Autor: Damian Kałwik

Systemy

Jądro systemu operacyjnego

•

Jądro systemu operacyjnego

(ang. kernel) – podstawowa część

systemu operacyjnego, która jest odpowiedzialna za wszystkie
jego zadania.

Modele

Model funkcjonowania jądra monolitycznego

Model komunikacji mikrojądra z aplikacjami

Model komunikacji jądra hybrydowego z

aplikacjami

Budowa jądra

•

jądro monolityczne –

często stosowane w systemach typu Unix. Wszystkie zadania

są wykonywane przez jądro, będące jednym, dużym programem działającym w trybie
jądra. Przykładami takiego jądra mogą być: Linux, OpenBSD, FreeBSD, chociaż
większość posiada umiejętność dołączania i odłączania modułów (najczęściej
zawierających kod sterownika urządzenia lub obsługi potrzebnego w danej chwili
systemu plików).

mikrojądro

– w tej technice z monolitycznego jądra zostaje tylko

jego podstawowa część, a części odpowiedzialne za bardziej wyrafinowane funkcje są
wydzielone do funkcjonalnych bloków albo realizowane jako zwykłe procesy w trybie
użytkownika.

•

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. Przykładem systemu
korzystającego z tego typu jądra jest system XOK, zbudowany w MIT Laboratory for
Computer Science, pracujący na komputerach PC.

•

cachekernel

– w tej technice 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.

•

jądro hybrydowe

– kompromis między architekturą jądra monolitycznego i

mikrojądra. W krytycznych usługach - np. stos sieci - usługi są na stałe wkompilowane
w główny kod jądra, inne usługi pozostają oddzielone od głównego jądra i działają
jako serwery (w przestrzeni jądra).

Cechy jądra

Z budowy jądra wynikają jego cechy, takie jak:

•

wielozadaniowość

(wieloprocesowość) - cecha systemu operacyjnego

umożliwiająca mu równoczesne wykonywanie więcej niż jednego procesu. Zwykle za
poprawną realizację wielozadaniowości odpowiedzialne jest jądro systemu
operacyjnego.

•

wielowątkowość

(ang. multithreading) – cecha systemu operacyjnego, dzięki której

w ramach jednego procesu może wykonywać kilka wątków lub jednostek
wykonawczych. Nowe wątki to kolejne ciągi instrukcji wykonywane oddzielnie.

•

wielobieżność

(ang. reentrant) – cecha jądra systemu operacyjnego, pozwalająca

na jednoczesną pracę kilku procesów w trybie jądra.

•

skalowalność

- zapewnienie coraz wydajniejszej pracy w miarę zwiększania liczby

elementów składowych.

•

wywłaszczalność

- technika używana w środowiskach wielozadaniowych, w której

algorytm szeregujący (scheduler) może wstrzymać aktualnie wykonywane zadanie
(np. proces lub wątek), aby umożliwić działanie innemu.

Etapy uruchamiania systemu

Windows

Po włączeniu zasilania komputera rozpoczyna się wewnętrzny test sprzętu „

POST

”.

Podczas tej fazy sprawdzana jest obecność najważniejszych systemów, następnie
uruchamiana jest karta graficzna – przeprowadzany jest jej test, i rozpoczyna się
wyświetlanie danych na ekranie.

Etapy uruchamiania cz.2

Kolejnym etapem jest testowanie procesora i pamięci, po których kontrolowane są
napędy podłączone do komputera i wyświetlany jest ekran zawierający podsumowanie
informacji o przetestowanym sprzęcie.

Po przeprowadzeniu testów „

POST

” , BIOS uruchamia program zapisany w głównym

rekordzie rozruchowym dysku „

MBR

” (Master Boot Record), w obszarze

MBR

zapisana

jest instrukcja uruchamiająca program NT Loader (plik ntldr znajdujący się na partycji
uruchomieniowej systemu).

NT Loader

przetwarza zapisy w pliku

BOOT. ini

.

