Первый период 1945–1955 гг.. Ламповые машины. Операционных систем нет

Первый период (1945–1955 гг.). Ламповые машины. Операционных систем нет

Первые шаги в области разработки электронных вычислительных машин были предприняты в конце Второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые… Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об… Вычислительная система выполняла одновременно только одну операцию (ввод-вывод или собственно вычисления). Отладка…

Третий период (начало 60-х – 1980 г.). Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС

Повышению эффективности использования процессорного времени мешает низкая скорость работы механических устройств ввода-вывода (быстрый считыватель… Вместо непосредственного чтения пакета заданий с перфокарт в память начинают… Введение техники подкачки-откачки в пакетные системы позволило совместить реальные операции ввода-вывода одного…

Четвертый период (с 1980 г. по настоящее время). Персональные компьютеры. Классические, сетевые и распределенные системы

Следующий период в эволюции вычислительных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В эти годы произошло резкое возрастание степени интеграции и снижение стоимости микросхем. Компьютер, не отличающийся по архитектуре от PDP-11, по цене и простоте эксплуатации стал доступен отдельному человеку, а не отделу предприятия или университета.

Наступила эра персональных компьютеров. Первоначально персональные компьютеры предназначались для использования одним пользователем в однопрограммном режиме, что повлекло за собой деградацию архитектуры этих ЭВМ и их операционных систем (в частности, пропала необходимость защиты файлов и памяти, планирования заданий и т. п.).

Компьютеры стали использоваться не только специалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения.

Однако рост сложности и разнообразия задач, решаемых на персональных компьютерах, необходимость повышения надежности их работы привели к возрождению практически всех черт, характерных для архитектуры больших вычислительных систем.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети компьютеров, в том числе персональных, работающих под управлением сетевых или распределенных операционных систем.

В сетевых операционных системах пользователи могут получить доступ к ресурсам другого сетевого компьютера, только они должны знать об их наличии и уметь это сделать. Каждая машина в сети работает под управлением своей локальной операционной системы, отличающейся от операционной системы автономного компьютера наличием дополнительных средств (программной поддержкой для сетевых интерфейсных устройств и доступа к удаленным ресурсам), но эти дополнения не меняют структуру операционной системы.

Распределенная система, напротив, внешне выглядит как обычная автономная система. Пользователь не знает и не должен знать, где его файлы хранятся – на локальной или удаленной машине – и где его программы выполняются. Он может вообще не знать, подключен ли его компьютер к сети. Внутреннее строение распределенной операционной системы имеет существенные отличия от автономных систем.

В дальнейшем автономные операционные системы мы будем называть классическими операционными системами.

Шесть основных функций, которые выполняли классические операционные системы в процессе эволюции:

· Планирование заданий и использования процессора.

· Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации.

· Управление памятью.

· Управление файловой системой.

· Управление вводом-выводом.

· Обеспечение безопасности

Таблица 1.1. Эволюция компьютерных информационных технологий
Параметр	50-е годы	60-е годы	70-е годы	80-е годы	Настоящее время
Цель использо­вания компью­тера (преимуще­ственно)	Научно-техни­ческие расчеты	Технические и экономические расчеты	Управление и экономиче­ские расчеты	Управление, предоставле­ние информа­ции	Телекоммуника­ции, информа­ционное об­служивание и управление
Режим ра­боты компь­ютера	Однопрограмм­ный	Пакетная обра­ботка	Разделение времени	Персональная работа	Сетевая обра­ботка
Интеграция данных	Низкая	Средняя	Высокая	Очень высокая	Сверхвысокая
Расположе­ние пользо­вателя	Машинный зал	Отдельное поме­щение	Терминальный зал	Рабочий стол	Произвольное мобильное
Тип пользо­вателя	Инженеры-программисты	Профессиональные программисты	Программисты	Пользователи с общей компью­терной подго­товкой	Мало обученные пользователи
Тип диа­лога	Работа за пультом ком­пьютера	Обмен перфоноси­телями и машино­граммами	Интерактивный (через клавиа­туру и экран)	Интерактивный с жестким меню	Интерактивный экранный типа “вопрос— ответ”

 

 

Операционная система: определение и классификация. Основные функции операционных систем.

операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений. Классификация ОС:

1)по назначению (общего назначения, специального назначения (мини ЭВМ, микро ЭВМ, ЭВМ реального времени));

2)по режиму обработки задач (однопрограммные, многопрограммные); 3)по архитектурным особенностям (микроядерные, монолитные);

4)по организации работы (однотерминальные, многотерминальные).

