Монолитная структура.

Наиболее
простым и распространенным способом
построения ОС является монолитная
структура,
когда ОС компонуется как одна программа
Для построения монолитной системы
необходимо скомпилировать все отдельные
процедуры, а затем связать их вместе в
единый объектный файл с помощью
компоновщика (примерами могут служить
ранние версии ядра UNIX или Novell NetWare).

Многоуровневая структура.

Развитием
монолитного подхода является
многоуровневый, когда ОС реализуется
как иерархии уровней.

Уровни
образуются группами функций ОС –
файловая система, управление процессами
и устройствами и т.п.

Каждый
уровень может взаимодействовать только
со своим непосредственным соседом –
выше- или нижележащим уровнем.

Первой
многоуровневой ОС считают систему THE.

ОС
THE
была создана в Technische
Hogeschool
Eindhoven
(Нидерланды) Э. Дейкстрой (Е. W.
Dijkstra)
и его студентами в 1968 году.

Она
была простой пакетной системой для
голландского компьютера Electrologica
Х8, память которого состояла из 32 К
27-разрядных слов.

Понятие ядра.

Развитием
многоуровневой концепции стала ядерная
архитектура. В общем случае уровни ОС
представляют собой серию концентрических
колец, где внутренние кольца являлись
более привилегированными, чем внешние.

Ядро
– центральная часть ОС, выполняющая
основные функции.

Ядро
системы MULTICS,
находящееся постоянно в памяти компьютера
занимало всего 135 Килобайт кода.

Уровни
привилегий (защиты).

Для
обеспечения привилегий ОС необходима
соответствующая аппаратная поддержка.

Между
числом уровней привилегий, поддерживаемых
аппаратно, и числом уровней привилегий
ОС нет прямого соответствия.

Для
реализации ядра необходимо хотя бы два
уровня: основные процедуры ОС выполняются
в привилегированном режиме, тогда как
пользовательские программы – в
непривилегированном.

Ядро
в привилегированном (защищенном) режиме.

Повышение
устойчивости ОС обеспечиваемое рабой
ядра в привилегированном режиме
достигается за счет некоторого замедления
выполнения системных вызовов.

Системный
вызов привилегированного ядра инициирует
переключение процессора из пользовательского
режима в защищенный, а при возврате к
приложению – обратно. В результате
вызов выполняется медленнее.

Пример
ядра в непривилегированном режиме.

В
некоторых случаях разработчики ОС
отступают от этого классического
варианта архитектуры, организуя работу
ядра и приложений в одном и том же режиме.

Так,
сетевая ОС Novell
NetWare
использует привилегированный режим
процессоров Intel
х86/Pentium
как для работы ядра, так и для работы
своих специфических приложений –
загружаемых модулей NLM.

Монолитное
ядро.

Наиболее
распространенным и классическим
вариантом реализации ядерного подхода
является моноли́тное
ядро́.

Монолитность
ядер усложняет их отладку, понимание
кода ядра, добавление новых функций и
возможностей, удаление «мёртвого»,
ненужного, унаследованного от предыдущих
версий, кода.

«Разбухание»
кода монолитных ядер также повышает
требования к объёму оперативной
памяти,
требуемому для функционирования ядра
ОС.

Это
делает монолитные ядерные архитектуры
мало пригодными к эксплуатации в
системах, сильно ограниченных по объёму
ОЗУ, например, встраиваемых системах,
производственных микроконтроллерах
и т. д.

монолитная структура — это… Что такое монолитная структура?

монолитная структура

struttura monolitica

Dictionnaire technique russo-italien.
2013.

• монолитная станина
• монолитная стяжка

Смотреть что такое «монолитная структура» в других словарях:

• монолитная структура — monolitinis darinys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. monolithic structure; monolithic type structure vok. monolithische Struktur, f; Monolithstruktur, f rus. монолитная структура, f pranc. structure monolithique, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

• монолитная структура памяти — 05.02.72 монолитная структура памяти [ monolithic memory structure]: Память, к содержимому которой возможно адресное обращение с использованием одного адресуемого элемента. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762-3-2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 3. Радиочастотная идентификация (РЧИ) — Терминология ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762 3 2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 3. Радиочастотная идентификация (РЧИ) оригинал документа: 05.02.21 абстрактный… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Одноэтапная имплантация — Проверить нейтральность. На странице обсуждения должны быть подробности. Одноэтапная имплантация это немедленная реставрация утраченного зуба или нескольких зубов путем одномоментной установки им …   Википедия

• Monolithstruktur — monolitinis darinys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. monolithic structure; monolithic type structure vok. monolithische Struktur, f; Monolithstruktur, f rus. монолитная структура, f pranc. structure monolithique, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

• monolithic structure — monolitinis darinys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. monolithic structure; monolithic type structure vok. monolithische Struktur, f; Monolithstruktur, f rus. монолитная структура, f pranc. structure monolithique, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

• monolithic-type structure — monolitinis darinys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. monolithic structure; monolithic type structure vok. monolithische Struktur, f; Monolithstruktur, f rus. монолитная структура, f pranc. structure monolithique, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

• monolithische Struktur — monolitinis darinys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. monolithic structure; monolithic type structure vok. monolithische Struktur, f; Monolithstruktur, f rus. монолитная структура, f pranc. structure monolithique, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

• monolitinis darinys — statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. monolithic structure; monolithic type structure vok. monolithische Struktur, f; Monolithstruktur, f rus. монолитная структура, f pranc. structure monolithique, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

• structure monolithique — monolitinis darinys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. monolithic structure; monolithic type structure vok. monolithische Struktur, f; Monolithstruktur, f rus. монолитная структура, f pranc. structure monolithique, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

• Инки — (Ynky) Империя инков, история и рост империи, культура инков Информация об империи инков, история и рост империи, культура инков Содержание Содержание Определение История Первый Инка Завоевания Империя Название империи История Возникновение и… …   Энциклопедия инвестора

Монолитная vs Микросервисная архитектура

Что такое монолитная архитектура?

Монолитное приложение (назовем его монолит) представляет собой приложение, доставляемое через единое развертывание. Таким является приложение, доставленное в виде одной WAR или приложение Node с одной точкой входа.

Пример

Давайте представим классический интернет-магазин. Стандартные модули: UI, бизнес-логика и дата-слой. Возможны способы взаимодействия с сервисом: API REST и веб-интерфейс.

При построении монолита все эти вещи будут управляться внутри одного и того же модуля. Я не написал «один и тот же процесс», так как это было бы неверно для сценариев, в которых несколько экземпляров нашего модуля будут работать для более высоких нагрузок.

Рассмотрите пример на следующем рисунке, где все части находятся в одном и том же модуле развертывания:

Достоинства

Большим преимуществом монолита является то, что его легче реализовать. В монолитной архитектуре вы можете быстро начать реализовывать свою бизнес-логику, вместо того чтобы тратить время на размышления о межпроцессном взаимодействие.

Еще одна вещь — это сквозные (E2E) тесты. В монолитной архитектуре их легче выполнить.

Говоря об операциях, важно сказать, что монолит прост в развертывании и легко масштабируется. Для развертывания вы можете использовать скрипт, загружающий ваш модуль и запускающий приложение. Масштабирование достигается путем размещения Loadbalancer перед несколькими экземплярами вашего приложения. Как вы можете видеть, монолит довольно прост в эксплуатации.

Теперь давайте рассмотрим негативный аспект монолитной архитектуры.

Недостатки

Монолиты, как правило, перерождаются из своего чистого состояния в так называемый «большой шарик грязи». Вкратце это описывается как состояние, возникшее, потому что архитектурные правила были нарушены и со временем компоненты срослись.

Это перерождение замедляет процесс разработки: каждую будущую функцию будет сложнее развивать. Из-за того что компоненты растут вместе, их также необходимо менять вместе. Создание новой функции может означать прикосновение к 5 различным местам: 5 мест, в которых вам нужно написать тесты; 5 мест, которые могут иметь нежелательные побочные эффекты для существующих функций.

Ранее я говорил, что в монолите легко масштабировать. Это действительно так до тех пор, пока он не перерастёт в «большой шарик грязи», как упоминалось ранее. Масштабирование может быть проблематичным, когда только одной части системы требуются дополнительные ресурсы, ведь в монолитной архитектуре вы не можете масштабировать отдельные части вашей системы.

В монолите практически нет изоляции. Проблема или ошибка в модуле может замедлить или разрушить все приложение.

Строительство монолита часто протекает с помощью выбора основы. Отключение или обновление вашего первоначального выбора может быть затруднительным, потому что это должно быть сделано сразу и для всех частей вашей системы.

Что такое микросервисная архитектура?

В микросервисной архитектуре слабо связанные сервисы взаимодействуют друг с другом для выполнения задач, относящихся к их бизнес-возможностям.

Микросервисы в значительной степени получили свое название из-за того, что сервисы здесь меньше, чем в монолитной среде. Тем не менее, микро — о бизнес-возможностях, а не о размере.

По сравнению с монолитом в микросервисах у вас есть несколько единиц развертывания. Каждый сервис развертывается самостоятельно.

Пример

Давайте вновь рассмотрим в качестве примера Интернет-магазин.

Как и раньше, у нас есть: UI, бизнес-логика и дата-слой.

Здесь отличие от монолита состоит в том, что у всех вышеперечисленных есть свой сервис и своя база данных. Они слабо связаны и могут взаимодействовать с различными протоколами (например, REST, gRPC, обмен сообщениями) через свои границы.

На следующем рисунке показан тот же пример, что и раньше, но с разложением на микроуслуги.

Каковы преимущества и недостатки этого варианта?

Достоинства

Микросервисы легче держать модульными. Технически это обеспечивается жесткими границами между отдельными сервисами.

В больших компаниях разные сервисы могут принадлежать разным командам. Услуги могут быть повторно использованы всей компанией. Это также позволяет командам работать над услугами в основном самостоятельно. Нет необходимости координировать развертывание между командами. Развивать сервисы лучше с увеличением количества команд.

Микросервисы меньше, и благодаря этому их легче понять и проверить.

Меньшие размеры помогают, когда речь идет о времени компиляции, времени запуска и времени, необходимом для выполнения тестов. Все эти факторы влияют на производительность разработчика, так как позволяют затрачивать меньше времени на ожидание на каждом этапе разработки.

Более короткое время запуска и возможность развертывания микросервисов независимо друг от друга действительно выгодны для CI / CD. По сравнению с обычным монолитом он намного плавнее.

Микросервисы не привязаны к технологии, используемой в других сервисах. Значит мы можем использовать лучшие технологии подгонки. Старые сервисы могут быть быстро переписаны для использования новых технологий.

В микросервисах изолируемые разломы лучше по сравнению с монолитным подходом. Хорошо спроектированная распределенная система переживет сбой одного сервиса.

Недостатки

Все звучит довольно хорошо, но есть и недостатки.

Распределенная система имеет свою сложность: в ней вам приходится иметь дело с частичным отказом, более затруднительным взаимодействием при тестировании (тесты E2E), а также с более высокой сложностью при реализации взаимодействия между сервисами.

Транзакции легче проводить в монолите. Решением этой проблемы на микросервисах является Saga Pattern. Хорошее решение, но все же слишком громоздкое для реализации на практике.

Существуют эксплуатационные накладные расходы, а множество микросервисов сложнее в эксплуатации, чем несколько экземпляров сигнального монолита.

