Лекція 2. Архітектура операційних систем LINUX

Презентація до лекції

План

1. Поняття архітектури операційної системи;
2. Загальна модель взаємодії апаратного забезпечення, ядра та користувацького простору;
3. Kernel space та User space: призначення та відмінності;
4. Типи архітектур операційних систем (монолітна, мікроядерна, гібридна);
5. Архітектура ядра Linux як монолітного модульного ядра;
6. Основні підсистеми ядра Linux;
7. Системні виклики (system calls) як інтерфейс взаємодії програм з ядром;
8. Роль системних бібліотек та оболонок у архітектурі Linux;
9. Місце користувацьких застосунків в архітектурі операційної системи.

Мета лекції

Сформувати у слухачів системне уявлення про архітектуру операційної системи Linux, пояснити принципи її побудови, взаємодію між ядром та користувацькими програмами, а також розкрити роль основних підсистем ядра й механізмів доступу до ресурсів комп’ютера.

Анотація

Лекція присвячена вивченню архітектури операційної системи Linux як основи її функціонування та ефективного керування апаратними ресурсами комп’ютера. Архітектура операційної системи визначає принципи організації її компонентів, взаємодію між ними та механізми доступу прикладних програм до ресурсів системи.

У першій частині лекції розглядається поняття архітектури операційної системи та загальна модель взаємодії між апаратним забезпеченням, ядром операційної системи та користувацькими програмами. Аналізується поділ системи на привілейований режим (kernel space) та непривілейований режим (user space), а також їх роль у забезпеченні стабільності та безпеки роботи системи.

Далі розглядаються основні типи архітектур операційних систем: монолітна, мікроядерна та гібридна. Пояснюються їхні переваги та недоліки, а також історичні передумови їх появи. На цьому фоні детально аналізується архітектура Linux, яка реалізована у вигляді монолітного ядра з підтримкою динамічно завантажуваних модулів.

Окрему увагу приділено внутрішній структурі ядра Linux. Розглядаються основні підсистеми ядра: керування процесами та потоками, керування пам’яттю, файлові системи, підсистема введення-виведення, драйвери пристроїв та мережевий стек. Пояснюється, як ці компоненти взаємодіють між собою для забезпечення цілісної роботи операційної системи.

Важливим елементом архітектури Linux є механізм системних викликів (system calls), який забезпечує контрольований доступ користувацьких програм до функцій ядра. У лекції пояснюється призначення системних викликів, їх роль у виконанні операцій введення-виведення, керуванні процесами та пам’яттю, а також зв’язок із системними бібліотеками (зокрема GNU C Library).

Завершальна частина лекції присвячена розгляду ролі системних бібліотек, командних оболонок (shell) та прикладних програм у загальній архітектурі Linux. Пояснюється, як користувач взаємодіє з операційною системою через оболонку та прикладні програми, не маючи прямого доступу до ядра.

Лекція створює теоретичне підґрунтя для подальшого вивчення практичних аспектів роботи з Linux та розуміння внутрішніх механізмів сучасних операційних систем.