основные функции операционных систем.

1)Прием от пользователя (или от оператора системы) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых директив (команд) оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (получить перечень файлов в текущем каталоге, создать, переименовать, скопировать, переместить тот или иной файл и др.), хотя имеются и иные команды.

2)Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.

3)Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти.

4)Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).

5)Идентификация всех программ и данных.

6)Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений. Операционная система умеет выполнять очень большое количество системных функций (сервисов), которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования (Application Program Interface, API) этой операционной системы.

7)Обслуживание всех операций ввода-вывода.

8)Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения.

9)Обеспечение режима мультипрограммирования, то есть организация параллельного выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения.

10)Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания.

11)Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами.

12)Для сетевых операционных систем характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров.

13)Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений.

14)Аутентификация и авторизация пользователей (для большинства диалоговых операционных систем). Под аутентификацией понимается процедура проверкиимени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права(привилегии), определяющие, что он может, а что не может делать на компьютере.

15) Удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для операционных систем реального времени).

16)Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.

17)Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.

Архитектура операционной системы.

Архитектурные особенности ОС

До сих пор мы говорили о взгляде на операционные системы извне, о том, что делают операционные системы. Дальнейшая глава курса будет посвящена тому, как они это делают.

Монолитное ядро

Такая структура операционной системы называется монолитным ядром (monolithic kernel). Монолитное ядро представляет собой набор процедур, каждая из… Таким образом, монолитное ядро – это такая схема операционной системы, при… Во многих операционных системах с монолитным ядром сборка ядра, то есть его компиляция, осуществляется отдельно для…

Рис. 1.3. Слоеная система THE

Слоеные системы хорошо реализуются. При использовании операций нижнего слоя не нужно знать, как они реализованы, нужно лишь понимать, что они делают. Слоеные системы хорошо тестируются. Отладка начинается с нижнего слоя и проводится послойно. При возникновении ошибки мы можем быть уверены, что она находится в тестируемом слое.

Слоеные системы хорошо модифицируются. При необходимости можно заменить лишь один слой, не трогая остальные. Но слоеные системы сложны для разработки: тяжело правильно определить порядок слоев и что к какому слою относится. Слоеные системы менее эффективны, чем монолитные. Так, например, для выполнения операций ввода-вывода программе пользователя придется последовательно проходить все слои от верхнего до нижнего.

Микроядерная архитектура

Речь идет о подходе к построению ядра, называемом микроядерной архитектурой (microkernel architecture) операционной системы, когда большинство ее… В этом случае взаимодействие между ними обеспечивает специальный модуль ядра,… Рис. 1.5. Микроядерная архитектура операционной системы

Смешанные системы

В большинстве случаев современные операционные системы используют различные комбинации этих подходов. Так, например, ядро операционной системы Linux представляет собой монолитную… Другим примером смешанного подхода может служить возможность запуска операционной системы с монолитным ядром под…

Классификация ОС

Существует несколько схем классификации операционных систем. Ниже приведена классификация по некоторым признакам с точки зрения пользователя.

Реализация многозадачности

· многозадачные (Unix, OS/2, Windows); · однозадачные (например, MS-DOS). Многозадачная ОС, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции, полностью реализует мультипрограммный режим в…

Поддержка многопользовательского режима

По числу одновременно работающих пользователей ОС можно разделить на:

· однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x);

· многопользовательские (Windows NT, Unix).

Наиболее существенное отличие между этими ОС заключается в наличии у многопользовательских систем механизмов защиты персональных данных каждого пользователя.

Многопроцессорная обработка

В результате требований к повышению производительности появились многопроцессорные системы, состоящие из двух и более процессоров общего назначения,… Поддержка мультипроцессирования является важным свойством ОС и приводит к… Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует…

Системы реального времени

Они используются для управления различными техническими объектами или технологическими процессами. Такие системы характеризуются предельно… Столь жесткие ограничения сказываются на архитектуре систем реального времени,…

Управление заданиями. Классификация процессов.

Процесс - минимальный программный объект, обладающий собственными системными ресурсами.

1) По временным характеристикам: интерактивные, пакетные и реального времени. Время существования интерактивного процесса определяется реакцией ЭВМ на запрос обслуживания и составляет секунды. Процессы реального времени имеют гарантированное время окончания работы и время реакции мсек. Пакетные запускаются один вслед за другим и время реакции часы и более.