Помимо вышеперечисленных сложностей, для микросервисов также может потребоваться больше оборудования, чем для традиционных монолитов. Иногда микросервисы могут превзойти один монолит, если есть его части, которые требуют масштабирования до предела.

Изменения, затрагивающие несколько сервисов, должны координироваться между несколькими командами, а это может быть сложно, если команды еще не имели контактов.

Заключение

Все зависит от вашей организационной структуры. У вас есть 6 команд, которые будут работать над одним продуктом? Микросервисы могут подойти.

У вас есть команда из 3 разработчиков? Вероятно, они будут хорошо строить и поддерживать монолит.

Другими факторами являются скорость изменения и сложность. Высокие темпы изменений и высокая сложность могут быть факторами, которые заставляют выбрать архитектуру микросервиса.

Напротив, когда вы не очень хорошо знакомы с предметной областью, начать с монолита может быть полезно. Просто сделайте себе одолжение и постарайтесь сохранить его модульным. Это облегчит задачу, если вы когда-нибудь решите разделить свой монолит на несколько сервисов.

что это такое, достоинства, недостатки и отличия.

Как работает мозг разработчика? Очень просто и логично. Например, когда команда разрабов садится за написание новой программы, чаще всего естественным образом выбирается самый простой способ организации кода. А именно — свалить все функции и фичи в одну большую кучу.

Нет, конечно, в коде будет определенная структура. Функции и классы будут аккуратно разбиты на файлы и пакеты, и все это (возможно) будет разложено по папочкам. В итоге на выходе получится набор функций, красиво и логично распиханный по сотням текстовых файлов. И код из одного файла легко может вызывать код из другого файла, без каких-либо ограничений.

Такую структуру очень удобно использовать — написал компонент, закинул его в нужную папку и дальше повторно используешь в других частях системы. Живое воплощение инженерного принципа DRY — don’t repeat yourself — «не пиши код для решения задачи дважды, используй уже написанное».

Такая организация кода (когда все в одном месте) называется «монолитной архитектурой». Конечно, в этой монолитной архитектуре есть свои неоднородности в виде пакетов, файлов и модулей. Но в целом такой код — это огромная скала, состоящая из прожилок, кристалликов и других включений. В скале видно некоторую внутреннюю структуру — но это все же скала. Монолит.

Типичные проблемы с монолитами

Стукнешь здесь — треснет там. Любой первобытный человек знает — стукнув по скале или отпилив кусок, можно вызвать трещины в совершенно другой части этой самой скалы.

А мы с вами знаем, что, внеся изменения в одном месте монолитной программы, можно вызвать повреждения в других ее частях. Все дело в том, что компоненты в монолите могут иметь очень сложные и неочевидные взаимосвязи. Классы, вызывающие функции, получающие на вход другие классы, порождающие новые классы, которые должны быть упакованы в функции — ну… вы поняли.

Мы все стараемся так не делать, но иногда так получается. Например, если нужно срочно внести в код незапланированные изменения в бизнес-процессах и технических заданиях. Именно так классы и функции в коде обрастают многочисленными и неочевидными связями, которые легко можно сломать, даже не узнав об этом.

Сложно обрабатывать. Монолитные куски скал большие, тяжелые, твердые, трескаются от любого неловкого движения.

Такая же история с монолитными программами. Попытка изменить что-то в коде может занять массу времени и иметь далеко идущие последствия.

Например, функция, которую вы меняете, может использоваться в ряде других функциональных блоков. И даже если связи между этими блоками вполне очевидны, вам обязательно нужно не забыть проверить и изменить все зависимые блоки. А если с этими блоками связаны еще какие-то – вам придется идти дальше по цепочке, проверять, вносить изменения, проверять, вносить изменения.

Когда упали — трудно поднять. О да, куски скал падают с грохотом, их тяжело поднимать.

Монолитные приложения тоже падают с грохотом, зачастую парализуя все бизнес-процессы в компании. Даже если ошибка была в коде маленькой и незначительной операции, которая нужна 0.01% пользователей, — в случае сбоя может прилечь вся ваша система.

Нужен спец. Ещё бы, не каждый простой охотник на мамонта может выточить из скалы лицо вождя (племени).

С монолитным кодом — та же история. Из-за своей сложности монолитные приложения требуют от инженера глубокого понимания внутреннего устройства кода. Это понимание обретается либо в ходе долгой работы над проектом, либо путем чтения документации к проекту. А документация часто бывает неполной, ошибочной и не отражающей всей нужной информации о системе.

Вот и выходит, что с монолитной программой хорошо могут работать только те, кто провел за этим кодом много времени. Новички же потратят кучу времени на выяснение того, как программа работает. И не факт, что разберутся. А теперь представьте, что всех ваших ключевых опытных разработчиков схантил конкурент! Это может полностью парализовать разработку кода на большой срок. Или даже убить ваш бизнес.

ПЗ №1 — YZTM.RU

Занятие_3_П1

Введение.

На данном практическом занятии мы изучим основные модели операционных систем: монолитные операционные системы, многоуровневые системы, микроядерные и экзоядерные ОС. Выявим их область применения, недостатки и преимущества. Познакомимся с технологиями виртуализации. Во второй части занятия рассмотрим наиболее общий подход к структуризации операционной системы. Данный подход заключается в разделение всех ее модулей на две группы:

1) ядро – модули, выполняющие основные функции ОС;

2) вспомогательные модули ОС.

Вопрос 1. Модели операционных систем.

Монолитные операционные системы. Монолитная операционная система является самой распространенной системой. Данная операционная система работает как единая программа в режиме ядра. Для построения исполняемого файла монолитной системы необходимо сначала скомпилировать все отдельные процедуры (или файлы, содержащие процедуры), а затем связать их все вместе, воспользовавшись системным компоновщиком. Здесь, по существу, полностью отсутствует сокрытие деталей реализации – каждая процедура видна любой другой процедуре.

Тем не менее, даже такие монолитные системы могут иметь некоторую структуру. Такая организация предполагает следующую базовую структуру операционной системы:

• основная программа, которая вызывает требуемую служебную процедуру;
• набор служебных процедур, выполняющих системные вызовы;
• набор вспомогательных процедур, содействующих работе служебных процедур.

В этой модели для каждого системного вызова имеется одна ответственная за него служебная процедура, которая его и выполняет. Вспомогательные процедуры выполняют действия, необходимые нескольким служебным процедурам, в частности извлечение данных из пользовательских программ.

Таким образом, процедуры делятся на три уровня, которые показаны на рис. 1.

Рис. 1. Простая структурированная модель монолитной системы

Многоуровневые системы. Обобщением подхода, показанного на рис. 1, является организация ОС в виде иерархии уровней, каждый из которых является надстройкой над нижележащим уровнем. Первой системой, построенной таким образом, была система THE, созданная в Technische Hogeschool Eindhoven в Голландии Э. Дейкстрой и его студентами в 1968 году. Система THE была простой пакетной системой для голландского компьютера Electrologica X8, имевшего память 32 Кбайт 27-разрядных слов.

Рис. 2. Система THE.

Как показано в табл. 1, у системы было шесть уровней. Уровень 0 занимался распределением ресурса процессора (процессорного времени), переключением между процессами при возникновении прерываний или истечении времени таймера. Над уровнем 0 система состояла из последовательных процессов, каждый из которых мог быть запрограммирован без учета того, что несколько процессов были запущены на одном процессоре. Иными словами, уровень 0 обеспечивал основу многозадачности центрального процессора.

Таблица 1. Структура операционной системы THE.

Уровень 1 управлял памятью. Он выделял процессам пространство в основной памяти и на магнитном барабане емкостью 512 К слов, который использовался для хранения частей процесса (страниц), не умещавшихся в оперативной памяти. На уровнях выше первого процессы не должны были беспокоиться о том, где именно они находятся, в памяти или на барабане; доставкой страниц в память по мере надобности занималось программное обеспечение уровня 1.

Уровень 2 управлял связью каждого процесса с консолью оператора (то есть с пользователем). Над этим уровнем каждый процесс фактически имел свою собственную консоль оператора.

Уровень 3 управлял устройствами ввода-вывода и буферизацией информационных потоков в обоих направлениях. Над третьим уровнем каждый процесс мог работать с абстрактными устройствами ввода-вывода, имеющими определенные свойства.

На уровне 4 работали пользовательские программы, которым не надо было заботиться о процессах, памяти, консоли или управлении вводом-выводом.

Процесс системного оператора размещался на уровне 5.

Микроядра. При использовании многоуровневого подхода разработчикам необходимо выбрать, где провести границу между режимами ядра и пользователя. Традиционно все уровни входили в ядро, но это необязательно. Существуют очень весомые аргументы в пользу того, чтобы в режиме ядра выполнялось как можно меньше процессов, поскольку ошибки в ядре могут вызвать немедленный сбой системы.

Замысел, положенный в основу конструкции микроядра, направлен на достижение высокой надежности за счет разбиения операционной системы на небольшие, вполне определенные модули. Только один из них – микроядро – запускается в режиме ядра, а все остальные запускаются в виде относительно слабо наделенных полномочиями обычных пользовательских процессов.

В частности, если запустить каждый драйвер устройства и файловую систему как отдельные пользовательские процессы, то ошибка в одном из них может вызвать отказ соответствующего компонента, но не сможет вызвать сбой всей системы.

Таким образом, ошибка в драйвере звукового устройства приведет к искажению или пропаданию звука, но не вызовет зависание компьютера. В отличие от этого в монолитной системе, где все драйверы находятся в ядре, некорректный драйвер звукового устройства может запросто сослаться на неверный адрес памяти и привести систему к немедленной вынужденной остановке.

Было разработано и получило распространение множество различных микроядер.

Микроядра условно делят на поколения. Микроядра разных поколений отличаются устройством и технологическими решениями.

Первое поколение:

• Микроядро Mach от университета Карнеги — Меллон (CMU).
• Микроядро ОС ChorusOS от института INRIA.

Второе поколение:

• Микроядро из ОС Minix от Эндрю Таненбаума (свободный университет Амстердама).
• L3 от немецкого ученого Йохена Лидтке .
• L4/x86 от Йохена Лидтке.

Третье поколение

• seL4 от фирмы NICTA.
• Coyotos от фирмы «The EROS Group, LLC».
• NOVA.

Особенно часто они используются в приложениях, работающих в реальном масштабе времени в промышленных устройствах, авионике и военной технике, которые выполняют особо важные задачи и должны отвечать очень высоким требованиям надежности.

Идея, имеющая некоторое отношение к использованию минимального ядра, заключается в том, чтобы помещать в ядро исполнительный механизм, а не политику. Чтобы пояснить эту мысль, рассмотрим планирование выполнения процессов. Относительно простой алгоритм планирования заключается в назначении каждому процессу приоритета с последующим запуском ядром готового к выполнению процесса с наиболее высоким приоритетом. Механизм, который находится в ядре, предназначен для поиска и запуска процесса с наибольшим приоритетом.

Политика, заключающаяся в назначении процессам приоритетов, должна быть реализована процессами, работающими в пользовательском режиме.

Таким образом, политика и механизм могут быть разобщены, а ядро может быть уменьшено в размерах.

Клиент-серверная модель. Небольшая вариация идеи микроядер выражается в обособлении двух классов процессов: серверов, каждый из которых предоставляет какую-нибудь службу, и клиентов, которые пользуются этими службами. Эта модель известна как клиент-серверная. Достаточно часто самый нижний уровень представлен микроядром, но это не обязательно. Вся суть заключается в наличии клиентских процессов и серверных процессов.

