Ответы на вопросы к экзамену по ОС

Ответы на вопросы к экзамену по ОС

Назначение и функции операционной системы (ОС).

Ресурсы ВС: Время центрального процессора Память – оперативная и виртуальная Информация (файлы) Устройства хранения информации…

Многоуровневая организация ОС. Виды и назначение интерфейсов. Состав ОС.

Ядро – модули, выполняющие основные функции ОС Модули, выполняющие вспомогательные функции ОС Типы модулей (в ОС MS-DOS, Windows): исполняемые(exe, com), объектные (obj), библиотеки статической и динамической…

Критерии классификации ОС. Классификация ОС. Примеры ОС. Области применения ОС различных типов.

- По количеству одновременно решаемых задач

- По количеству пользователей

- По сферам применения (ОС рабочих станций, серверные, сетевые, офисные, мобильные, системы реального времени – жесткого и мягкого), встраиваемые, компонентные, кластерные

- Степень открытости кода (открытый код, проприетарные)

Примеры ОС: однозадачные – MS DOS, однопользовательские – MS Windows(3.1; 95;98;ME), реального времени – QNX, мобильные – Android, Windows Mobile, Symbian, с открытым исходным кодом - *nix системы.

Системы реального времени (РВ). Отличия ОС РВ от офисных ОС. Типы ОС реального времени. Примеры ОС РВ. Области применения ОС РВ.

Системы реального времени (СРВ) гарантируют выполнение задач за заданный период времени ЖРВ гарантируют заданное время выполнения всегда и везде (QNX). Системы МРВ могут отличаться тем, что гарантия решения некоторых задач может нарушаться(Cisco).

Области применения: ЖРВ – оборона, МРВ – серверные установки (телекоммуникации).

ОС семейства Microsoft Windows 1 и 2 поколений. Достоинства, недостатки. Области применения.

1986 – 1992 MS Windows 3.0, 3.1 – 3.11 • корпоративная (невытесняющая) многозадачность • графический интерфейс пользователя 640*480 пик

MS Windows 95

• графический интерфейс пользователя 1024*840 пик • 32 - разрядный код ОС • файловые системы FAT12, FAT16 и FAT32

MS Windows 98

• графический интерфейс пользователя 1024*840 пик • 32 - разрядный код ОС • файловые системы FAT12, FAT16 и FAT32

MS Windows me

• графический интерфейс пользователя 1200*1024 пик • 32 - разрядный код ОС • файловые системы FAT12, FAT16 и FAT32

MS Windows NT4

• графический интерфейс пользователя 1024*840 пикcел • 32 - разрядный код ОС • файловые системы FAT12, FAT16 и NTFS4

MS Windows 2000

• графический интерфейс пользователя 1024*840 пикcел • 32 - разрядный код и частично 64- разрядный код ОС • файловые системы FAT12, FAT16, FAT32 и NTFS5

MS Windows XP

• графический интерфейс пользователя 1024*840 пикcел • 32 - разрядный код и частично 64- разрядный код ОС • файловые системы FAT12, FAT16, FAT32 и NTFS5

MS Windows Vista

• 32 - разрядный код и 64- разрядный код ОС • файловые системы FAT16, FAT32, NTFS5, extFAT • необходимый объем ОП 1 Гб – 2 Гб

MS Windows 7

• 32 - х и 64 – х разрядный код ОС • файловые системы FAT16, FAT32, NTFS5 и extFAT • необходимый объем ОП 1 Гб – 2 Гб

MS Windows 8 и Windows RT

• ориентация на мобильные платформы • новая энергосберегающая организация управления ресурсами • 32 - х и 64 – х разрядный код ОС

Возможности командного процессора ОС MS Windows (cmd). Типы и виды команд. Формат команды. Ключи и параметры команд. Объединение команд. Конвейер.

Некоторые команды распознаются и выполняются непосредственно самим командным интерпретатором — такие команды называются внутренними(например,… Имя команды — COPY, параметры — C:myfile.txt и A:, а ключом является /V. Передача сообщений, выводимых одной программой, в качестве входных данных для другой программы называется…

Командные файлы. Оператор if, синтаксис, назначение и примеры использования в командных файлах. Встроенные функции командного процессора. Примеры использования встроенных функций.

