выполнения системных вызовов. Из-за такой двукратной задержки переключения процессора вызов процедуры со сменой режима выполняется медленнее, чем без смены.

7)_Ч3 Какая задержка переключений процессора характерна для классической архитектуры ОС?

Платой за повышение устойчивости ОС при переходе в привилегированный режим является некоторое замедление выполнения системных вызовов. Системный вызов привилегированного ядра инициирует переключение процессора из пользовательского режима в привилегированный, а при возврате к приложению – назад в пользовательский. Из-за такой двукратной задержки переключения процессора вызов процедуры со сменой режима выполняется медленнее, чем без смены.

Дата добавления: 2015-12-08