Связь между клиентами и серверами часто организуется с помощью передачи сообщений. Чтобы воспользоваться службой, клиентский процесс составляет сообщение, в котором говорится, что именно ему нужно, и отправляет его соответствующей службе. Затем служба выполняет определенную работу и отправляет обратно ответ. Если клиент и сервер запущены на одной и той же машине, то можно провести определенную оптимизацию, но концептуально здесь идет речь о передаче сообщений.

Очевидным развитием этой идеи будет запуск клиентов и серверов на разных компьютерах, соединенных локальной или глобальной сетью, как показано на рис. 3.

Таким образом, клиент-серверная модель является абстракцией, которая может быть использована как для отдельно взятой машины, так и для машин, объединенных в сеть.

Рис. 3. Клиент-серверная модель, реализованная с помощью сети

Виртуальные машины.

Первые выпуски OS/360 были системами исключительно пакетной обработки. Но многие пользователи машин IBM/360 хотели получить возможность интерактивной работы с использованием терминала, поэтому различные группы разработчиков как в самой корпорации IBM, так и за ее пределами решили написать для этой машины системы с разделением времени. Позже была выпущена официальная система раз деления времени — TSS/360, и когда она наконец-то дошла до потребителей, то была настолько громоздкой и медлительной, что под нее было переоборудовано всего лишь несколько вычислительных центров. В конечном счете от этого проекта отказались, после того как на него уже было потрачено 50 млн долларов.

Рис. 4. IBM System/360 (S/360) — семейство компьютеров класса мейнфреймов, которое было анонсировано 7 апреля 1964 года.

IBM System/360 послужила образцом для разработки ЕС ЭВМ. ЕС ЭВМ (Единая система электронных вычислительных машин) — советская серия компьютеров. Аналоги серий System/360 и System/370 фирмы IBM, выпускавшихся в США c 1964 года. Программно и аппаратно (аппаратно — только на уровне интерфейса внешних устройств) совместимы со своими американскими прообразами. Активно эксплуатировались в СССР и странах СЭВ с 1971 по 1990 годы, после чего стали выходить из эксплуатации, и примерно к 2000 практически исчезли.

VM/370
Группа из научного центра IBM Scientific Center в Кембридже (Массачусетс) разработала совершенно другую систему, которую IBM в конечном итоге приняла как законченный продукт. Эта система, первоначально называвшаяся CP/CMS, а позже переименованная в VM/370 (Seawright and MacKinnon, 1979), была основана на следующем проницательном наблюдении: система с разделением времени обеспечивает, во-первых, многозадачность, а во-вторых, расширенную машину с более удобным интерфейсом, чем у простого оборудования.

Сущность VM/370 заключается в полном разделении этих двух функций. Основа системы, известная как монитор виртуальных машин, запускается непосредственно на обычном оборудовании и обеспечивает многозадачность, предоставляя верхнему уровню не одну, а несколько виртуальных машин (рис. 5). Но, в отличие от всех других операционных систем, эти виртуальные машины не являются машинами с расширенной архитектурой. Они не поддерживают файлы и другие полезные свойства. Вместо этого они являются точной копией исходной аппаратуры, включающей режим ядра и пользователя, устройства ввода-вывода, прерывания и все остальное, что есть у настоящей машины.

Рис. 5. Структура VM/370 с тремя запущенными системами CMS

Поскольку каждая виртуальная машина идентична настоящему оборудованию, на каждой из них способна работать любая операционная система, которая может быть запущена непосредственно на самом оборудовании. На разных виртуальных машинах могут быть запущены разные операционные системы, как это часто и происходит на самом деле. Изначально на системах VM/370 пользователи запускали в своих виртуальных машинах OS/360 или одну из других больших операционных систем пакетной обработки или обработки транзакций, в то время как другие запускали однопользовательскую интерактивную систему CMS (Conversational Monitor System — система диалоговой обработки) для пользователей системы разделения времени.

Когда программа под управлением операционной системы CMS выполняет системный вызов, он перехватывается в системное прерывание операционной системы на своей собственной виртуальной машине, а не на VM/370, как это было бы при ее запуске на реальной, а не на виртуальной машине. Затем CMS выдает обычные команды ввода-вывода для чтения своего виртуального диска или другие команды, которые могут ей понадобиться для выполнения этого вызова. Эти команды ввода-вывода перехватываются VM/370, которая выполняет их в рамках моделирования реального оборудования.

При полном разделении функций многозадачности и предоставления машины с расширенной архитектурой каждая из составляющих может быть намного проще, гибче и удобнее для обслуживания.

В своем современном перерождении z/VM обычно используется для запуска нескольких полноценных операционных систем, а не упрощенных, однопользовательских систем вроде CMS. Например, на машинах zSeries можно запустить одну или несколько виртуальных машин Linux, а наряду с ними — обычные операционные системы IBM.

IBM System z (более раннее название — IBM eServer zSeries) — бренд, созданный компанией IBM для обозначения линейки мейнфреймов.

Виртуальная машина.

Хотя в IBM виртуальные машины используются уже четыре десятилетия и ряд других компаний, включая Oracle и Hewlett-Packard, недавно добавили поддержку виртуальных машин к своим высокопроизводительным промышленным серверам, тем не менее, по большому счету, идея виртуализации в мире персональных компьютеров до конца 1990 годов практически игнорировалась. Но сейчас сочетание новых потребностей, нового программного обеспечения и новых технологий придало этой теме особую актуальность. Сначала о потребностях. Многие компании традиционно запускали свои почтовые серверы, веб-серверы, FTP-серверы и все остальные серверы на отдельных компьютерах, иногда имеющих различные операционные системы. Виртуализация рассматривается ими как способ запуска всех этих серверов на одной и той же машине с возможностью избежать при этом отказа всех серверов при отказе одного из них.

Виртуализация популярна также в мире веб-хостинга. Без нее клиенты вынуждены выбирать между общим хостингом (который дает им только учетную запись на веб-сервере, но не позволяет управлять его программным обеспечением) и выделенным хостингом (который предоставляет им их собственную, очень гибкую, но не оправдывающую затрат машину при небольших или средних по объему веб-сайтах). Когда компания, предоставляющая услуги веб-хостинга (хостинг-провайдер), сдает в аренду виртуальные машины, на одной физической машине может быть запущено множество виртуальных машин, каждая из которых превращается в полноценную машину. Клиенты, арендовавшие виртуальную машину, могут запускать на ней какие угодно операционную систему и программное обеспечение, но за часть стоимости выделенного сервера (поскольку та же самая физическая машина одновременно поддерживает множество виртуальных машин).

Другой вариант использования виртуализации предназначен для конечных пользователей, которым необходима возможность одновременного запуска двух или более операционных систем, например Windows и Linux, поскольку некоторые из любимых ими приложений работают под управлением только одной из этих операционных систем.

Такая ситуация показана на рис. 6, а, при этом термин «монитор виртуальной машины» заменен на «гипервизор первого типа» (type 1 hypervisor), который широко используется в наши дни из-за краткости при наборе по сравнению с первым вариантом.

Рис. 6. Гипервизор: а — тип 1; б — чистый гипервизор, тип 2; в — практический гипервизор, тип 2

Привлекательность виртуальных машин сомнениям не подвергалась, проблема заключалась в их реализации. Чтобы запустить на компьютере программное обеспечение виртуальных машин, его центральный процессор должен быть готов к работе в этом режиме.

Проблема заключается в следующем. Когда операционная система, запущенная на виртуальной машине (в режиме пользователя), выполняет привилегированные инструкции, например изменение слова состояния программы — PSW или операцию ввода-вывода, необходимо, чтобы оборудование осуществило перехват данных инструкций и вызов монитора виртуальных машин, который выполнит их программную эмуляцию. На некоторых центральных процессорах, особенно на Pentium, его предшественниках и их клонах, попытки выполнения привилегированных инструкций в режиме пользователя просто игнорируются. Эта особенность исключает создание виртуальных машин на таком оборудовании, чем объясняется недостаточный интерес к ним в мире x86. Конечно, существовали интерпретаторы для Pentium, такие как Bochs, которые запускались на этом процессоре, но при потере производительности обычно в один-два порядка они не подходили для серьезной работы.

В 1990-х годах и в первые годы нового тысячелетия был реализован ряд научно-исследовательских проектов, в частности Disco в Стэнфорде и Xen в Кембридже. Эти исследования привели к появлению нескольких коммерческих продуктов (например, VMware Workstation и Xen), и интерес к виртуальным машинам снова вырос. Сегодня в число популярных гипервизоров кроме VMware и Xen входят KVM (для ядра Linux), VirtualBox (от Oracle) и Hyper-V (от Microsoft).

Некоторые из этих ранних исследовательских проектов улучшили производительность по сравнению с интерпретаторами типа Bochs путем трансляции блоков кода на лету, сохранения их во внутреннем кэше и повторного использования результата трансляции в случае их нового исполнения. Это существенно повысило производительность и привело к созданию того, что сейчас называется моделями машин (machine simulators) (рис. 6, б). Но хотя эта технология, известная как двоичная трансляция (binary translation), помогла улучшить ситуацию, получившиеся системы, несмотря на то что они неплохо подходили для публикаций на академических конференциях, по-прежнему не отличались быстротой для использования в коммерческих средах, где производительность имеет весьма большое значение.

Следующим шагом в улучшении производительности стало добавление модуля ядра (рис. 6, в) для выполнения ряда трудоемких задач. Сложившаяся сейчас практика показывает, что все коммерчески доступные гипервизоры, такие как VMware Workstation, используют эту гибридную стратегию (а также имеют множество других усовершенствований).

На практике действительным различием между гипервизорами типа 1 и типа 2 является то, что в типе 2 для создания процессов, сохранения файлов и т. д. используется основная операционная система (host operating system) и ее файловая система. Гипервизор типа 1 не имеет основной поддержки и должен выполнять все эти функции самостоятельно.

Экзоядра. Вместо клонирования настоящей машины, как это делается в виртуальных машинах, существует иная стратегия, которая заключается в их разделении, иными словами, в предоставлении каждому пользователю подмножества ресурсов. При этом одна виртуальная машина может получить дисковые блоки от 0 до 1023, другая – от 1024 до 2047, и т. д.

Самый нижний уровень, работающий в режиме ядра, – это программа под названием экзоядро. Его задача состоит в распределении ресурсов между виртуальными машинами и затем в отслеживании попыток их использования, чтобы ни одна из машин не пыталась использовать чужие ресурсы.

Преимущество схемы экзоядра заключается в том, что она исключает уровень отображения. При других методах работы каждая виртуальная машина считает, что она имеет свой собственный диск с нумерацией блоков от 0 до некоторого максимума. Поэтому монитор виртуальных машин должен вести таблицы преобразования адресов на диске (и всех других ресурсов). При использовании экзоядра необходимость в таком переназначении отпадает. Экзоядру нужно лишь отслеживать, какой виртуальной машине, какие ресурсы были переданы. Такой подход имеет еще одно преимущество: он отделяет многозадачность (в экзоядре) от пользовательской операционной системы (в пространстве пользователя) с меньшими затратами, так как для этого ему необходимо всего лишь не допускать вмешательства одной виртуальной машины в работу другой.

Вопрос 2. Ядро и вспомогательные модули

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

1. ядро – модули, выполняющие основные функции ОС;
2. вспомогательные модули ОС.