Командный файл в Windows — это обычный текстовый файл с расширением bat или cmd, в котором записаны допустимые команды ОС (как внешние, так и внутренние), а также некоторые дополнительные инструкции и ключевые слова, придающие командным файлам некоторое сходство с программами, написанными на языке программирования.

С помощью команды IF … ELSE (ключевое слово ELSE может отсутствовать) в пакетных файлах можно выполнять обработку условий нескольких типов. При этом если заданное после IF условие принимает истинное значение, система выполняет следующую за условием команду (или несколько команд, заключенных в круглые скобки), в противном случае выполняется команда (или несколько команд в скобках), следующие за ключевым словом ELSE.

 

Циклы в командных файлах командного процессора cmd. Обработка текстовых файлов.

FOR … IN … DO … - для обработки файлов

FOR /D … IN … DO … - для всех подходящих имен каталогов

FOR /R … IN … DO … - рекурсивная обработка

FOR /L … IN … DO … - цикл со счетчиком

FOR /F … IN … DO … - поочередное открытие и обработка файлов из указанного набора

Назначение команды Findstr - поиск строк в текстовых файлах. Может использоваться вместе с регулярными выражениями.

Возможности оболочки командной строки Windows Powershell 2.0 (PS). Отличия командного процессора Windows и Windows PS. Алиасы. Командлеты. Типы командлетов и примеры их использования.

В первую очередь эта среда должна была подходить для решения задач, стоящих перед системными администраторами, а также удовлетворять требованиям разработчиков программного обеспечения, предоставляя им средства для быстрой реализации интерфейсов управления к создаваемым приложениям.

Для достижения этих целей были решены следующие задачи:

· Обеспечение прямого доступа из командной строки к объектам COM, WMI и .NET.

· Организация работы с произвольными источниками данных в командной строке по принципу файловой системы.

· Разработка интуитивно понятной унифицированной структуры встроенных команд, основанной на их функциональном назначении. В новой оболочке имена всех внутренних команд (в PowerShell они называются командлетами) соответствуют шаблону "глагол-существительное"

· Обеспечение возможности расширения встроенного набора команд.

· Организация поддержки знакомых команд из других оболочек.

· Разработка полноценной встроенной справочной системы для внутренних команд.

· Реализация автоматического завершения при вводе с клавиатуры имен команд, их параметров, а также имен файлов и папок.

· Главной особенностью среды PowerShell, отличающей ее от всех других оболочек командной строки, является то, что единицей обработки и передачи информации здесь является объект, а не строка текста.

Командлет – особый тип команд в PowerShell, представляющий собой класс, порождающий объект.

Алиас –псевдоним какой-либо команды. Узнать, какой именно командлет скрывается за знакомым псевдонимом, можно с помощью командлета Get-Alias.

Сетевые и распределенные ОС. Функциональные компоненты сетевой ОС. ОС пакетной обработки и разделения времени. Назначение. Критерии качества.

Сетевая ОС позволяет пользователю работать со своим компьютером как с автономным и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети. Основным направлением в развитии сетевых ОС является достижение наиболее высокой степени прозрачности сетевых ресурсов. В идеале, сетевая ОС должна представить пользователю сетевые ресурсы в виде ресурсов единой централизованной виртуальной машины. Такую ОС называют распределенной ОС.

Функциональные компоненты: средства управления локальными ресурсами(реализуют все функции ОС автономного компьютера); сетевые средства: серверная часть ОС, клиентская часть ОС, транспортные средства.

Системы пакетной обработки предназначены для решения в основном задач вычислительного характера, не требующих быстрого получения результата. Главной целью и критерием эффективности такой системы является максимальная пропускная способность.

Система разделения времени – форма организации вычислительного процесса, при которой сразу несколько пользователей одновременно работают на компьютере, причем каждому из них кажется, что он получил компьютер в свое распоряжение. Главной целью и критерием эффективности здесь является обеспечение удобства и эффективности работы пользователей.

 

Ядро и вспомогательные модули ОС.

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы: ядро — модули, выполняющие основные функции ОС; модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.