Etapy uruchamiania cz.3

Plik

BOOT.ini

zawiera informacje na temat sektora rozruchowego komputera. Każdy

system operacyjny zainstalowany na dysku tworzy własny sektor rozruchowy zapisany
w pierwszym sektorze partycji dysku. Jeśli w komputerze zainstalowany jest więcej niż
jeden system operacyjny, to program ładujący wyświetli menu wyboru systemów.

Etapy uruchamiania cz.4

Następnie ładowany jest program

NTDETECT.com

, który odpowiada za sprawdzenie

zainstalowanego w systemie sprzętu. Informacje te przekazywane są do

NT Loader

,

który korzystając z nich uruchamia odpowiednie jądro systemu – plik

ntoskrnl.exe

(zapisany w katalogu

WINDOWS/system32

) Po załadowaniu do pamięci jądro,

przejmuje kontrolę nad dalszym uruchamianiem systemu.
Uruchamiany jest plik

hal.dll

, odpowiadający za odseparowanie warstwy sprzętowej,

następnie ładowane są sterowniki niskiego poziomu (znajdują się w

WINDOWS/system32/drivers

) oraz pozostałe pliki stanowiące uzupełnienie funkcji

jądra systemu operacyjnego. Na końcu uruchamiany jest program służący do logowania
użytkownika –

winlogon.exe

. Podczas ładowania system korzysta z zapisów w plikach

rejestru.

Jak widać procedura uruchamiania systemu Windows, w „teorii” jest długa, ale w
„praktyce” to wszystko przebiega naprawdę bardzo szybko

Etapy uruchamiania cz.5

Poniżej przedstawiam pliki niezbędne do uruchomienia Windows-a.

•

Ntldr.exe

– znajduje się w głównej partycji dysku systemowego. Jest to program ładujący

systemu oparty na jądrze NT.

•

BOOT.ini

– znajduję się w głównej partycji dysku systemowego. Jest to plik zawierający opisy

zainstalowanych systemów operacyjnych wraz z partycjami, z których mogą być uruchomione.

•

NTDETECT.com

– znajduje się w głównej partycji dysku systemowego. Jest to program

odpowiedzialny za sprawdzenie zainstalowanego sprzętu.

•

Ntoskrnl.exe

– to jądro systemu operacyjnego

•

hal.dll

– bibliotek zapewniająca odseparowanie warstwy sprzętowej

•

pliki sterowników

– znajdują się w folderze WINDOWS/system32/drivers – są to wszystkie

sterowniki niskiego poziomu

•

pliki rejestru

– znajdują się w folderze WINDOWS/system32/config – są to pliki z zapisami

rejestru systemu Windows.

Etapy uruchamiania cz.6

•

smss.exe

- jest to proces, który jest częścią systemu Microsoft Windows. Nazywany

jest Menedżerem sesji. Zainicjowany przez system odpowiada za wiele czynności,
m.in logowania WinLogon

•

i Win32 (Csrss.exe). Nie można go wyłączyć, jest niezbędny do stabilnego działania
systemu.

•

csrss.exe

- jego pełna nazwa to Client/Server Runtime Server Subsystem.

Odpowiada za działanie większości komend graficznych. Ważny składnik systemu, nie
powinien być wyłączany.

Etapy uruchamiania cz.7

W skrócie etapy uruchomienia systemu operacyjnego można przedstawić
następująco:

•

POST

•

Odczyt MBR

•

NTLDR

•

BOOT.INI

•

NTDETECT.COM

•

NTOSKRNL.EXE

•

SMSS.EXE

•

CSRSS.EXE

Uruchamianie kontrolowane

Uruchamianie kontrolowane

- to typ uruchamiania systemu operacyjnego, w którym

użytkownik jest pytany o to, czy załadować dany element do pamięci operacyjnej (np.
czy załadować obsługę myszy). Stosowane głównie do rozwiązywania problemów ze
sprzętem i sterownikami.

Bibliografia

•

Wikipedia.org;

•

forum.ks-ekspert.pl;

•

Google.pl.