Создание POSIX-совместимой операционной системы для встраиваемых устройств - Курсовая работа

Пояснительная записка к курсовому проектуВ логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами - с одной стороны - и прикладными программами с другой. Разработчикам программного обеспечения операционных систем позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций. В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения. ОС (англ. operating system, OS) - комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны - предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надежных вычислений. Выполнение по запросу программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).В 1950-1960-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причем система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора. Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в "монопольном" режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов. Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой системы прикладной программой. Реализация разделения полномочий в операционных системах была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора - "реальным" (в котором исполняемой программе доступно все адресное пространство компьютера) и "защищенным" (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы на исполнение).Рисунок 1 - интерфейс ОС Linux Плюсы: - Бесплатная Минусы: - Относительно большой размер базовой установленной системы Рисунок 2 - интерфейс ОС QNX Плюсы: - ОС реального времениТребуется разработать 64-битную операционную систему (OC) с поддержкой подмножества стандарта POSIX.1-2004 (IEEE Std 1003.1). ОС должна выполняться на PC с архитектурой х86-64, дисковыми накопителями PATA и VESA-совместимыми графическими адаптерами с поддержкой VESA BIOS Extensions (VBE) - на виртуальных машины Bochs и VIRTUALBOX. Возможность разработки и сборки ПО для разрабатываемой ОС при помощи GNU GCC, и GNU Binutils; должна быть предоставлена стандартная библиотека С, реализующая требуемое подмножество системных функций POSIX.1. XBD 4.1 - Concurrent Execution - ОС должна поддерживать одновременное выполнение нескольких процессов, запускаемых пользователем либо системой XBD 10.1 - Directory Structure and Files - ОС должна предоставлять запущенным программам доступ к файловой системе, включая специальные устройства POSIX (block devices) и терминалы (character devices; режим доступа к терминалу - неканонический).В каждый момент времени активен один поток, остальные - хранят свое последнее состояние и ожидают в очереди планировщика. Каждый поток обладает отдельным стеком, адресным пространством и ссылкой на текущий объект ожидания. Объект ожидания - объект, описывающий причину "засыпания" потока и логику его "просыпания". Поддерживается вечное ожидание, ожидание таймаута, ожидание данных в потоке, ожидание окончания порожденного подпроцесса. операционный программный posix кодАллокатор кучи ядра - управляет распределением памяти в куче (heap) ядра, выделяя и освобождая память по запросу других сервисов. Аллокатор фреймов - управляет распределением фреймов физической памяти.Ядро ОС загружается загрузчиком GRUB с диска и размещается в первых 16 Мб памяти, начиная с адреса 0х100000 (1 Мб). 32-битный загрузочный код ядра сохраняет векторы прерываний реального режима, настраивает страничную адресацию первых 8 Мб и переводит процессор в 64-битный режим. Настраивается полноценная страничная адресация (ядро в первых 16 Мб и куча ядра в верхней половине виртуальной памяти).

Содержание

Введение

1. Теоретические сведения

2. Обзор существующих аналогов

3. Постановка задачи

4. Проектирование

4.1 Объекты ядра

4.2 Службы ядра

4.3 Процесс загрузки

4.4 Взаимодействие ядра и программного обеспечения

5. Интерфейс пользователя

Заключение

Список использованных материалов

Приложения