T: Jądro systemu operacyjnego.

Główne elementy systemu operacyjnego:

• jądro systemu - realizuje wszystkie zadania systemu operacyjnego,
• powłoka - program umożliwiający na komunikację użytkownika z systemem operacyjnym,
• system plików - sposób zapisu danych.

Jądro systemu operacyjnego (ang. kernel) - podstawowa część systemu operacyjnego, która jest odpowiedzialna za wszystkie jego zadania. Główny interfejs między podstawowym sprzętem maszyny a systemem operacyjnym stanowi jądro systemu, które jest najbardziej wewnętrzną warstwą SO. Zadaniem jądra systemu jest stworzenie pewnego środowiska, w którym mogą występować procesy. Jądro mieści w sobie obsługę przerwań, przełączanie procesorów od procesu do procesu, realizację mechanizmów służących do komunikacji między procesami.

Jądro systemu składa się z trzech programów:

• programu wstępnej obsługi przerwań, który inicjuje obsługę wszystkich przerwań;
• programu zwanego dyspozytorem, który przełącza CPU od jednego do drugiego procesu;
• procedur, które realizują operacje podstawowe służące do komunikacji między procesami. Te procedury wywołuje się w procesach za pośrednictwem odwołań do systemu.

Ponieważ jądro systemu buduje się bezpośrednio na podstawie sprzętu, więc jest ono najbardziej zależną od maszyny częścią systemu operacyjnego. W rzeczywistości jest to jedyna część systemu operacyjnego, która bywa napisana w języku asemblerowym. Oprócz kilku niewielkich wyjątków, głównie związanych z wejściem-wyjściem, pozostałe warstwy systemu można najwygodniej (i niezawodnie) napisać w języku wysokiego poziomu.

Wyróżniamy kilka podstawowych metod konstrukcji jąder:

• Monolityczne - wszystkie zadania są wykonywane przez jądro, będące jednym, dużym programem działającym w trybie jądra. Stosowane w systemach Linux. Można dołączać i odłączać moduły (najczęściej zawierających kod sterownika urządzenia lub obsługi potrzebnego w danej chwili systemu plików). Zaletą tej techniki jest prostota, stabilność, łatwość komunikacji pomiędzy różnymi członami jądra (jeden program). Wadą jest, w późniejszym stadium rozwoju projektu, uciążliwość w rozwijaniu programu oraz w znajdywaniu błędów.
• Mikrojądro - zadania podstawowe są wykonywane przez jądro, a bardziej wyrafinowane funkcje są realizowane jako procesy.
• Nanokernel - technika zbliżona do techniki mikrojądra, różnica w wielkości - nanokernel jest jeszcze mniejszy.
• Exokernel - architektura będąca odmianą nanojądra. Cechą wyróżniającą jest możliwość zarządzania zasobami systemu przez nieuprzywilejowanego użytkownika, a rola jądra sprowadza się do zabezpieczania zasobów.
• Cachekernel - jądro systemu buforuje obiekty systemowe takie jak wątki czy przestrzenie adresowe tak jak sprzęt komputerowy buforuje pamięć. Jądra aplikacji trybu użytkownika są odpowiedzialne za ładowanie tych danych i ponowne ich zapisanie stosując specyficzne dla danej aplikacji mechanizmy.
• Hybrydowe - kompromis między architekturą jądra monolitycznego i mikrojądra. Krytyczne usługi są na stałe wkompilowane w główny kod jądra, inne usługi pozostają oddzielone od głównego jądra i działają jako serwery (w przestrzeni jądra). Dzięki temu rozwiązaniu możliwe jest zachowanie wydajności jądra monolitycznego dla kluczowych usług. Stosowane w systemach Windows.

Zadanie1:
Zapoznaj się z informacjami na temat jądra systemu operacyjnego publikowanymi w serwisie:

http://pl.wikipedia.org.

Cechy jądra systemu operacyjnego:

• wielozadaniowość (wieloprocesowość),
• wielowątkowość,
• wielobieżność,
• skalowalność,
• wywłaszczalność.

Zadanie2:
Wykorzystując serwis internetowy Wikipedii odszukaj informacje na temat powyższych cech jądra systemu operacyjnego.

Model funkcjonowania jądra monolitycznego.

W systemie operacyjnym Windows XP jądro systemu zapisane jest w pliku c:\windows\system32\ntoskrnl.exe.