Модули ядра выполняют базовые функции ОС, связанные с управлением процессами, памятью, устройствами ввода-вывода и т. п. Именно ядро занимается переключением контекстов, загрузкой/выгрузкой страниц, обработкой прерываний. Непосредственное выполнение такого рода действий недоступно для приложений. При необходимости они могут обращаться к ядру с системными вызовами, используя для этого имеющийся в их распоряжении интерфейс прикладного программирования – API.

Функции, отнесенные в ведение ядра, являются наиболее часто используемыми функциями операционной системы, поэтому скорость их выполнения определяет производительность системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все модули ядра или большая их часть постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными.

Обычно ядро оформляется в виде программного модуля некоторого специального формата, отличающегося от формата пользовательских приложений. Ядро является движущей силой всех вычислительных процессов в компьютерной системе, и крах ядра равносилен краху всей системы. Поэтому разработчики операционной системы уделяют особое внимание надежности кодов ядра.

Вспомогательные модули ОС выполняют весьма полезные, но менее обязательные функции. Например, к таким модулям могут быть отнесены программы архивирования данных на магнитной ленте, дефрагментации диска, текстового редактора. Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений, либо в виде библиотек процедур.

Поскольку некоторые компоненты ОС оформлены как обычные приложения, то есть в виде исполняемых модулей стандартного для данной ОС формата, то часто бывает очень сложно провести четкую грань между операционной системой и приложениями (рис. 7).

Рис. 7. Нечеткость границы между ОС и приложениями.

Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:

• • утилиты – программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения компьютерной системы, такие, например, как программы сжатия дисков, архивирования данных на магнитную ленту;
  • системные обрабатывающие программы – текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики;
  • программы предоставления пользователю дополнительных услуг – специальный вариант пользовательского интерфейса, калькулятор и даже игры;
  • библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений, например библиотека математических функций, функций ввода-вывода и т. д.

Как и обычные приложения, для выполнения своих задач утилиты, обрабатывающие программы и библиотеки ОС, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов (рис. 8).

В некоторых случаях каждое исправление ядра может потребовать его полной перекомпиляции.

Рис. 8. Взаимодействие между ядром и вспомогательными модулями ОС

Модули ОС, оформленные в виде утилит, системных обрабатывающих программ и библиотек, обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, то есть являются транзитными. Постоянно в оперативной памяти располагаются только самые необходимые коды ОС, составляющие ее ядро. Такая организация ОС экономит оперативную память компьютера.

Важным свойством архитектуры ОС, основанной на ядре, является возможность защиты кодов и данных операционной системы за счет выполнения функций ядра в привилегированном режиме.

Ядро в привилегированном режиме. Для надежного управления ходом выполнения приложений операционная система должна иметь по отношению к приложениям определенные привилегии. Иначе некорректно работающее приложение может вмешаться в работу ОС и, например, разрушить часть ее кодов. Все усилия разработчиков операционной системы окажутся напрасными, если их решения воплощены в незащищенные от приложений модули системы, какими бы элегантными и эффективными эти решения ни были. Операционная система должна обладать исключительными полномочиями также для того, чтобы играть роль арбитра в споре приложений за ресурсы компьютера в мультипрограммном режиме. Обеспечить, привилегии операционной системе невозможно без специальных средств аппаратной поддержки. Аппаратура компьютера должна поддерживать как минимум два режима работы – пользовательский (user mode) и привилегированный, который также называют режимом ядра (kernel mode), или супервизора (supervisor mode). Подразумевается, что операционная система или некоторые ее части работают в привилегированном режиме, а приложения – в пользовательском режиме.

Так как основные функции ОС выполняются ядром, то чаще всего именно ядро становится той частью ОС, которая работает в привилегированном режиме (рис. 9). Иногда это свойство – работа в привилегированном режиме – служит основным определением понятия «ядро».

Приложения ставятся в подчиненное положение за счет запрета для них выполнения в пользовательском режиме некоторых критичных команд (инструкций), связанных с переключением процессора с задачи на задачу, управлением устройствами ввода-вывода, доступом к механизмам распределения и защиты памяти. Важно, что условия разрешения выполнения критичных команд находятся под полным контролем ОС, и этот контроль обеспечивается за счет набора команд, безусловно запрещенных для пользовательского режима.

Аналогичным образом обеспечиваются привилегии ОС при доступе к памяти. Очень важно, что механизмы защиты памяти используются операционной системой не только для защиты своих областей памяти от приложений, но и для защиты областей памяти, выделенных ОС какому-либо приложению, от остальных приложений. Между количеством уровней привилегий, реализуемых аппаратно, и количеством уровней привилегий, поддерживаемых ОС, нет прямого соответствия.

Рис. 9. Архитектура операционной системы с ядром в привилегированном режиме.

Повышение устойчивости операционной системы, обеспечиваемое переходом ядра в привилегированный режим, достигается за счет некоторого замедления выполнения системных вызовов. Системный вызов инициирует переключение процессора из пользовательского режима в привилегированный, а при возврате к приложению – переключение из привилегированного режима в пользовательский (рис. 9).

Рис. 10. Смена режимов при выполнении системного вызова к привилегированному ядру.

Во всех типах процессоров из-за дополнительной двукратной задержки переключения переход на процедуру со сменой режима выполняется медленнее, чем вызов процедуры без смены режима.

Архитектура ОС, основанная на привилегированном ядре и приложениях пользовательского режима, стала, по существу, классической. Ее используют большинство популярных операционных систем, в том числе семейства ОС Windows NT, Unix/Linux, Mac OS X, операционные системы мэйнфреймов.

Однако в некоторых случаях разработчики ОС отступают от этого классического варианта архитектуры, организуя работу ядра и приложений в одном и том же режиме. Так, в известных специализированных ОС NetWare 3.x и 4.x компании Novell привилегированный режим процессоров использовались как для работы ядра, так и для работы специфических приложений – загружаемых модулей NLM (рис. 10).

При таком построении ОС обращения приложений к ядру выполняются быстрее, так как нет переключения режимов, однако при этом отсутствует надежная аппаратная защита памяти, занимаемой модулями ОС, от некорректно работающего приложения.

Аналогичный подход используется в самой популярной ОС маршрутизаторов – Cisco IOS (Internetwork Operating System). Эта специализированная ОС также состоит из ядра и приложений, которые выполняются в одном и том же режиме процессора. При этом время переключения системы между ядром и приложениями сокращается, а это очень важно для системы реального времени IOS, главной задачей которой является обработка поступающих в маршрутизатор по входным интерфейсам пакетов с минимальными задержками.

Рис. 11. Упрощенная архитектура операционной системы NetWare

Многослойная структура ОС. Вычислительную систему, работающую под управлением ОС на основе ядра, можно рассматривать как состоящую из трех иерархически расположенных слоев: нижний слой образует аппаратура, промежуточный – ядро, а утилиты, обрабатывающие программы и приложения, составляют верхний слой системы (рис. 11).

Слоистую структуру вычислительной системы принято изображать в виде системы концентрических окружностей, иллюстрируя тот факт, что каждый слой может взаимодействовать только со смежными слоями. Действительно, при такой организации ОС приложения не могут непосредственно взаимодействовать с аппаратурой, а только через слой ядра.

Рис. 12. Трехслойная схема вычислительной системы

Многослойный подход является универсальным и эффективным способом декомпозиции сложных систем любого типа, в том числе программных. В соответствии с этим подходом система состоит из иерархии слоев. Каждый слой обслуживает вышележащий слой, выполняя для него некоторый набор функций, которые образуют межслойный интерфейс (рис. 13).

Рис. 13. Концепция многослойного взаимодействия

На основе функций нижележащего слоя следующий (вверх по иерархии) слой строит свои функции – более сложные и более мощные, которые, в свою очередь, оказываются примитивами для создания еще более мощных функций вышележащего слоя. Строгие правила касаются только взаимодействия между слоями системы, а между модулями внутри слоя связи могут быть произвольными. Отдельный модуль может выполнить свою работу либо самостоятельно, либо обратиться к другому модулю своего слоя, либо обратиться за помощью к нижележащему слою через межслойный интерфейс.

Такая организация системы имеет много достоинств. Она существенно упрощает разработку системы, так как позволяет сначала определить «сверху вниз» функции слоев и межслойные интерфейсы, а затем при детальной реализации постепенно наращивать возможности функций слоев, двигаясь «снизу вверх». Кроме того, при модернизации системы можно изменять модули внутри слоя без необходимости производить какие-либо изменения в остальных слоях, если при этих внутренних изменениях межслойные интерфейсы остаются в силе. Поскольку ядро представляет собой сложный многофункциональный комплекс, то многослойный подход обычно распространяется и на структуру ядра. Ядро может состоять из следующих слоев (рис. 14.).

Рис. 14. Многослойная структура ядра ОС

Средства аппаратной поддержки ОС. До сих пор об операционной системе говорилось как о комплексе программ, но, вообще говоря, часть функций ОС может выполняться и аппаратными средствами. Поэтому иногда можно встретить определение операционной системы как совокупности программных и аппаратных средств. К операционной системе относят, естественно, не все аппаратные устройства компьютера, а только средства аппаратной поддержки ОС, то есть те, которые прямо участвуют в организации вычислительных процессов: средства поддержки привилегированного режима, систему прерываний, средства переключения контекстов процессов, средства защиты областей памяти и т. п.

Машинно-зависимые компоненты ОС. Этот слой образуют программные модули, в которых отражается специфика аппаратной платформы компьютера. В идеале этот слой полностью экранирует вышележащие слои ядра от особенностей аппаратуры, что позволяет разрабатывать вышележащие слои на основе машинно-независимых модулей, существующих в единственном экземпляре для всех типов аппаратных платформ, поддерживаемых данной ОС. Linux, Unix, Mac OS, операционные системы семейства Windows NT – во всех этих ОС имеется четко определенный слой программных модулей, экранирующих особенности аппаратуры.

Базовые механизмы ядра. Этот слой выполняет наиболее примитивные операции ядра, такие как программное переключение контекстов процессов, диспетчеризацию прерываний, перемещение страниц из памяти на диск и обратно и т. п. Модули данного слоя не принимают решений о распределении ресурсов – они только отрабатывают принятые «на верху» решения, что и дает повод называть их исполнительными механизмами для модулей верхних слоев. Например, решение о том, что в данный момент нужно прервать выполнение текущего процесса А и начать выполнение процесса В, принимается менеджером процессов на вышележащем слое, а слою базовых механизмов передается только директива о том, что нужно выполнить переключение контекста текущего процесса на контекст процесса В.

Менеджеры ресурсов. Этот слой состоит из мощных функциональных модулей, реализующих стратегические задачи по управлению основными ресурсами вычислительной системы. Обычно на данном слое работают менеджеры (называемые также диспетчерами) процессов, ввода-вывода, файловой системы и оперативной памяти. Разбиение на менеджеры может быть и несколько иным, например, менеджер файловой системы иногда объединяют с менеджером ввода-вывода, а функции управления доступом пользователей к системе в целом и ее отдельным объектам поручают отдельному менеджеру безопасности. Каждый из менеджеров ведет учет свободных и используемых ресурсов определенного типа и планирует их распределение в соответствии с запросами приложений.