2) По генеалогическому признаку различают порождающие и порожденные процессы.

3) По результативности различают эквивалентные, тождественные и равные процессы. Все они имеют одинаковый конечный результат, но эквивалентные процессы могут реализовываться как на одном, так и на многих процессорах по одному или разным алгоритмам, то есть они имеют разные трассы, которые определяют порядок и длительность пребывания процесса в разных состояниях. Тождественные процессы реализуются по одной и той же программе, но имеют разные трассы.

4) По связности: взаимосвязанные, которые имеют какую-то связь (пространственно-временную, управляющую, информационную); изолированные — слабо связанные; информационно-независимые, которые используют совместные ресурсы, но имеют собственные информационные базы; взаимодействующие - имеют информационные связи и разделяют общие структуры данных; взаимосвязанные по ресурсам; конкурирующие.

5) По времени развития: последовательные, параллельные, комбинированные.

6)По месту развития: внутренние ( на ЦП), внешние ( на внешних процессорах).

7)По принадлежности ОС: системные и пользовательские.

Порядок взаимосвязи процессов определяется правилами синхронизации. Процессы могут находиться в отношении: а) предшествования — один всегда находится в активном состоянии раньше, чем другой; б) приоритетности – когда процесс может быть переведен в активное состояние только в том случае, если в состоянии готовности нет процессов с более высоким приоритетом, или процессор свободен, или на нем реализуется процесс с меньшим приоритетом; в) взаимного исключения – в процессе используется общие критический ресурс, и процессы не могут развиваться одновременно, если один из них использует критический ресурс, то другой находится в состоянии ожидания.

Управление процессами. Диаграмма состояний процесса.

В многозадачной (многопроцессной) системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний: выполнение - активное состояние процесса, во время которого процесс обладает… ожидание - пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выполняться по своим внутренним причинам,…

Планирование процессов. Понятие очереди. Планировщики.

Взаимодействие процессов. Транспортеры, очереди, сигналы, семафоры.

Транспортеры (каналы) – они являются средством взаимодействия родственных процессов, представляют собой область памяти, имеющую файловую… Очереди могут обеспечить передачу или использование общих данных без… Сигналы – это механизм передачи требования от одного процесса к другому на немедленное выполнение действия. Обработчик…

Вытесняющее и невытесняющее планирование

В случаях 1 и 2 процесс, находившийся в состоянии исполнение, не может дальше исполняться, и операционная система вынуждена осуществлять… Невытесняющее планирование используется, например, в MS Windows 3.1 и ОС Apple… Вытесняющее планирование обычно используется в системах разделения времени. В этом режиме планирования процесс может…

Алгоритмы планирования

First-Come, First-Served (FCFS) Простейшим алгоритмом планирования является алгоритм, который принято… Такой алгоритм выбора процесса осуществляет невытесняющее планирование. Процесс, получивший в свое распоряжение…

Операционная оболочка Windows3.1, Отличительные черты. Основные достоинства. Окна в Windows.

Оболочка Windows 3.1 включает в себя множество компонентов и обеспечивает пользователям различной квалификации комфортные условия работы. Версия 3.0 оболочки Windows (и появившаяся следом 3.1) исповедует совершенно… Windows представляет собой графическую оболочку. Oт пользователя не требуется ввод директив с клавиатуры в виде…

Операционные системы Windows 95/98/ME. Объектно-ориентированный подход.

ОС Windows 95. Основные особенности. Компоненты ядра. Основные достоинства.

Компоненты ядра W95. Ядро состоит из 3х компонент: User – управляет вводом с клавиатуры, от мыши и других координатных устройств,… Kernel – обеспечивает базовые функциональные возможности ОС (поддержку файлового ввода/вывода, управление виртуальной…

Основные достоинства ОС Windows 98.

2. управление питанием – сокращает время запуска ПК 3. шина USB – универсальная последовательная шина облегчает использование ПК… 4. повышение надежности. В W98 надежность ПК повышается за счет применения новых мастеров, служебных программ и…

Функции и состав операционной системы Windows 95.

2. организация файловой системы. Основной файловой системой является VFAT. Пересмотренная версия W95 OSR2 (OEM Service Release2) поддерживает… 3. поддержка технологии Plug-and-Play – предназначена для упрощения установки… 4. реестр – это иерархическая БД, в которой централизованно хранится вся информация об аппаратных средствах,…

Операционные системы Windows NT/2000/XP.

