Ф32 Операционные системы, среды и оболочки: Учеб.пособие.
Переработанное и дополненное. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та, 2005. 253 с.
Учебно-методическое пособие разработано на основе государственных общеобразовательных стандартов.
В пособии изложен материал по курсу «Операционные системы, среды и оболочки», который студенты, обучающиеся по специальности «Информационные системы в экономике», обязаны изучить при подготовке к испытаниям, установленным учебным планом.
В пособии рассмотрены следующие вопросы: назначение операционной системы, архитектура операционной системы, потоки и процессы, распределение памяти и файловые системы.
Пособие содержит описание лабораторных работ по курсу, которые предназначены для практического закрепления материала.
Оглавление
| Введение ………………………………………………………………….. | |
| 1. Назначение и функции операционной системы …………………….. | |
| 1.1 Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера…….……………………………………………….. | |
| 1.1.1. Управление процессами …………………………………... | |
| 1.1.2. Управление памятью ………………………………………. | |
| 1.1.3. Управление файлами и внешними устройствами .………. | |
| 1.1.4. Защита данных и администрирование ….………………… | |
| 1.1.5. Интерфейс прикладного программирования .……………. | |
| 1.1.6. Пользовательский интерфейс ..…………………………….. | |
| 1.2. Сетевые операционные системы ..………………………………. | |
| 1.2.1. Сетевые и распределенные ОС ..…………………………... | |
| 1.2.2. Два значения термина «сетевая ОС» ..…………………….. | |
| 1.2.3. Функциональные компоненты сетевой ОС ..……………... | |
| 1.2.4. Сетевые службы и сетевые сервисы ..…………………….. | |
| 1.2.5. Встроенные сетевые службы и сетевые оболочки ..……… | |
| 1.3. Требования к современным операционным системам …..……. | |
| 2. Архитектура операционной системы ………………………………... | |
| 2.1. Ядро и вспомогательные модули ОС …..………………………. | |
| 2.2. Ядро и привилегированный режим ……………………………… | |
| 2.3. Многослойная структура ОС …………………………………….. | |
| 2.4. Аппаратная зависимость ОС ……………………………………... | |
| 2.5. Переносимость операционной системы ……..…………………... | |
| 2.6. Микроядерная архитектура ..……………………………………... | |
| 2.6.1. Концепция ..…………………………………………………... | |
| 2.6.2. Преимущества и недостатки микроядерной архитектуры ... | |
| 2.7. Совместимость и множественные прикладные среды ..………… | |
| 2.7.1. Двоичная совместимость и совместимость исходных текстов ..………………………………………………………………….. | |
| 2.7.2. Трансляция библиотек ..……………………………………... | |
| 2.7.3. Способы реализации прикладных программных сред ..…... | |
| 3. Процессы и потоки ……………………………………………………. | |
| 3.1. Мультипрограммирование ..……………………………………… | |
| 3.1.1. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки .………………………………………………………………... | |
| 3.1.2. Мультипрограммирование в системах разделения времени …………………………………………………………………… | |
| 3.1.3. Мультипрограммирование в системах реального времени | |
| 3.2. Мультипроцессорная обработка …..……………………………. | |
| 3.3. Планирование процессов и потоков ..…………………………... | |
| 3.4. Понятия «процесс» и «поток» ..…………………………………. | |
| 3.4.1. Создание процессов и потоков .…………………………… | |
| 3.4.2. Планирование и диспетчеризация потоков .……………… | |
| 3.4.3. Состояния потока ..…………………………………………. | |
| 3.4.4. Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования …………………………………………………………….. | |
| 3.4.5. Алгоритмы планирования, основанные на квантовании ..... | |
| 3.4.6. Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах ...... | |
| 3.4.7. Смешанные алгоритмы планирования ..…………………..... | |
| 3.5. Синхронизация процессов и потоков ..…………………………... | |
| 3.5.1. Цели и средства синхронизации ..…………………………... | |
| 3.5.2. Сигналы ..……………………………………………………... | |
| 4. Управление памятью …………………………………………………. | |
| 4.1. Функции ОС по управлению памятью ..………………………..... | |
| 4.2. Типы адресов ………………………………………………………. | |
| 4.3. Алгоритмы распределения памяти …..…………………………... | |
| 4.3.1. Алгоритмы распределения без использования внешней памяти …………………………………………………………………….. | |
| 4.3.2. Алгоритмы распределения с использованием внешней памяти …………………………………….……………………………… | |
| 5. Ввод-вывод и файловая система ……………………………………... | |
| 5.1. Задачи ОС по управлению файлами и устройствами ..………..... | |
| 5.2. Специальные файлы ..……………………………………………... | |
| 5.3. Логическая организация файловой системы ..…………………... | |
| 5.3.1. Цели и задачи файловой системы ..………………………..... | |
| 5.3.2. Типы файлов ..………………………………………………... | |
| 5.3.3. Иерархическая структура файловой системы ..…………..... | |
| 5.3.4. Имена файлов ..……………………………………………….. | |
| 5.3.5. Монтирование ..……………………………………………..... | |
| 5.3.6. Атрибуты файлов ..…………………………………………... | |
| 5.3.7. Логическая организация файла ..…………………………..... | |
| 5.4. Физическая организация файловой системы ..…………………... | |
| 5.4.1. Диски, разделы, секторы, кластеры ..……………………….. | |
| 5.4.2. Физическая организация и адресация файла ..……………... | |
| 5.5. Физическая организация FAT …..………………………………... | |
| 5.6. Физическая организация s5 и ufs…………………………………. | |
| 5.7. Физическая организация NTFS …..………………………………. | |
| 5.7.1. Структура тома NTFS ..……………………………………… | |
| 5.7.2. Структура файлов NTFS ..…………………………………… | |
| 5.7.3. Каталоги NTFS …..…………………………………………… | |
| 5.8. Контроль доступа к файлам ..……………………………………... | |
| 5.8.1. Доступ к файлам как частный случай доступа к разделяемым ресурсам ……………………………………………………………. | |