Например, менеджер виртуальной памяти управляет перемещением страниц из оперативной памяти на диск и обратно. Менеджер должен отслеживать интенсивность обращений к страницам, время пребывания их в памяти, состояния процессов, использующих данные, и многие другие параметры, на основании которых он время от времени принимает решения о том, какие страницы необходимо выгрузить и какие – загрузить. Для исполнения принятых решений менеджер обращается к нижележащему слою базовых механизмов с запросами о загрузке (выгрузке) конкретных страниц. Внутри слоя менеджеров существуют тесные взаимные связи, отражающие тот факт, что для выполнения процессу нужен доступ одновременно к нескольким ресурсам: процессору, области памяти, возможно к определенному файлу или устройству ввода-вывода. Например, при создании процесса менеджер процессов обращается к менеджеру памяти, который должен выделить процессу определенную область памяти для его кодов и данных.

Интерфейс системных вызовов. Этот слой является самым верхним слоем ядра и взаимодействует непосредственно с приложениями и системными утилитами, образуя прикладной программный интерфейс операционной системы. API-функции, обслуживающие системные вызовы, предоставляют доступ к ресурсам системы в удобной и компактной форме без указания деталей их физического расположения.

Например, в операционной системе Unix с помощью системного вызова fd=open («/doc/а.txt», О_RDОNLY) приложение открывает файл a.txt, хранящийся в каталоге /doc, а с помощью системного вызова read (fd, buffer,’count) читает некоторое количество байтов из этого файла в область своего адресного пространства, имеющую имя buffer. Для осуществления таких комплексных действий системные вызовы обычно обращаются за помощью к функциям слоя менеджеров ресурсов, причем для выполнения одного системного вызова может понадобиться несколько таких обращений.

Приведенное разбиение ядра ОС на слои является достаточно условным. В реальной системе количество слоев и распределение функций между ними может быть иным. В системах, предназначенных для аппаратных платформ одного типа, слой машинно-зависимых модулей может сливаться со слоем базовых механизмов и, частично, со слоем менеджеров ресурсов. Не всегда оформляются в отдельный слой базовые механизмы – в этом случае менеджеры ресурсов не только планируют использование ресурсов, но и самостоятельно реализуют свои планы.

Возможна и противоположная картина, когда ядро состоит из большего количества слоев. Например, менеджеры ресурсов, составляя определенный слой ядра, в свою очередь, могут обладать многослойной структурой. Прежде всего, это относится к менеджеру ввода-вывода, нижний слой которого составляют драйверы устройств, например драйвер жесткого диска или драйвер сетевого адаптера, а верхние слои – драйверы файловых систем или протоколов сетевых служб, имеющие дело с логической организацией информации.

Способ взаимодействия слоев в реальной ОС также может отклоняться от описанной схемы. Для ускорения работы ядра в некоторых случаях происходит непосредственное обращение с верхнего слоя к функциям нижних слоев, минуя промежуточные.

Сами функции системных вызовов также иногда нарушают субординацию иерархических слоев, обращаясь прямо к базовым механизмам ядра. Выбор количества слоев ядра является ответственным и сложным делом: увеличение числа слоев ведет к некоторому замедлению работы ядра за счет дополнительных накладных расходов на межслойное взаимодействие, а уменьшение числа слоев ухудшает расширяемость и логичность системы.

Заключение.

Операционные системы можно рассматривать с двух точек зрения: в качестве менеджеров ресурсов и в качестве расширенных машин. С точки зрения менеджера ресурсов работа операционных систем заключается в эффективном управлении различными частями системы. С точки зрения расширенной машины работа операционных систем состоит в предоставлении пользователям абстракций, более удобных в использовании по сравнению с реальным компьютером. В число таких абстракций включаются процессы, адресные пространства и файлы.

Операционные системы могут иметь различную структуру. Наиболее распространенными являются монолитная система, многоуровневая система, микроядро, клиент-серверная система, виртуальная машина и экзоядро.

Монолитные приложения | Microsoft Docs

• 
  01/06/2021
• Чтение занимает 5 мин

В этой статье

В этом сценарии вы можете создать отдельное монолитное веб-приложение или службу и развернуть их как контейнер.In this scenario, you’re building a single and monolithic web application or service and deploying it as a container. Это приложение может не иметь монолитную внутреннюю структуру и состоять из нескольких библиотек, компонентов или даже уровней (прикладной уровень, уровень домена, уровень доступа к данным и т. д.).Within the application, the structure might not be monolithic; it might comprise several libraries, components, or even layers (application layer, domain layer, data access layer, etc.). Внешне оно будет представлять собой единый контейнер — единый процесс, единое веб-приложение или единую службу.Externally, it’s a single container, like a single process, single web application, or single service.

Для управления этой моделью вы развертываете один контейнер, представляющий собой приложение.To manage this model, you deploy a single container to represent the application. Для масштабирования просто добавьте дополнительные копии, расположив перед ними подсистему балансировки нагрузки.To scale it, just add a few more copies with a load balancer in front. Управлять одним развертыванием в одном контейнере или виртуальной машине гораздо проще.The simplicity comes from managing a single deployment in a single container or virtual machine (VM).

Такой монолитный шаблон может конфликтовать с принципом контейнера: «контейнер выполняет одну задачу и в одном процессе».Following the principal that a container does one thing only, and does it in one process, the monolithic pattern is in conflict. Вы можете включить в один контейнер несколько компонентов, библиотек или внутренних слоев, как показано на рис. 4-1.You can include multiple components/libraries or internal layers within each container, as illustrated in Figure 4-1.

Рис. 4-1.Figure 4-1. Пример архитектуры монолитного приложенияAn example of monolithic application architecture

Все функции монолитного приложения или основная их часть сосредоточены в одном процессе или контейнере, который разбивается на внутренние слои или библиотеки.A monolithic app has all or most of its functionality within a single process or container and it’s componentized in internal layers or libraries. Недостаток этого подхода становится очевидным, когда приложение разрастается и его необходимо масштабировать.The downside to this approach comes if or when the application grows, requiring it to scale. Если масштабируется приложение целиком, все получится.If the entire application scaled, it’s not really a problem. Но в большинстве случаев необходимо масштабировать лишь некоторые части приложения, пока другие компоненты работают нормально.However, in most cases, a few parts of the application are the choke points that require scaling, whereas other components are used less.

В примере приложения для электронной торговли, вероятнее всего, потребуется масштабирование компонента со сведениями о товарах.Using the typical e-commerce example, what you likely need is to scale the product information component. Клиенты чаще просматривают товары, чем приобретают их.Many more customers browse products than purchase them. Клиенты чаще складывают товары в корзину, чем оплачивают их.More customers use their basket than use the payment pipeline. Не так много клиентов пишут комментарии или просматривают историю покупок.Fewer customers add comments or view their purchase history. И у вас, скорее всего, может быть лишь несколько сотрудников в одном регионе, которые управляют содержимым и маркетинговыми кампаниями.And you likely have only a handful of employees, in a single region, that need to manage the content and marketing campaigns. При масштабировании монолитных решений весь код развертывается многократно.By scaling the monolithic design, all of the code is deployed multiple times.

Помимо того, что необходимо масштабировать все компоненты, изменения в одном компоненте требуют полного повторного тестирования всего приложения и полного повторного развертывания всех его экземпляров.In addition to the «scale-everything» problem, changes to a single component require complete retesting of the entire application as well as a complete redeployment of all the instances.

Монолитный подход нашел широкое распространение и используется многими организациями при разработке архитектуры.The monolithic approach is common, and many organizations are developing with this architectural method. Во многих случаях это позволяет добиться желаемых результатов, но иногда организация сталкивается с ограничениями.Many enjoy good enough results, whereas others encounter limits. Во многих организациях приложения строились по такой модели, так как несколько лет назад с помощью существующих инструментов и инфраструктуры слишком сложно было создавать архитектуры SOA, и проблем не возникало, пока приложение не начинало разрастаться.Many designed their applications in this model because the tools and infrastructure were too difficult to build SOAs, and they didn’t see the need—until the app grew.

С точки зрения инфраструктуры, каждый сервер может выполнять множество приложений в одном узле и применять допустимое соотношение эффективности использования ресурсов, как показано на рисунке 4-2.From an infrastructure perspective, each server can run many applications within the same host and have an acceptable ratio of efficiency in your resources usage, as shown in Figure 4-2.

Рис. 4-2.Figure 4-2. Узел, выполняющий несколько приложений/контейнеровA host running multiple apps/containers

Наконец, с точки зрения доступности монолитные приложения нужно развертывать целиком. Это означает, что если требуется выполнить остановку и запуск, в течение периода развертывания будут затронуты все функциональные возможности и все пользователи.Finally, from an availability perspective, monolithic applications must be deployed as a whole; that means that in case you must stop and start, all functionality and all users will be affected during the deployment window. В некоторых случаях использование Azure и контейнеров позволяет свести эти ситуации к минимуму, а также снизить вероятность простоя приложения, как показано на рисунке 4-3.In certain situations, the use of Azure and containers can minimize these situations and reduce the probability of downtime of your application, as you can see in Figure 4-3.

Монолитные приложения можно развернуть в Azure с помощью выделенных виртуальных машин для каждого экземпляра.You can deploy monolithic applications in Azure by using dedicated VMs for each instance. С помощью масштабируемых наборов виртуальных машин Azure можно легко масштабировать виртуальные машины.Using Azure VM Scale Sets, you can scale the VMs easily.

Службы приложений Azure также позволяют выполнять монолитные приложения и легко масштабировать экземпляры без управления виртуальными машинами.You can also use Azure App Services to run monolithic applications and easily scale instances without having to manage the VMs. Службы приложений Azure также могут выполнять отдельные экземпляры контейнеров Docker, упрощая развертывание.Azure App Services can run single instances of Docker containers, as well, simplifying the deployment.

Вы можете развернуть несколько виртуальных машин в качестве узлов Docker и запустить любое количество контейнеров на виртуальную машину.You can deploy multiple VMs as Docker hosts and run any number of containers per VM. Затем с помощью Azure Load Balancer вы можете управлять масштабированием, как показано на рисунке 4-3.Then, by using an Azure Load Balancer, as illustrated in the Figure 4-3, you can manage scaling.

Рис. 4-3.Figure 4-3. Масштабирование одного приложения Docker с использованием нескольких узловMultiple hosts scaling out a single Docker application

Развертыванием самих узлов можно управлять с помощью традиционных методов развертывания.You can manage the deployment of the hosts themselves via traditional deployment techniques.

Вы можете управлять контейнерами Docker из командной строки с помощью таких команд, как docker run и docker-compose up, а также автоматизировать эту процедуру с помощью конвейеров непрерывной поставки (CD) и, например, выполнить развертывание на узлах Docker из Azure DevOps Services.You can manage Docker containers from the command line by using commands like docker run and docker-compose up, and you can also automate it in Continuous Delivery (CD) pipelines and deploy to Docker hosts from Azure DevOps Services, for instance.

Развертывание монолитного приложения в контейнереMonolithic application deployed as a container

Использование контейнеров для управления монолитными развертываниями имеет свои преимущества.There are benefits to using containers to manage monolithic deployments. Масштабировать экземпляры контейнера гораздо быстрее и проще, чем развертывать дополнительные виртуальные машины.Scaling the instances of containers is far faster and easier than deploying additional VMs.

Развертывание обновлений в виде образов Docker выполняется гораздо быстрее и эффективнее с точки зрения использования сети.Deploying updates as Docker images is far faster and network efficient. Контейнеры Docker обычно запускаются за считаные секунды, что ускоряет выпуск.Docker containers typically start in seconds, speeding rollouts. Демонтировать контейнер Docker можно с помощью команды docker stop, и обычно для этого требуется меньше секунды.Tearing down a Docker container is as easy as invoking the docker stop command, typically completing in less than a second.