OC WinNT/2000. Задачи, поставленные при создании WinNT.

Модель безопасности Win’NT

Управление памятью W’NT.

Основные отличия Win’2000.

из инструментов Active Directory, позволяет создавать сетевые ресурсы, в которые м/входить мн-во файловых с-м на различных машинах; в стартовом меня… Windows XP — операционная система семейства Windows NT корпорации Microsoft.… В отличие от предыдущей системы Windows 2000, которая поставлялась как в серверном, так и в клиентском вариантах,…

Архитектурные модули Windows NT.

    Пользовательский режим Привилегированный режим

Системный сервис Windows NT. Исполняющая система - ядро и уровень аппаратных абстракций. Диспетчер кэша. Драйверы файловой системы. Сетевые драйверы.

Модель безопасности Windows NT.

Управление памятью Windows NT.

Основные достоинства Windows 2000.

Файловые системы. Файловые системы NTFS 4 и NTFS5. Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит… Историческим шагом явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения…

Операционные системы коллективного пользования – многопользовательские, многозадачные. Основные сведения о функционировании.

Главными функциями таких ОС являются – управление задачами и управление данными. Эти функции реализуются через формализованное средство описания…

Операционные системы с разделением времени. Основные понятия.

ОС с разделением времени на примере ОС - RSX.

Основные понятия:

Пользователь – лицо, осуществляющее запуск, контроль, остановку некоторого вычислительного процесса, протекающего независимо от других, использующего как монопольно выделяемые, так и общие ресурсы. Обязательно выделяемым ресурсом пользователя является терминал ЭВМ, используемый им для выполнения перечисленных функций. Пользователь должен быть зарегистрирован в системе, с указанием имени, фамилии, пароля, идентификатора. Пользователи разделяются на привилегированных и обычных. Первые имеют доступ ко всем ресурсам, типам программ, команд, операций, вторые – нет. Тип пользователя задается при его регистрации системным администратором. Пользовательский идентификатор(UIC) – код, состоящий из двух чисел G и N, относящий пользователя к некоторой группе и присваивающий ему номер в группе. При организации данных на внешних носителях (МД, МЛ) файлы группируются по UIC, и каждая образованная группа получает статус каталога файлов, находящегося в распоряжении данного пользователя. Задача – соответственно оформленный и зарегистрированный в системе исполнительный модуль. Физические устройства ЭВМ – регистрируются в ОС, соответствуют фактической конфигурации ЭВМ и идентифицируются кодами: групповой идентификатор, порядковый номер в группе, символ «двоеточие». Типичная физическая организация последовательного файла на МД представляет собой размещение логических записей переменной длины, разделяющихся стандартными или специально оговоренными символами – терминаторами, в физических блоках стандартной длины(0,5 r,). В общем случае одна запись может размещаться в нескольких блоках. Обозначение файла – совокупность символов, идентифицирующих файл и используемых ОС для определения адреса на внешних носителях, состоящая из следующих компонент: устройство: [g, n] имя. расширение; версия, где устройство – идентификатор устройства, [g, n] – каталог (UIC), имя – выбираемое пользователем наименование НД, расширение – идентификатор файла.

Была разработана для машин среднего класса (PDP-11, VAX). Основная особенность управляющих вычислительных машин типа PDP-11 заключатся в том, что взаимодействие между всеми устройствами, входящими в состав комплексов, осуществляется при помощи единого унифицированного интерфейса – общей шины. Данная архитектура была заимствована для ПК. Общая шина – канал через который передаются адреса, данные, управляющие сигналы на все устройства. Физически это высокочастотная магистраль для передачи данных из 56 линий. Процессор использует установленный набор сигналов для связи с памятью и внешними устройствами-> в системе отсутствуют специальные команды ввода-вывода. Для некоторых регистров процессора, регистрам внешних устройств, которые являются источником или приемником при передаче информации, на общей шине находятся соответствующие адреса. В программах адреса регистров устройств рассматриваются как адреса ячеек памяти -> к ним можно обращаться с помощью адресных инструкций. Физические устройства ЭВМ регистрируются в ОС и соответствуют физической конфигурации ЭВМ. Они могут идентифицироваться кодами, такими как групповой идентификатор, порядковый номер в группе, символ :.