Архитектура ОС с ядром в привилегированном режиме.

Для надежного управления ходом выполнения приложений операционная система должна иметь по отношению к приложениям определенные привилегии. Иначе… Обеспечить привилегии операционной системе невозможно без специальных средств… Так как ядро выполняет все основные функции ОС, то чаще всего именно ядро становится той частью ОС, которая работает в…

Многослойная структура ядра ОС.

Вычислительную систему, работающую под управлением ОС на основе ядра, можно рассматривать как систему, состоящую из трех иерархически расположенных… Рис. 2.1.5. Трехслойная схема вычислительной системы

Типовые средства аппаратной поддержки ОС.

Четкой границы между программной и аппаратной реализацией функций ОС не существует — решение о том, какие функции ОС будут выполняться программно, а… средства поддержки привилегированного режима; средства трансляции адресов;

ОС с монолитным ядром. Состав монолитного ядра. Достоинства и недостатки.

Монолитное ядро — классическая и, на сегодняшний день, наиболее распространённая архитектура ядер операционных систем. Монолитные ядра предоставляют… Монолитные ядра имеют долгую историю развития и усовершенствования и, на… Монолитное ядро представляет собой набор процедур, каждая из которых может вызвать каждую. Все компоненты этого ядра…

Микроядерная архитектура ОС. Реализация системного вызова. Преимущества и недостатки микроядерной архитектуры ОС.

Суть микроядерной архитектуры состоит в следующем. В привилегированном режиме остается работать только очень небольшая часть ОС, называемая… Рис. 3.2.1.Перенос основного объема функций ядра в пользовательское пространство

Мультипроцессорная обработка. Симметричная и асимметричная архитектуры

Мультипроцессорная обработка – способ организации вычислительного процесса в системах с несколькими процессорами, при котором несколько задач могут… В настоящее время стало обычным явлением включение нескольких процессоров в… Функции поддержки мультипроцессорной обработки данных имеются во многих ОС, в том числе и такой как Windows NT.

Закон Амдала. Трудоемкость алгоритма и ее оценка. Оценка трудоемкости алгоритмов матричных операций.

Закон Амдала — иллюстрирует ограничение роста производительности вычислительной системы с увеличением количества вычислителей. Джин Амдал… По сути трудоёмкость - это оценка функции роста количества итераций при… Например, если при увеличении размера входного массива в 2 раза количество итераций алгоритма по его обработке…

Создание процессов (действия, выполняемые ОС).

• Загрузка образа процесса в ВАП • Загрузка (части) модулей, используемых процессом, в ВАП • Добавление информации о новом процессе в таблицу (список) процессов

Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования

невытесняющая многозадачность - это способ планирования процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной…   вытесняющая многозадачность - это такой способ, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного…

Цели и средства синхронизации. Классификация потоков по способу взаимодействия. Необходимость синхронизации. Примеры выполнения параллельных конкурирующих потоков, работающих с общей переменной и с наборами разделяемых данных.

Типы потоков по способу взаимодействия

• Параллельные (не взаимодействуют, не модифицируют общих ресурсов)

• Конкурирующие за получение доступа к общему ресурсу

• Сотрудничающие – совместно решаю-щие общую задачу (например, постав-щик - потребитель)

 

 

Критический участок и критическая секция. Реализация критических секций с использованием блокирующих переменных и ее недостатки.

Возникновение гонок при доступе к разделяемым данным

Реализация взаимного исключения с использованием системных функций входа в критическую секцию и выхода из нее.

 

Семафорные примитивы Дейкстра. Назначение. Примеры использования.

Семафорные примитивы Дейкстра (1965)

S – семафор; 0..1 – двоичный- конкурирующие п.

0..n – считающий – синхронизация сотрудн. потоков

 

Операции над S

Инициализация INIT(S, значение)

P(S) – S=S-1 -занять семафор

V(S) – S=S+1 – освободить семафор

Задача поставщик-потребитель и ее решение.

Синхронизация сотрудничающих потоков
(поставщик – потребитель)

Задача обедающих философов.