Так как контейнеры по своей природе являются неизменяемыми, вам не придется беспокоиться о возможности повреждения виртуальной машины, когда сценарии обновления не учитывают некоторые оставшиеся на диске конфигурации или файлы.Because containers are inherently immutable, by design, you never need to worry about corrupted VMs because an update script forgot to account for some specific configuration or file left on disk.

Docker имеет много плюсов для монолитных приложений, и мы лишь слегка затрагиваем эту тему.Although monolithic apps can benefit from Docker, we’re touching on only the tips of the benefits. Более обширные возможности при управлении контейнерами открываются благодаря развертыванию с помощью оркестраторов контейнеров, которые управляют различными экземплярами и жизненным циклом каждого экземпляра контейнера.The larger benefits of managing containers come from deploying with container orchestrators that manage the various instances and life cycle of each container instance. Когда вы разбиваете монолитное приложение на подсистемы, которые затем можно масштабировать, разрабатывать и развертывать по отдельности, вы переходите на уровень микрослужб.Breaking up the monolithic application into subsystems that can be scaled, developed, and deployed individually is your entry point into the realm of microservices.

Дополнительные сведения о том, как выполнить процедуру «lift-and-shift» для монолитных приложений с использованием контейнеров и модернизировать приложения, см. в дополнительном руководстве Майкрософт Модернизация существующих приложений .NET с помощью облака Azure и контейнеров Windows, которое можно скачать в формате PDF по адресу https://aka.ms/LiftAndShiftWithContainersEbook.To learn about how to «lift and shift» monolithic applications with containers and how you can modernize your applications, you can read this additional Microsoft guide, Modernize existing .NET applications with Azure cloud and Windows Containers, which you can also download as PDF from https://aka.ms/LiftAndShiftWithContainersEbook.

Публикация отдельного приложения на основе контейнера Docker в службе приложений AzurePublish a single Docker container app to Azure App Service

Когда вы хотите быстро проверить контейнер, развернутый в Azure, или когда приложение основано на одном контейнере, вы можете воспользоваться удобной функцией предоставления масштабируемых служб на основе одного контейнера в службах приложений Azure.Either because you want to get a quick validation of a container deployed to Azure or because the app is simply a single-container app, Azure App Services provides a great way to provide scalable single-container services.

Она интуитивно понятна и прекрасно интегрируется с Git, что ускоряет работу, так как вы можете взять свой код, выполнить его сборку в Visual Studio и развернуть его прямо в Azure.Using Azure App Service is intuitive and you can get up and running quickly because it provides great Git integration to take your code, build it in Microsoft Visual Studio, and directly deploy it to Azure. В обычном случае (без Docker), если вам требовались другие возможности, платформы или зависимости, не поддерживаемые в службах приложений, вам потребовалось бы подождать, пока команда разработчиков Azure не обновит эти зависимости в службе приложений, либо переключиться на другие службы, например Service Fabric, облачные службы или даже обычные виртуальные машины, где вы можете полнее контролировать процесс и установить необходимый компонент или необходимую платформу для своего приложения.But, traditionally (with no Docker), if you needed other capabilities, frameworks, or dependencies that aren’t supported in App Services, you needed to wait for it until the Azure team updates those dependencies in App Service or switched to other services like Service Fabric, Cloud Services, or even plain VMs, for which you have further control and can install a required component or framework for your application.

Как показано на рис. 4-4, при использовании Visual Studio 2019 поддержка контейнеров в службе приложений Azure позволяет включать в среду приложения любые компоненты.Now, as shown in Figure 4-4, when using Visual Studio 2019, container support in Azure App Service gives you the ability to include whatever you want in your app environment. Если вы добавили зависимость в приложение, то поскольку оно выполняется в контейнере, вы можете включить такие зависимости в Dockerfile или образ Docker.If you added a dependency to your app, because you’re running it in a container, you get the capability of including those dependencies in your Dockerfile or Docker image.

Рис. 4-4.Figure 4-4. Публикация контейнера в службе приложений из приложений/контейнеров Visual StudioPublishing a container to Azure App Service from Visual Studio apps/containers

На рис. 4-4 также указано, что поток публикации отправляет образ через реестр контейнеров. Это может быть Реестр контейнеров Azure (реестр, близкий к вашим развертываниям в Azure и защищенный группами и учетными записями в Azure Active Directory) или другой реестр Docker, например Docker Hub или локальные реестры.Figure 4-4 also shows that the publish flow pushes an image through a Container Registry, which can be the Azure Container Registry (a registry near to your deployments in Azure and secured by Azure Active Directory groups and accounts) or any other Docker Registry like Docker Hub or on-premises registries.

Монолитный дом: плюсы, минусы и особенности

Все чаще на рынке новостроек можно встретить предложения вложиться в монолитный дом. В чем его преимущества, а главное, какие могут быть у него недостатки, разбираем в этом материале

Фото: Shutterstock

Что такое монолитный дом

Монолитный дом — это конструкция, возведенная способом, при котором весь каркас здания, внешние стены и основные перекрытия отливаются из бетона, образуя единую конструкцию без швов и соединений. Так строятся не только многоквартирные дома, но и частные коттеджи и другие объекты. Считается, что здания, построенные таким способом, наиболее долговечны и могут стоять 100–150 лет. Монолитная конструкция не пропускает влагу и ветер, устойчива к землетрясениям.

Фото: Vasiliy Skuratov/Pexels

Основные стены выполнены полностью из бетона, а вот внутренние перекрытия и основные элементы могут быть из разных материалов. Здесь выделяют два основных типа:

• монолитно-каркасные здания. При их создании в основе каркаса на фундамент устанавливают забетонированные колонны, которые формируют костяк всего строения. Между этими столбами уже выстраиваются стены, залитые также бетоном. Внутренние перекрытия могут быть сделаны из вспененного бетона или стеновых панелей;
• монолитно-кирпичные здания. Для возведения стен комнат и других помещений внутри здания используется кирпичная кладка. Часто используют пустотелый кирпич. Он же может быть применен для отделки дома снаружи;
• иногда можно встретить и дом с монолитной структурой, когда абсолютно все стены и перегородки выполнены из литого бетона.

Технологии строительства монолитных домов

Возведение монолитного дома отличается тем, что практически все работы проводятся на месте. В отличие от панельных или других типов домов, для этого типа все материалы привозят на точку строительства. Сначала заливают фундамент, который чаще всего представляет собой метровую бетонную плиту, при необходимости усиленную забивными сваями. Фундамент укрепляют арматурой, которая становится поясом каркаса.

Затем начинается возведение литых бетонных стен. Прямо на месте собирают конструкции, которые остановятся формой для заливки бетона. Опалубки, так называются эти системы, могут быть сделаны из разных материалов — дерева, стали или алюминия. Часто используется современный материал полистирол.

Опалубка может быть съемной, когда она отсоединяется от уже засохшей и готовой стены и перемещается на уровень выше. Это наиболее экономичный вариант. Несъемная же конструкция остается в стене, служа дополнительной крепости стен и тепло- и звукоизоляции. Так поступают чаще всего при строительстве частных малоэтажных домов.

Фото: Quang Nguyen/Pexels

За счет того, что опалубки представляют собой сборные элементы, в архитектуре монолитного здания нет ограничений. Оно может быть круглым или полукруглым, иметь форму многогранника. Это позволяет воплощать любой индивидуальный дизайн здания, что особенно ценится при строительстве частных коттеджей.

Бывают опалубки, которые изготавливаются промышленным способом — тоннельные, их привозят на объект уже готовыми и изменить такие конструкции невозможно. Но создаются они по индивидуальному проекту, поэтому никаких ограничений по форме здания не возникает.

Плюсы и минусы монолитных домов

Для многих монолитный дом — синоним надежности и качества. Новостройки все чаще возводят именно таким способом. Достоинств у него действительно много:

• высокая скорость возведения. Многоэтажный дом можно построить за год-два. Правда, панельные дома можно построить еще быстрее;
• прочность достигается отсутствием швов и возможных щелей. Износостойкость таких зданий может превышать 100 лет. Монолит также отличается высокой сейсмоустойчивостью;
• небольшая усадка. За счет цельности конструкции дом равномерно усаживается, трещины в стенах при этом минимальны. Если вы строите частный дом таким способом, заселяться в него можно почти сразу, не боясь начинать отделочные работы;
• звуко- и теплоизоляция внешних стен;
• индивидуальный дизайн — большой плюс для застройщика, при монолитном строительстве нет ограничений в архитектуре. Можно сделать первые пять этажей типовыми, а верхние три — каждый с индивидуальным дизайном, добавить подземный паркинг;
• широкая возможность перепланировки. Несущие стены в монолите — внешние. Все внутренние стены, как правило, можно двигать и убирать. Более того, многие застройщики сдают монолитные дома без внутренних стен в квартирах, чтобы собственники могли самостоятельно спланировать проект;
• ровные стены, которые достигаются опалубками, считаются преимуществом, когда квартира сдается без отделки. Необходимо меньше материалов и работ для подготовки к чистовой отделке.

Но есть и недостатки:

• сложность строительства при плохих погодных условиях. Особенно от этого страдают недострои, которые мокнут под дождями и снегом. Длительное негативное воздействие может привести к отсыреванию бетона, плесени на стенах и другим неприятным последствиям. Правда, сейчас используется технология подогрева бетона, которая позволяет строить монолиты даже зимой;
• требуется жесткий контроль строительства на этапе возведения. Поскольку весь дом возводится на месте, строители должны быть профессионалами высокого уровня и понимать, что делают. При строительстве, к примеру, панельных домов строители лишь собирают на месте, как конструктор, детали, сделанные на заводе;
• низкая шумоизоляция, особенно в отношении воздействия на стены. Если кто-то штробит, дрелит или сверлит, за счет цельности стен слышимость будет высокая и на большие расстояния;
• теплоизоляция ниже, чем в кирпичных домах. Если застройщик не справился с задачей утепления наружных стен, есть риск, что в квартирах всегда будет прохладно, особенно зимой;
• относительно высокая стоимость. Из-за преимуществ перед другими типами зданий жилье в монолитных домах стоит дорого. Стоимость квартиры будет выше, чем в панельных и даже некоторых кирпичных домах.

Шумоизоляция в монолитном доме

Вопрос шумоизоляции в многоквартирных домах для покупателей всегда стоит остро. Многие ошибочно считают, что монолитные стены обеспечивают хорошую защиту от соседского шума. На самом же деле наоборот — именно за счет монолитности конструкции любой шум по стене передается вверх, вниз и через стену. Особенно это касается работ по проделыванию отверстий в стене: штробления, сверления и ударов молотком. Все эти звуки сильно резонируют.

Так называемый воздушный шум тоже проблема в таких строениях. Волны звука из динамиков, будь то телевизор, радио или музыкальный инструмент, ударяются о стену и точно так же передаются в соседние квартиры.

Фото: Shutterstock

Чтобы обеспечить полную звукоизоляцию, недостаточно просто толстых стен, требуется и звукоизоляция полов. В современных домах она выполняется редко, особенно в квартирах, которые сдаются без отделки. Даже при стенах толщиной 200–250 мм слышимость в квартирах остается высокой.

