Сравнительная характеристика архитектуры windows и MacOS

ФГБОУВПО

Тульский  государственный университет

КАФЕДРА АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ 
 
 
 
 
 
 
 
 

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АРХИТЕКТУРЫ  WINDOWS И MAC OS

Контрольно-курсовая работа

по курсу  «Операционные системы» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил: студент группы 220691____________ Зверева А.Н.

Проверил: К.Ф.-М.Н, доцент                      ____________ Сулимова В.В. 

Тула 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1.ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………...3

2. АРХИТЕКТУРА  WINDOWS NT………………………………………………...7

     2.1 Режим пользователя………………………………………………………7

     2.2 Режим ядра………………………………………………………………...9

     2.3 Исполнительная подсистема……………………………………………..9

     2.4 Менеджер объектов……………………………………………………..10

3. MAC OS X……………………………………………………………………….10

     3.1. Управление памятью…………………………………………………...10

     3.2 Управление процессами и нитями……………………………………..13

     3.3. Ввод-вывод и файловая система………………………………………14

     3.4. Микроядро Darwin……………………………………………………...17

      3.5. Службы ядра…………………………………………………………….20

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….....21

5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………....24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ВВЕДЕНИЕ

     Windows XP – операционная система от компании Microsoft, в ней было сделано объединение двух, ранее существовавших независимо, линеек W9x и NT. Назвали этот проект Whistler, сейчас он разделился на две линии: WindowsXP, которая пришла на замену W9x и W2kPro,и Windows.NET, пришедшую на замену NT Server.¹ Название XP происходит от англ. eXPerience (опыт).²

     Windows NT 3.1, Windows NT 3.5, Windows NT 3.51, Windows NT 4.0, Windows 2000,Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista, Windows Server 2008 и Windows 7являются частью семейства операционных систем на ядре NT. Все они являются операционными системами с вытесняющей многозадачностью. Они разработаны для работы как с однопроцессорными, так и с симметричными мультипроцессорными компьютерами. Для обработки запросов ввода\вывода используется пакетноуправляемый ввод/вывод, который применяет пакеты запросов ввода\вывода (IRP) и асинхронный ввод/вывод.

     В основу семейства Windows NT положено разделение адресных пространств между процессами. Каждый процесс имеет возможность  работать с выделенной ему памятью. Однако он не имеет прав для записи в память других процессов, драйверов и системного кода. Семейство Windows NT относится к операционным системам с вытесняющей многозадачностью, а не к операционным системам реального времени.³

     Архитектура Windows NT имеет модульную структуру и состоит из двух основных уровней — компоненты, работающие в режиме пользователя и компоненты режима ядра. Программы и подсистемы, работающие в режиме пользователя имеют ограничения на доступ к системным ресурсам. Режим ядра имеет неограниченный доступ к системной памяти и внешним устройствам⁴. В режиме ядра приложению кроме прочего разрешено выделение памяти всем другим приложениям. Изменить важные данные в памяти компьютера может только приложение, работающее в режиме ядра. К этим данным относятся таблицы, содержащие сведения о границах областей памяти, выделенных всем остальным приложениям и сведения о запросах приложений на дополнительные области памяти. Системы Unix построены по модульному принципу, так же как и Windows XP Professional, поэтому необходим "главный менеджер" операционной системы, который называется ядром (kernel). Этот термин используется в любой ОС, в том числе и в Windows XP Professional.  Основная задача ядра - планирование запуска задач на компьютере. Если одновременно работают несколько программ, то ядро выявляет программу с наибольшим приоритетом и запускает ее в первую очередь. Именно ядро несет ответственность за своевременную загрузку процессора. В режим ядра были перемещены три части ОС:

1. USER (менеджер пользовательского интерфейса)
2. GDI (менеджер графики) 

   3) Драйвер видеоплаты. 

     Модуль USER запускается в ответ на щелчок или перетаскивание управляющего элемента (окно, кнопка, бегунок, переключатель, флажок, список, раскрывающийся список или панель инструментов). Модуль GDI обеспечивает низкоуровневые функции графического пользовательского интерфейса. В этом модуле обрабатываются растры, цвета, виды курсора, значки и шрифты.