Такие системы обеспечивают одновременное обслуживание многих пользователей, позволяя каждому пользователю взаимодействовать со своим заданием в режиме диалога. Эффект одновременного обслуживания достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вычислительными процессами, которые соответствуют отдельным заданиям пользователей. Операционная система предоставляет ЭВМ каждому вычислительному процессу в течение небольшого интервала времени; если вычислительный процесс не завершился к концу очередного интервала, он прерывается и помещается в очередь ожидания, уступая ЭВМ другому вычислительному процессу. ЭВМ в этих системах функционирует в мультипрограммном режиме.

Операционная система разделения времени может применяться не только для обслуживания пользователей, но и для управления технологическим оборудованием. В этом случае “пользователями” являются отдельные блоки управления исполнительными устройствами, входящими в состав технологического оборудования: каждый блок взаимодействует с определённым вычислительным процессом в течение интервала времени, достаточного для передачи управляющих воздействий на исполнительное устройство или приёма информации от датчиков.

Семейство ОС UNIX. Основные компоненты. Основные понятия.

Разработана в 1969 году как многозадачная система для мини ПК.

Основные компоненты:

1. Core – ядро системы

2. Kernel – оболочка ядра системы

3. Development system – средство разработки программ

4. Manuals – экранное руководство пользователя и программиста

5. VP/ix – эмулятор MS-DOS

6. UUSP – средства передачи данных по каналам связи

7. STREAMS – механизм сетевых протоколов

8. TCP/IP – сетевой протокол

9. NFS – сетевая файловая система

10. Ч Window – средства сетевых графических интерфейсов пользователя (GUI)

11. Looking glass – командная оболочка на базе GUI

Основные понятия:

Каждый пользователь системы имеет имя (для установления взаимодействия пользователей и начисления расходов) и пароль (для контроля входа в систему и защиты своих данных). Пользователи могут быть объединены в группы для разделения общих ресурсов. Группе пользователей присваивается имя. Один из пользователей, называемый Superuser, является администратором системы (его имя root), он регистрирует всех прочих пользователей.

Системное администрирование:

В функции администратора системы UNIX входит повседневное управление системой во всех аспектах ее существования, таких как подключение новых пользователей, управление файловой системой, изменение конфигурации и других. Имеется ряд команд, расположенных обычно в каталоге /etc, рассчитанных на управление системой (н-р, fsck, mount, chown). Как правило, каталог /etc доступен только суперпользователю, поэтому системный администратор должен обладать его правами. Суперпользователи – пользователи, выполняющие действия над системой, недоступные обычным пользователям. В каталоге /etc имеются файлы passwd и group, одна запись в которых соответствует одному пользователю и одной группе соответственно. Добавление нового пользователя осуществляется с помощью команд newuser или adduser.

Файловая система. Физическая организация FAT.

Историческим шагом явился переход к использованию централизованных систем управления файлами. С точки зрения прикладной программы, файл - это… В широком смысле понятие "файловая система" включает: 1)совокупность всех файлов на диске,

Рис. 7.13. Физическая структура файловой системы FAT

Файловая система FAT поддерживает всего два типа файлов: обычный файл и каталог. Файловая система распределяет память только из области данных, причем использует в качестве минимальной единицы дискового пространства кластер.

ОРГАНИЗАЦИЯ ФАЙЛОВ И ДОСТУП К НИМ

Запись - это наименьший элемент данных, который может быть обработан как единое целое прикладной программой при обмене с внешним устройством. Причем в большинстве ОС размер записи равен одному байту. В то время как… ОС поддерживают несколько вариантов структуризации файлов.

Последовательный файл

Обработка подобных файлов предполагает последовательное чтение записей от начала файла, причем конкретная запись определяется ее положением в файле.…

Файл прямого доступа

Здесь имеется в виду относительный номер, специфицирующий данный блок среди блоков диска, принадлежащих файлу. Естественно, что в этом случае для доступа к середине файла просмотр всего… Файл, байты которого могут быть считаны в произвольном порядке, называется файлом прямого доступа.

Другие формы организации файлов

Первый шаг в структурировании - хранение файла в виде последовательности записей фиксированной длины, каждая из которых имеет внутреннюю структуру.… Ранее использовались записи по 80 байт (это соответствовало числу позиций в… Другой способ представления файлов - последовательность записей переменной длины, каждая из которых содержит ключевое…

Операции над файлами

Операционная система должна предоставить в распоряжение пользователя набор операций для работы с файлами, реализованных через системные вызовы.