| 5.8.2 . Механизм контроля доступа ..…………………………….... | |
| 5.8.3. Организация контроля доступа в ОС UNIX ..……………… | |
| 5 8.4. Организация контроля доступа в ОС Windows NT ..………. | |
| Ответы на вопросы для самопроверки …………………………………. | |
| Лабораторные работы …………………………………………………… | |
| Лабораторная работа №1 Системный реестр Windows 9X. Редактор базы данных регистрации ………………………………….. | |
| Лабораторная работа № 2 Администрирование сетевой ОС Windows XP……………………………………………………………….. | |
| Лабораторная работа № 3 Командные центры Windows 9Х …………. | |
| Лабораторная работа № 4 Установка ОС Fedora Core X. Режимы работы системы. Инсталляция приложений………….......................... | |
| Лабораторная работа № 5 Подсистемы управления ОС ……………… | |
| Лабораторная работа № 6 Файловые системы. Сетевые сервисы ОС Linux ……………………………………………………………………… | |
| Список вопросов к контрольной работе ……………………………….. | |
| Библиографический список ……………………………………………. |
ВВЕДЕНИЕ
За почти полувековой период своего существования операционные системы (ОС) прошли сложный путь, насыщенный многими важными событиями. Огромное влияние на развитие операционных систем оказали успехи в совершенствовании элементной базы и вычислительной аппаратуры, поэтому многие этапы развития ОС тесно связаны с появлением новых типов аппаратных платформ, таких как мини-компьютеры или персональные компьютеры. Серьезные эволюционные изменения операционные системы претерпели в связи с новой ролью компьютеров в локальных и глобальных сетях. Важнейшим фактором развития ОС стал Интернет. По мере того как эта сеть приобретает черты универсального средства массовых коммуникаций, ОС становятся все более простыми и удобными в использовании, включают развитые средства поддержки мультимедийной информации, снабжаются надежными средствами защиты.
Особое внимание в течение последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым операционным системам. Их дальнейшее развитие представляет одну из наиболее важных задач и в обозримом будущем.
К настоящему времени достаточно явно определились три лидера в классе корпоративных ОС: Novell NetWare 4.x, 5.х и 6.0; Microsoft Windows NT 4.0, Windows 2000 и Windows XP, а также UNIX-системы различных производителей аппаратных платформ.
В последние годы получила дальнейшее развитие долговременная тенденция повышения удобства работы человека с компьютером. Эффективность работы человека становится основным фактором, определяющим эффективность вычислительной системы в целом. Современная операционная система берет на себя выполнение задачи выбора параметров операционной среды, используя для этого различные адаптивные алгоритмы. Постоянно повышается удобство интерактивной работы с компьютером путем включения в операционную систему развитых графических интерфейсов, использующих наряду с графикой звук и видеоизображение. Пользовательский интерфейс операционной системы становится все более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения.
Уровень удобств в использовании ресурсов, которые сегодня предоставляют операционные системы изолированных компьютеров пользователям, администраторам и разработчикам приложений, для сетевых операционных систем является только заманчивой перспективой. В настоящее время пользователи и администраторы сети тратят значительное время на попытки выяснить, где находится тот или иной ресурс, а разработчики сетевых приложений прилагают много усилий для определения местоположения данных и программных модулей в сети. Операционные системы будущего должны обеспечить высокий уровень прозрачности сетевых ресурсов, взяв на себя задачу организации распределенных вычислений, превратив сеть в виртуальный компьютер.
Курс «Операционные системы, среды и оболочки» изучается студентами в третьем семестре. Курс состоит из теоретической (назначение и функции операционной системы) и практической (лабораторные занятия на компьютере) частей. Основные определения и понятия теоретической части взяты из учебника «Сетевые операционные системы» (авторы
В.Г. Олифер и Н.А. Олифер). Лабораторные работы составлены автором пособия по материалу теоретической части.
Качество усвоения материала контролируется компьютерным тестом и проверкой отчетности по лабораторным работам.
В пособии приводятся два варианта лабораторных работ, которые преподаватель может использовать в зависимости от установленного в компьютерном классе программного обеспечения.
Лабораторные работы первого варианта основываются на операционной системе Windows XX и затрагивают следующие разделы теорети-ческого курса:
администрирование ОС;
интерфейс прикладного программирования;
вспомогательные модули операционной системы;
защита информации.
Лабораторные работы второго варианта рассчитаны на операционную среду открытой ОС, совместимой с Red Hat Linux, и поэтому наиболее полно соответствуют теоретической части и требованиям рабочей программы курса. В эту часть входят разделы:
установка и режимы работы ОС Linux;
инсталляция приложений;
процессы, память, файловые системы;
серверы ОС Linux.
Практической части курса предшествуют методические указания и рекомендации по выполнению лабораторных работ.
Компьютерные тесты включают в себя вопросы для самопроверки и контрольные вопросы, приведенные в пособии. Ответы на все вопросы теста можно найти в главах пособия, а ответы на вопросы для самопроверки – в конце теоретической части курса.