Архитектура и надежность операционных систем
Authors: НАЗАРОВ С В. , БАРСУКОВ А Г. 
Published: January 2025

Успехи технологии производства микропроцессоров существенно повысили надежность и производительность аппаратной части компьютерных систем. Этого нельзя сказать о соответствующих характеристиках программного обеспечения и его основы – операционной системы (ОС). Здесь успехи программной инженерии скромнее. Оба направления совершенствования ОС – повышение производительности и надежности – связаны с разработкой эффективных архитектур этих систем. Функциональная сложность ОС приводит к сложности ее архитектуры, которая еще более усиливается специализацией операционной системы в зависимости от сферы применения компьютерной системы (сложные научные расчеты, реальное время, информационно-поисковые системы, системы автоматизированного и автоматического управления и др.). Это привело к большому разнообразию современных ОС. Оценить надежность работы ОС той или иной архитектуры можно только в результате многолетнего натурного эксперимента или имитационным моделированием. Однако это чаще всего неприемлемо по затратам времени и средств на проведение такого исследования. В данной работе делается попытка оценить надежность работы двух основных архитектур ОС – с большим многослойным модульным ядром и микроядерной мультисерверной (клиент-серверной) системы. Разрабатываются модели этих систем, представляемые непрерывными марковскими цепями, которые исследуются в стационарном режиме на основе перехода от систем дифференциальных уравнений Колмогорова к системе линейных алгебраических уравнений.

Progress in the production technology of microprocessors significantly increased reliability and performance of the computer systems hardware. It cannot be told about the corresponding characteristics of the software and its basis – the operating system (OS). Some achievements of program engineering are more modest in this field. Both directions of OS improvement (increasing of productivity and reliability) are connected with the development of effective structures of these systems. OS functional complexity leads to the multiplicity of the structure, which is further enhanced by the specialization of the operating system depending on scope of computer system (complex scientific calculations, real time, information retrieval systems, systems of the automated and automatic control, etc.) The functional complexity of the OS leads to the complexity of its architecture, which is further enhanced by the specialization of the operating system, depending on the computer system application area (complex scientific calculations, real-time, information retrieval systems, automated and automatic control systems, etc.).  That fact led to variety of modern OS. It is possible to estimate reliability of different OS structures only as results of long-term field experiment or simulation modeling. However it is most often unacceptable because of time and funds expenses for carrying out such research. This survey attempts to evaluate the reliability of two main OS architectures: large multi-layered modular core and a multiserver (client-server) system. Represented by continuous Markov chains which are explored in the stationary mode on the basis of transition from systems of the differential equations of Kolmogorov to system of the linear algebraic equations, models of these systems are developed.