Ядро ОС - часть ОС, рационально размещаемая в ОЗУ, которая работает в привилегированном режиме и выполняет следующие функции:
- Управление и синхронизация процессов.
- Управление памятью.
- Диспетчеризация.
- Управление файловой системой, прерываниями, IO и т.д.
Доступ к функциям ядра ОС осуществляется через прерывания:
- программные
- аппаратные
Вход в ядро осуществляется по прерываниям. Когда ядро реагирует на данное прерывание, оно запрещает другие (если ядро не реентерабельно). После идентификации поступившего прерывания, ядро передает его обработчику – специальному системному процессу. Запрет прерываний обеспечивает предотвращение повторного входа в
нереентерабельное ядро.
Нереентерабельность функций ДОС связана тем, что при повторном вхождении в эти функции в качестве СТЕКА используется одна и та же области памяти, в результате чего происходит зависание системы из-за порчи стека. Для преодоления этого недостатка необходимо перед каждой попыткой использования функций ДОС прерывающим процессом (работа с файловой системой, получение системных даты и времени, потоковый ввод/вывод, запуск процессов и др.) проверять, не используются ли эти функции в данный момент времени прерванным процессом. Об этом сигнализирует специальный критический флаг - внутренняя ячейка памяти ДОС. Если этот флаг установлен (не равен нулю), то ДОС уже находится в своем критическом участке, и повторный вызов функций ДОС запрещен. Если флаг сброшен (равен нулю), то функциями ДОС пользоваться можно.
В ОС реального времени ядро
реентерабельное, т.е. допускает повторное вхождение в свой код.
Объекты ядра.
Объект – блок памяти, выделенный ядром для своих целей и доступный только ядру.
Объект ядра содержит имя объекта, класс защиты объекта, счётчик количества пользователей и другую информацию (смещение при открытии файла и т.д.).
Все объекты имеют описатели (Handle). Большинство объектов обладают свойством наследования.
Объекты ядра Windows:
- Процесс, поток.
- Файловый объект – открытый файл.
- Проекция файла на память.
- Событие, Семафор, Мьютекс.
- Почтовый ящик, канал, сокет и т.д.
ОС ведет учет объектов и управляет ими. Пользователь может запросить информацию об объекте.
Объекты можно создавать, уничтожать, открывать и закрывать посредством системных вызовов ОС по просьбе внешней программы. Созданные объекты закрепляются (принадлежат) создавшим их процессам. При порождении дочернего процесса, объекты ядра (как правило) наследуются из родительского, при этом создается копия объекта, принадлежащая уже дочернему процессу. Например, так наследуются стандартные потоки в/в, открытые файлы, каналы, семафоры и др. Номер дескриптора при наследовании сохраняется.
Микроядро отличается от обычного ядра тем, что в нем содержится основные, более общие функции управления ОС, а остальные функции ОС вынесены в отдельные процессы (приложения пользовательского уровня). Благодаря чему разработчик ОС может легко добавлять к ОС новые функции и расширять существующие. Таким образом, обеспечивается более эффективная защита ядра, более высокая производительность (микроядро может быть целиком размещено в кэш процессора). Микроядро изолирует все Машинно-зависимые команды, содержит ограниченный набору услуг с малым количеством системных функций (при переносе ОС на другую аппаратную платформу нужно переработать только микроядро, а все остальное – только перекомпилировать). Следовательно, обеспечивается переносимость, расширяемость и надежность.
Пример – ОС QNX, Win-NT (HAL-аналог микроядра).