Пять безмолвных философов сидят вокруг круглого стола, перед каждым философом стоит тарелка спагетти. Вилки лежат на столе между каждой парой… Каждый философ может либо есть, либо размышлять. Приём пищи не ограничен… Каждый философ может взять ближайшую вилку (если она доступна), или положить — если он уже держит её. Взятие каждой…

Официант

Чтобы показать, как это решение работает, предположим, что философы обозначены от А до Д по часовой стрелке. Если философы А и В едят, то заняты…

Иерархия ресурсов

Пусть ресурсы (вилки) будут пронумерованы от 1 до 5, и каждая рабочая единица (философ) всегда берёт сначала вилку с наименьшим номером, а потом… Данное решение было предложено Дейкстрой. В то время, как иерархия ресурсов позволяет избежать взаимных блокировок, данное решение не всегда является…

Решение на основе монитора

В отсутствии блокировок, связанных с вилками, философы должны обеспечивать то, что начало принятия пищи не основывается на старой информации о… Алгоритм монитора реализует схему «проверить, взять и положить» и разделяет… Если монитор разрешает философу, желающему есть, действовать, то философ снова завладевает первой вилкой, прежде чем…

Взаимные блокировки, клинчи или тупики. Причины возникновения, проявление, последствия. Пример тупика двух потоков. Средства распознавания тупиков.

Тупикомназывается такое состояние вычислительной системы, при котором 2 или более потоков находятся в заблокированном состоянии и при этом каждый поток ожидает освобождения ресурса, занятого другим потоком

В тетраде примет тупика 2-х потоков

 

20.Функции ОС по управлению памятью. Классификация методов распределения памяти. Распределение памяти фиксированными разделами и динамическими разделами. Перемещаемые разделы.

 

 

Распределение памяти фиксированными разделами

 

 

 

Распределение памяти перемещаемыми разделами

 

 

 

 

 

Ответы на вопросы 41-50 ОС

41 Сегментное, страничное и сегментно-страничное распределение памяти. Виды фрагментации памяти. Борьба с фрагментацией. Достоинства и недостатки методов распределения памяти.

- Страничная виртуальная память организует перемещение данных между памятью и диском страницами -- частями виртуального адресного пространства, фиксированного и сравнительно небольшого размера(Страницы одинакового размера). Размер страницы обычно выбирается равным степени двойки: 512, 1024 и т.д., это позволяет упростить механизм преобразования адресов.

- Сегментная виртуальная память предусматривает перемещение данных сегментами -- частями виртуального адресного пространства произвольного размера, полученными с учетом смыслового значения данных( Сегменты разных размеров и типов.). Недостатком данного метода распределения памяти является фрагментация на уровне сегментов и более медленное по сравнению со страничной организацией преобразование адреса.

- Сегментно-страничная виртуальная память использует двухуровневое деление: виртуальное адресное пространство делится на сегменты, а затем сегменты делятся на страницы. Единицей перемещения данных здесь является страница. Этот способ управления памятью объединяет в себе элементы обоих предыдущих подходов.

 

1. Сегмент кода 11. Св-ва: возможность чтения (R)

Запись запрещена всегда. Размер. Привилегии.

Базовый адрес.

1. Сегмент данных 10. Св-ва: возможность записи(W)

Чтение разрешено всегда. Размер. Привилегии

Базовый адрес.

1. Сегмент LDT 00. Св-ва: чтение и запись НЕВОЗМ

Размер. Привилегии. Базовый адрес.

ВСЕ свойства сегмента хранятся в ДЕСКРИПТОРЕ

сегмента. ВСЕ дескрипторы хранятся в GDT или LDT

Страничное распределение

  Рис12. Страничное распределение.

Сегментное распределение

Разбиение адресного пространства на "осмысленные" части устраняет эти недостатки и называется сегментным распределением. Примеры… На этапе создания процесса, ОС создает таблицу сегментов процесса, аналогичную…  

Сегментное - страничное распределение

Виртуальная память делится на сегменты, а каждый сегмент - на страницы. Все современные ОС используют именно такой способ организации.  

Виртуальная память

Такая организация памяти позволяет данные, не используемые в настоящий момент времени, спрятать, например, на жестком диске, освободив, таким… Принцип работы виртуальной памяти