Проблему шумоизоляции в монолитных домах хорошо решает дополнительное усиление стен и пола с помощью конструкций со звукоизоляционными материалами. Важно не только сделать изоляцию в своей квартире, усилить пол и стены, но и договориться с соседом сверху, чтобы и он установил защиту от шума на пол. Тогда будет защита от шума в квартире будет максимальной.

Комментарии экспертов

Мария Литинецкая, управляющий партнер компании «Метриум» (участник партнерской сети CBRE):

— Характерная черта жилья, расположенного в монолитном доме, — неровные стены, полы и потолки. Покупая квартиру в монолитной новостройке, имеет смысл присмотреться к вариантам с отделкой. Самостоятельное приведение в порядок поверхностей потребует много строительных материалов, сил и времени.

Стоит обратить внимание и на теплоизоляцию внешних стен. Если утеплитель уложен неправильно, зимой через бреши будет просачиваться холодный воздух. Такую неисправность легко обнаружить с помощью тепловизора, который должен быть у консультантов, помогающих собственникам при приемке квартиры. Покупателям не обойтись без такого специалиста.

Утверждение, что монолитные жилые дома лучше защищены от протечек, — распространенное заблуждение. Объекты, построенные по этой технологии, лишены швов, что, казалось бы, гарантирует герметичность этажей. Но нельзя забывать, что этажи связаны между собой коммуникативными шахтами, где проходят системы водопровода и канализации. Надежную защиту от протечек обеспечивает гидроизоляция «мокрых» зон, которую можно сделать в монолитном, панельном, кирпичном — любом здании.

Требования к планировке квартиры одинаковы для всех типов домов. Например, «мокрые» зоны запрещено переносить как в панельных, так и в монолитных объектах. Монолитные дома отличаются минимальным количеством несущих конструкций. Благодаря этому застройщики предоставляют покупателям максимальную свободу планировки.

Павел Турков, директор департамента девелопмента ГК «А101»:

— В монолитном доме больше возможностей по перепланировке. Квартиры без отделки передаются собственнику без межкомнатных стен — сами комнаты просто размечены рядами пеноблоков. Но собственный проект планировки все равно надо согласовывать, в том числе в БТИ. Согласования с УК, соседями и надзорными органами требует и объединение жилого помещения с летним (например, с неотапливаемой лоджией или балконом), поскольку это нарушает теплый контур здания.

Что касается переноса «мокрых» зон в любом многоквартирном доме вне зависимости от технологии строительства, то он требует сделать гидроизоляцию пола в несколько слоев. Проект нужно заказывать в специализированной организации, после выполнения работ провести проверку, при которой воду на полу в санузле оставляют на два дня, а затем подписать акт освидетельствования скрытых работ, оформить который может только строительная организация с допуском СРО. В противном случае, если произойдет авария или протечка, вам придется заплатить штраф и в полном объеме возместить ущерб соседям.

Если работы в монолитном доме были по какой-то причине приостановлены, как случилось весной 2020 года во время действия мер по нераспространению коронавируса, важно обеспечить объекту правильную консервацию. Самое важное — защитить выпуски арматуры от ржавления, обеспечить водоотведение из пазух котлована и предотвращение оползней. Если это сделано, возобновить работы можно в любое время без каких-либо последствий для конструктива.

Что касается кирпича, то у него лучшие показатели гибкости, которые сильно расширяют варианты конструкций из него, а также шумо- и теплоизоляции. Но это довольно дорогой материал, заметно снижающий скорость и повышающий себестоимость строительства. Поэтому сейчас монолитно-кирпичными строят дома премиум- и элитного сегмента.

Определение монолитности по Merriam-Webster

монолитный · ic

| \ ˌMä-nə-ˈli-thik

\

1а

: , относящийся к монолиту или напоминающий его : огромный, массивный

большое монолитное здание влиятельная монолитная организация

б (1)

: сформирован из монокристалла

монолитный кремниевый чип

2а

: отлита как одно целое

монолитная бетонная стена

б

: сформированный или состоящий из материала без стыков или швов

монолитное напольное покрытие

c

: , состоящий из одного объекта или составляющий его

3а

: представляет собой массивное недифференцированное и часто жесткое целое.

монолитное общество

б

: , демонстрирующие или характеризующиеся часто жестко фиксированной однородностью

монолитное партийное единство

Определение монолита по Merriam-Webster

монолит

| \ ˈMä-nə-ˌlith

\

1

: один большой камень, часто в форме обелиска или колонны.

В центре парка стоит гранитный монолит.

2

: массивное сооружение

70-этажный монолит — одно из самых высоких зданий в Европе.

3

: организованное целое, которое действует как единая объединенная мощная или влиятельная сила.

Кинокомпания превратилась в монолит индустрии развлечений.

вековых монолитных построек на подъеме

Монолитное строительство становится все более распространенным в США, но не так, как вы думаете.Построенные таким образом здания — это не огромные монолиты, возвышающиеся над городскими кварталами. Скорее, это офисные башни, многоквартирные дома, дома, церкви и вообще любые конструкции, построенные из одного материала — обычно литого бетона.

В то время как метод снова набирает популярность в Соединенных Штатах после кратковременного всплеска интереса на протяжении многих лет, он уже довольно распространен в Соединенном Королевстве и других странах из-за эффективности затрат и времени на строительство.

Этот метод проектирования делает строительство простым и понятным и использует меньше строительных материалов, чем стандартные методы, — говорит Яннис Вернери, ученый из отдела строительных материалов и компонентов Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий.

Как строятся монолитные дома?

Чтобы построить монолитное здание, сначала устанавливают предварительно спроектированную опалубку, а также электрические, водопроводные, канализационные и другие услуги. Затем вся конструкция заливается бетоном. Плита и балка сливаются вместе таким образом, чтобы обеспечить фиксацию на стыке, так что весь блок действует как единое целое. Между тем, опалубка обеспечивает правильное выравнивание и гладкие поверхности.

Когда здание заливается монолитно, и водопровод, и электричество могут быть размещены до того, как будут установлены формы.Это избавляет от необходимости каркасной внутренней части здания для установки сантехники и электрики.

Большинство ключевых компонентов этих конструкций, таких как стены, колонны, балконы и проемы, залиты на месте, как и плиты и балки, что устраняет необходимость и затраты на кирпич, штукатурку и другие строительные материалы. Подрядчики могут возводить монолитные стены и плиты за одну операцию в течение дня.

Все эти факторы означают, что строительство может произойти быстро.

И поскольку метод повторяется — он повторяется снова и снова, пока здание не будет завершено — монолитное строительство экономит время и деньги. Он сочетает в себе скорость, качество и точность товарного бетона и опалубки, производимого за пределами строительной площадки, с гибкостью и экономичностью монолитного строительства.

Выдолбленный в скале

Самой ранней формой монолитной архитектуры, наиболее часто упоминаемой, являются сооружения, вырезанные из скалы, такие как монолитные церкви, построенные во время средневековой династии Загве, правившей примерно с 900 по 1270 год нашей эры.D. на территории нынешней северной Эфиопии. Церкви вырезаны из твердой скалы, и часто основание скалы до сих пор служит основанием строения. В той или иной форме из этих ранних построек здание вырезано из скал.

Купола также могут быть образцами монолитной архитектуры, будь то древние купола или современные купола, ставшие популярными благодаря Бакминстеру Фуллеру. Институт монолитных куполов в Италии, штат Техас, построил купольные стадионы, магазины розничной торговли, церкви и складские сооружения.

«Купола построены по методу, требующему надувной формы Airform, железобетона и пенополиуретана. Каждый из этих ингредиентов используется особым образом », — говорит Дэвид Саут, основатель института.

«Монолитные купола становятся все более популярными, — говорит он. «Даже люди, которые говорят, что им не нравится их внешний вид, обычно просто потому, что они такие разные, хотят монолитный купол за его превосходную изоляцию и энергоэффективность, низкие эксплуатационные расходы, виртуальную неразрушимость и относительно простой процесс строительства.”

Томас Эдисон построил первый монолитный бетонный дом в 1908 году и запатентовал технологию примерно через 10 лет. Только после Первой мировой войны, когда возросший спрос на жилье пробудил интерес к монолитному строительству, строители снова не пытались возводить монолитные бетонные дома. Однако после войны интерес упал.

Теперь он снова растет в Соединенных Штатах благодаря более низким ценам и простому методу строительства.

Другие страны также используют эту технику.

В Индии государственное управление строительства Центрального отдела общественных работ внедрило технологию монолитного строительства для крупных проектов на фоне растущих опасений по поводу загрязнения пылью, по данным Министерства городского развития, которое курирует этот департамент.

По данным Министерства, этот метод получил признание за «быстрое, качественное и беспыльное строительство» для крупных проектов.

Также в Индии частная строительная компания PG Setty около трех лет назад ввела монолитное строительство в государственный сектор для «массовых жилищных проектов для обитателей трущоб и экономически более слабых слоев населения», говорится в заявлении фирмы.Используя монолитную технику, компания может построить каркас четырех домов за 48 часов с помощью опалубки из США.

«Монолитная бетонная конструкция и соответствующие материалы приведут к быстрому и экономичному устойчивому развитию строительства, обеспечивая качество, время, стоимость и долговечность благодаря своей однородности», — говорится в заявлении PG Setty.

«Когда здание строится из наливного цемента, необходимо учитывать такие простые вещи, как изоляция», — говорит Вернери.

Он и его коллеги-ученые из его швейцарской лаборатории говорят, что они разработали кирпич, который значительно улучшает изоляцию, не прибегая к громоздкости. По словам Вернери, в строительной отрасли начали внедрять внутренние изоляционные стены, и на сегодняшний день уже доступно несколько изолированных кирпичей и систем панелей, в которых в качестве изоляторов используются такие материалы, как перлит, минеральная вата или полистирол.

Ученые из его группы создали кирпичи, которые изолируют лучше, чем уже существующие кирпичи.Они используют другой изоляционный материал, чем остальные: аэрогель. По его словам, стена, построенная из аэрокирпичей из этого материала, проводит тепло в восемь раз лучше, чем стена из стандартных глиняных и сланцевых кирпичей.

По мере увеличения спроса на здания возрастает потребность в более эффективных методах строительства. Одно из них — монолитное строительство. Какие еще методы приходят на ум? Прокомментируйте ниже и дайте нам знать.

«Монолит» против «Мегалита»: в чем разница?

Недавно журналисты и пользователи социальных сетей были очарованы большими кусками металла, называемыми монолитами , внезапно появляющимися и столь же внезапно исчезающими по всему миру.

Очередной монолит появился на пляже в Англии https://t.co/1kB7Pz5Bgq pic.twitter.com/huUwolhYCF

— Mashable (@mashable) 11 декабря 2020 г.

Хотя кажется, что эти загадочные объекты могут быть просто частью какого-то рекламного трюка или маркетинговой схемы, они вдохновили людей задать один важный вопрос: что, черт возьми, такое монолит ? Имеет ли это отношение к мегалиту ?

Эти странные структуры не могут быть признаком инопланетной жизни, но они предоставили прекрасную возможность стереть старые знания о греческих корнях и разгадать тайну того, что на самом деле представляет собой монолит .

Что такое монолит ?

Согласно определению, монолит — это «обелиск, колонна, большая статуя и т. Д., Образованный из единого каменного блока» или «единый блок или кусок камня значительного размера, особенно когда он используется в архитектуре или скульптура. » Судя по тому, что мы слышали от людей, которые видели загадочные объекты вблизи или разбирали их, недавние постройки определенно квалифицируются как монолиты .