     Перенос драйверов графических плат и принтеров в режим ядра - неудачная затея, но Microsoft обеспечила для Windows XP Professional несколько программных инструментов, помогающих во время разработки драйверов. Поэтому в Windows XP Professional компоненты режима ядра стали стабильнее и сократилось число причин для появления "голубого экрана", однако модули пользовательского режима остались на прежнем уровне надежности (ведь их крах не сказывается на работе Windows XP Professional в целом).⁵ Ядро системы NT называют гибридным ядром или макроядром. Архитектура включает в себя само ядро, уровень аппаратных абстракций (HAL), драйверы и ряд служб (Executives), которые работают в режиме ядра (Kernel-mode drivers) или в пользовательском режиме (User-mode drivers).⁶ Уровень HAL (hardware abstraction layer, уровень абстрагирования от оборудования) обязан сгладить различия между разными моделями определенного семейства микропроцессоров. Все компьютеры имеют ОС с графическим интерфейсом, но на этом сходство заканчивается. Поставляемый с Windows XP Professional уровень HAL поддерживает два процессора. Теоретически NT обеспечивает 32 процессора, однако для этого потребуется другой HAL. Когда появится новое оборудование, например 256-разрядная версия шины PCI, в Windows XP Professional потребуется только новый уровень HAL для этого оборудования.

     Windows XP Professional, как и во всех остальных ОС, поддержка оборудования распределена по программным модулям, называемым драйверами устройств (device driver). Многие руководства по Windows XP Professional не относят драйверы к аппаратно-зависимой части ОС. ⁷ 

     Пользовательский  режим Windows NT состоит из подсистем, передающих запросы ввода/вывода соответствующему драйверу режима ядра посредством менеджера  ввода/вывода. Есть две подсистемы на уровне пользователя: подсистема окружения (запускает приложения, написанные для разных операционных систем) и интегрированная подсистема (управляет особыми системными функциями от имени подсистемы окружения). Режим ядра имеет полный доступ к аппаратной части и системным ресурсам компьютера. И также предотвращает доступ к критическим зонам системы со стороны пользовательских служб и приложений.⁸

     Mac OS X  — POSIX-совместимая операционная  система корпорации Apple. Преемник Mac OS 9. Основана на микроядре Mach и  некоторых подсистемах BSD 4.4, выпускается для компьютеров Macintosh (Макинтош) на базе процессоров PowerPC и Intel. Основа системы — Darwin. Darwin — свободное программное обеспечение. Его ядром является XNU (рекурсивный акроним от «Xnu is Not Unix» — «Xnu — не Юникс»), в котором используется ядро Mach и стандартные сервисы BSD. Все возможности Unix доступны через консоль.⁹

     Mac OS X является десятой основной  версией операционной системы  от Apple для компьютеров Macintosh. Предыдущие  операционные системы Macintosh были названы с использованием арабских цифр, например, Mac OS 8 и Mac OS 9. Буква "Х" в названии Mac OS X's относится к числу10, римской цифрой.¹⁰

     В Mac OS X используется вытесняющая многозадачность  и защита памяти, позволяющие запускать  несколько процессов, которые не могут прервать или повредить друг друга. На архитектуру Mac OS X повлияла OpenSTEP, которая была задумана как портируемая операционная система

Mac OS X также  включает среду разработки программного  обеспечения Xcode, которая позволяет  разрабатывать программы на нескольких языках, включая Си, C++, Objective-C, Ruby и Java. Она поддерживает компиляцию в так называемые «универсальные программы» (Universal Binary), которые могут запускаться на нескольких платформах (x86, PowerPC), так же, как «fat binaries» использовались для запуска одного приложения на 68k и PowerPC платформах.

     Основами Mac OS X являются:

Подсистема  с открытым кодом — Darwin (ядро Mach, набор утилит BSD).