Пожалуй, самый известный монолит из популярной культуры — это таинственный черный монолит , который появляется в начале научно-фантастического фильма Стэнли Кубрика 1968 года « 2001: Космическая одиссея ». В фильме этот причудливый инопланетный артефакт дает начало эволюции человека от обезьяны. Монолит не появляется в фильме более чем на мгновение, но он оставил неизгладимое впечатление на многих поклонников научной фантастики.

Слово монолит также используется в переносном смысле при обсуждении всех разновидностей чего-либо, как если бы они были единым целым.Часто мы предостерегаем от чрезмерного упрощения идей, действуя так, как если бы существовал один-единственный монолит , который действует как объединитель, хотя на самом деле такой вещи не существует. Например, мы знаем, что религия христианства (как и многие другие религии) имеет множество различных ветвей или деноминаций, а не представляет собой монолитный набор убеждений, которых придерживается каждый христианин на Земле. В качестве другого примера, философия феминизма — это не монолит , в котором все феминистки разделяют определенный набор идей, а общая философия, в которой у каждой отдельной феминистки есть свои личные идеи и убеждения относительно самого феминизма.

Этот метафорический смысл монолита также часто используется, когда речь идет о политике и демографии. Например, чернокожие и латиноамериканские избиратели — это не монолитов , которые все голосуют одинаково. Напротив, эти группы неоднородны, с разными и разнообразными потребностями, приоритетами, убеждениями, мнениями и опытом. Американец кубинского происхождения во Флориде может голосовать совсем не так, как американец мексиканского происхождения, проживающий в Техасе, точно так же, как чернокожий избиратель, живущий в центре Детройта, может голосовать совсем иначе, чем чернокожий избиратель, живущий в пригороде Калифорнии.

Откуда берутся монолит ?

Каким бы загадочным ни был монолит , происхождение этого слова на самом деле довольно простое: оно происходит от греческого слова monólithos, , означающего «сделанный из одного камня», и образовано из комбинации корней mono — и -лит.

Корень mono- означает «один» и используется в большом количестве слов, которые относятся к элементу, который включает только одну вещь или состоит только из одного объекта.Мы рассмотрим несколько примеров слов, которые используют mono- в этой статье, например, — (вера в то, что есть только один Бог) и monorail (транспортное средство, использующее только одну рельсу).

Тем не менее, mono- появляется во многих других словах, таких как monopoly (ситуация, в которой одно лицо или компания имеет исключительный контроль над чем-либо) и mono- (произведение искусства, которое использует несколько оттенков только одного цвета). При использовании перед гласной, mono- сокращается до mon- , как в слове monocle (очки, закрывающие только один глаз).

Корень -lith — это комбинационная форма, которая означает «камень» и используется в словах, имеющих какое-то отношение к камню или скалам. Например, -lith встречается в словах Paleolithic («старый камень») и Neolithic («новый камень»), которые археологи используют, говоря о разных периодах каменного века. Корень -lith также встречается в слове мегалит, — слове, которое мы уделим немного времени, чтобы рассмотреть его более внимательно.

Что такое мегалит ?

Согласно определению, мегалит — это «камень большого размера, особенно в древних строительных работах, таких как циклопическая кладка, или в останках доисторического неолита, как дольмены или менгиры.”

Хотя это определение дает несколько примеров, стоит также отметить, что огромные камни, составляющие памятник Стоунхендж, также являются мегалитами . Древние памятники, такие как Стоунхендж, состоящие из массивных мегалитов , относятся к мегалитическим памятникам.

мега- в мегалите означает «огромный» или «аномально большой», и мы используем этот корень во многих словах для обозначения огромных или гигантских вещей. В этой статье мы исследуем некоторые примеры, такие как мегацерковь (очень большая церковь) и мегафауна (очень большие животные). Mega- также используется другими словами, например, megavitamin (что-то, что содержит большое количество витаминов) и megaphone (устройство, издающее большой шум).

Есть какие-то мега ощущений прямо сейчас? Узнайте, чувствуете ли вы прилив дофамина или сератонина здесь!

Еще примеры -lith

Другой пример -lith , относящегося к камню, можно увидеть в слове bilith, — структуре, которая образована из двух ( bi -) камней (- lith ).Однако корень -lith используется не только для обозначения настоящих камней и камней. Он также широко используется в медицине для обозначения камнеобразных отложений в организме, таких как нефролит («камень в почках»).

В этой статье вы можете найти больше примеров слов, в которых используется -lith , например, слова gastrolith (каменная концентрация в желудке) и tonsillolith (каменная концентрация в миндалинах). Другие слова, в которых используется -lith , включают реголит (порода, обнаруженная в мантии земли) и ринолит (подобная камню концентрация в носовой полости).

Однако этот корень появляется не только в конце слова. Некоторые слова, которые используют в качестве префикса lith- , включают lithectomy (операция по удалению камней из органов или протоков) и lithify (превращение чего-либо в камень).

В совокупности монолит представляет собой структуру, состоящую из одного камня, а мегалит — очень большой камень. Хотя эти два термина могут частично совпадать при обсуждении особенно большого монолита , эти два слова почти всегда относятся к разным типам объектов.Слово мегалит , в частности, обычно используется для описания очень старых или доисторических памятников.

монолитный — определение и значение

Выбор

слов — Какой антоним словосочетания «монолитная» и «монолитная архитектура»?

Противоположность монолитному конечно же полилиту .

Эти термины используются в отношении мегалитической архитектуры и сооружений. Вместо того, чтобы ссылаться на что-то, состоящее из одного камня , это нечто, состоящее из нескольких или даже многих камней.Википедия сообщает, что:

Типы мегалитических сооружений можно разделить на две категории: «Полилитический тип» и «Монолитный тип».

Примеры монолитных типов включают статуи и стоячие камни, в том числе Стоунхендж. Примеры полилитических типов включают дольмены, пирамиды из камней и курганы.

Соответствующие греческие корни для этих терминов:

• μέγα- (мега-) означает большой, большой, большой
• λίθος (lithos) означает камень
• μόνο- (моно-) означает одиночный, один
• πολυ- (поли-) означает несколько, много

В той мере, в какой это применимо к дизайну и архитектуре программного обеспечения, можно увидеть, как он относится к чему-то со множеством взаимозаменяемых частей, а не к одной гигантской программе.Философия Unix поощряет полилитическое проектирование , потому что поощряет небольшие инструменты, каждый из которых хорошо выполняет одну задачу, но может быть объединен разными способами. Эрик Раймонд частично резюмирует их как:

• Правило модульности : Разработчики должны создавать программу из простых частей, соединенных четко определенными интерфейсами, чтобы проблемы были локальными, а части программы можно было заменить в будущих версиях для поддержки новых функций.Это правило направлено на экономию времени на отладку сложного, длинного и нечитабельного кода.
• Правило ясности : Разработчики должны писать программы так, как будто самое важное общение идет с разработчиками, включая его самого, которые будут читать и поддерживать программу, а не компьютер. Это правило направлено на то, чтобы сделать код читаемым и понятным для тех, кто будет работать над кодом в будущем.
• Правило состава : Разработчики должны писать программы, которые могут легко взаимодействовать с другими программами.Это правило направлено на то, чтобы позволить разработчикам разбивать проекты на небольшие простые программы, а не на слишком сложные монолитные программы.
• Правило разделения : Разработчики должны отделить механизмы программ от политик программ; один из методов состоит в том, чтобы разделить программу на интерфейсный интерфейс и внутренний механизм, с которым взаимодействует интерфейс. Это правило направлено на изменение политик без дестабилизации механизмов и, как следствие, уменьшения количества ошибок.
• Правило простоты : Разработчикам следует проектировать с учетом простоты, ища способы разбить программные системы на небольшие, легко взаимодействующие части. Это правило направлено на то, чтобы отвратить разработчиков от стремления писать «замысловатые и красивые сложности», которые на самом деле являются программами, подверженными ошибкам.

Есть и другие принципы, но самые важные. Полилитический дизайн Unix — это то, что делает командную строку (и сценарии оболочки) такой мощной, как так красноречиво описывает Нил Стивенсон в своем убедительном эссе « In the Beginning».. . Была командная строка ».

Эти принципы полилитической архитектуры также могут быть применены к объектно-ориентированному проектированию, когда у вас есть множество взаимодействующих, взаимодействующих классов, которые можно многократно комбинировать полезными способами. Один сайт описывает это как:

Как правило, полилитический дизайн задается, когда [часть] программного обеспечения предоставляет большое количество различных классов. Каждый класс предоставляет лишь небольшую функциональность. Эти разделенные классы объединяются с помощью нескольких методов программирования, таких как наследование или общие концепции.

Большое разделение позволяет разработчикам выборочно изменять или манипулировать существующими функциями. Кроме того, высокая абстракция объектов вынуждает разработчика реализовывать хорошо продуманные компоненты, которые также могут работать правильно при изменении других компонентов. Как правило, это приводит к ясной, гибкой и продуманной архитектуре. Кроме того, код отдельных классов менее сложен.

При проектировании системы полилитических классов с высокой степенью взаимозаменяемости традиционные отношения подкласс-суперкласс могут стать в лучшем случае обременительными.По этой причине современные языки программирования часто прибегают к широко известному порядку разрешения методов «C3», который по существу обеспечивает разрешение методов в ширину.

Вместо того, чтобы иметь просто суперкласс над вами в графе наследования, у вас также есть «следующий» класс справа от вас, что-то больше похоже на родственный или двоюродный класс, чем на родительский класс. Это часто работает лучше для этих причудливых проектов полилитических классов, чем может быть достигнуто при ограничениях старой установки подкласс-суперкласс.Это связано с тем, что аспект взаимозаменяемости улучшен, так что вам не нужно извлекать n ² новых классов только потому, что у вас есть n классов, которые вы хотите взаимодействовать с n другими классами, и когда вы ограничивается их взаимодействием через отношения родитель-ребенок вместо отношений между братьями и сестрами (или двоюродным братом, или дядей-племянником и т. д.).

Вы также можете рассмотреть возможность изучения миксинов, утиной печати и ролевого программирования для более гибких подходов к дизайну полилитических объектов.

Monolithic Kernel и ключевые отличия от Microkernel

Monolithic Kernel и ключевые отличия от Microkernel

Помимо микроядра, Monolithic Kernel является еще одной классификацией ядра. Как и микроядро, оно также управляет системными ресурсами между приложением и оборудованием, но пользовательских сервисов и ядерных сервисов реализованы в одном адресном пространстве. Это увеличивает размер ядра, таким образом, увеличивает размер операционной системы.

Это ядро ​​обеспечивает планирование ЦП, управление памятью, управление файлами и другие функции операционной системы через системные вызовы. Поскольку обе службы реализованы в одном адресном пространстве, это ускоряет выполнение операционной системы.

Ниже приведено схематическое изображение монолитного ядра:

Если какая-либо служба дает сбой, вся система дает сбой, и это один из недостатков этого ядра. Вся операционная система требует модификации, если пользователь добавляет новую услугу.

Преимущества монолитного ядра —

• Одним из основных преимуществ монолитного ядра является то, что оно обеспечивает планирование ЦП, управление памятью, управление файлами и другие функции операционной системы через системные вызовы.
• Другой заключается в том, что это один большой процесс, полностью работающий в одном адресном пространстве.