Среда программирования Core Foundation (Carbon API, Cocoa API и Java API).

Графическая среда Aqua (QuickTime, Quartz Extreme и OpenGL).

Технологии CoreImage, CoreAudio и CoreData.

      Mac OS X является полноценной, сертифицированной UNIX’03 операционной системой. Это означает, что большинство программ, написанных для BSD, GNU/Linux и других UNIX-подобных систем, скомпилируются и будут работать на Mac OS X почти или же вовсе без дополнительных изменений в коде. Для удобной установки таких программ разработаны менеджеры пакетов, такие как Fink или MacPorts (ранее — DarwinPorts).¹¹ 

      Архитектура Mac OS X  имеет явно выраженную иерархическую структуру.¹² В Mac OS X используется вытесняющая многозадачность и защита памяти, позволяющие запускать несколько процессов, которые не могут прервать или повредить друг друга. На архитектуру Mac OS X повлияла OpenSTEP, которая была задумана как портируемая операционная система. К примеру, NeXTSTEP была портирована с оригинальной платформы 68k компьютера NeXT, до того как NeXTSTEP была куплена Apple. Так и OpenSTEP была портирована на PowerPC в рамках проекта Rhapsody.¹³

2. АРХИТЕКТУРА WINDOWS NT

2.1 Режим пользователя

Режим пользователя состоит из подсистем, которые передают запросы ввода\вывода соответствующему драйверу режима ядра посредством менеджера Ввода-вывода. Уровень пользователя состоит из двух подсистем — подсистема окружения(Environment) и интегральная подсистема (Integral).

          Подсистема окружения разработана  для запуска приложений, написанных  для разных типов операционных  систем. Ни одна из подсистем  окружения не имеет прямого  доступа к аппаратной части  компьютера. Доступ к ресурсам памяти происходит посредством Менеджера Виртуальной Памяти, который работает в режиме ядра. Также, приложения запускаются с меньшим приоритетом, чем процессы режима ядра.

     Подсистема  окружения состоит из следующих  подсистем — подсистема

Win32, подсистема OS/2 и подсистема POSIX. Подсистема окружения Win32 запускает 32-разрядные Windows приложения. Она содержит

консоль и поддержку текстового окна, обработку  ошибок для всех других подсистем  окружения. Поддерживает VDM (Virtual DOS Machine), которая позволяет запускать 16-разрядные DOS и Windows(Win16) приложения. VDM запускается в своем собственном адресном пространстве и эмулирует систему MS-DOS, запущенную на компьютере с процессором Intel 80486. Программы Win16 запускаются в режиме Win16 VDM. Каждая программа запускается в одном процессе с использованием одного адресного пространства, но для каждой программы используется свой отдельный поток. Однако Windows NT позволяет запускать Win16 программы в отдельных Win16 VDM процессах, реализуя вытесняющую многозадачность. Процесс подсистемы окружения Win32 — csrss.exe также включает в себя функциональность менеджера окон, то есть обрабатывает входящие события, такие как нажатие клавиш клавиатуры и мыши, и передает их на обработку соответствующим приложениям. Каждое приложение само производит перерисовку окон в ответ на эти сообщения.

Подсистема  окружения OS/2 поддерживает неграфические 16-разрядные приложения операционной системы OS/2 и эмулирует систему OS/2 2.1.x.

Подсистема  окружения POSIX поддерживает приложения написанные в соответствии со стандартом POSIX.1

     Интегрированная подсистема (Integral subsystem) следит за некоторыми функциями операционной системы от имени подсистемы окружения. Состоит из подсистемы безопасности, службы рабочей станции и службы сервера. Служба безопасности обращается с маркерами доступа, позволяет или запрещает доступ к учетной записи пользователя, обрабатывает запросы авторизации и инициирует процесс входа пользователя в систему. Служба Рабочая станция обеспечивает доступ компьютера к сети — является API для сетевого редиректора (ПО эмулирующее доступ к удаленной файловой системе как к локальной). Служба Сервер позволяет компьютеру предоставлять сетевые сервисы.