Чаще всего при работе с файлом пользователь выполняет не одну, а несколько операций. Во-первых, нужно найти данные файла и его атрибуты по символьному имени, во-вторых, считать необходимые атрибуты файла в отведенную область оперативной памяти и проанализировать права пользователя на выполнение требуемой операции. Затем следует выполнить операцию, после чего освободить занимаемую данными файла область памяти.

Основные файловые операции

 Создание файла, не содержащего данных. Смысл данного вызова - объявить, что файл существует, и присвоить ему ряд атрибутов. При этом выделяется место для файла на диске и вносится запись в каталог.

 Удаление файла и освобождение занимаемого им дискового пространства.

 Открытие файла. Перед использованием файла процесс должен его открыть. Цель данного системного вызова - разрешить системе проанализировать атрибуты файла и проверить права доступа к нему, а также считать в оперативную память список адресов блоков файла для быстрого доступа к его данным.

 Закрытие файла. Если работа с файлом завершена, его атрибуты и адреса блоков на диске больше не нужны. В этом случае файл нужно закрыть, чтобы освободить место во внутренних таблицах файловой системы.

 Позиционирование. Дает возможность специфицировать место внутри файла, откуда будет производиться считывание (или запись) данных, то есть задать текущую позицию.

 Чтение данных из файла. Обычно это делается с текущей позиции. Пользователь должен задать объем считываемых данных и предоставить для них буфер в оперативной памяти.

 Запись данных в файл с текущей позиции. Если текущая позиция находится в конце файла, его размер увеличивается, в противном случае запись осуществляется на место имеющихся данных, которые, таким образом, теряются.

Есть и другие операции, например, переименование файла, получение атрибутов файла и т. д.

ДИРЕКТОРИИ. ЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ФАЙЛОВОГО АРХИВА

Все современные файловые системы поддерживают многоуровневое именование файлов за счет наличия во внешней памяти дополнительных файлов со… Каждый каталог содержит список каталогов и/или файлов, содержащихся в данном… Число директорий зависит от системы. В ранних ОС имелась только одна корневая директория, затем появились директории…

Операции над директориями

Как и в случае с файлами, система обязана обеспечить пользователя набором операций, необходимых для работы с директориями, реализованных через системные вызовы. Несмотря на то что директории - это файлы, логика работы с ними отличается от логики работы с обычными файлами и определяется природой этих объектов, предназначенных для поддержки структуры файлового архива. Совокупность системных вызовов для управления директориями зависит от особенностей конкретной ОС. Напомним, что операции над каталогами являются прерогативой ОС, то есть пользователь не может, например, выполнить запись в каталог начиная с текущей позиции.

Некоторые операции с каталогами.

 Создание директории. Вновь созданная директория включает записи с именами '.' и '..', однако считается пустой.

 Удаление директории. Удалена может быть только пустая директория.

 Открытие директории для последующего чтения. Например, чтобы перечислить файлы, входящие в директорию, процесс должен открыть директорию и считать имена всех файлов, которые она включает.

 Закрытие директории после ее чтения для освобождения места во внутренних системных таблицах.

 Поиск. Данный системный вызов возвращает содержимое текущей записи в открытой директории. Вообще говоря, для этих целей может использоваться системный вызов Read, но в этом случае от программиста потребуется знание внутренней структуры директории.

 Получение списка файлов в каталоге.

 Переименование. Имена директорий можно менять, как и имена файлов.

 Создание файла. При создании нового файла необходимо добавить в каталог соответствующий элемент.

 Удаление файла. Удаление из каталога соответствующего элемента. Если удаляемый файл присутствует только в одной директории, то он вообще удаляется из файловой системы, в противном случае система ограничивается только удалением специфицируемой записи.

Очевидно, что создание и удаление файлов предполагает также выполнение соответствующих файловых операций. Имеется еще ряд других системных вызовов, например связанных с защитой информации.

Защита файлов

Информация в компьютерной системе должна быть защищена как от физического разрушения (reliability), так и от несанкционированного доступа (protection).

Здесь мы коснемся отдельных аспектов защиты, связанных с контролем доступа к файлам.

Контроль доступа к файлам

Обычно контролируются следующие операции: чтение, запись и выполнение. Другие операции, например копирование файлов или их переименование, также…

Списки прав доступа

Любой запрос на выполнение операции сверяется с таким списком. Основная проблема реализации данного способа - список может быть длинным. Чтобы… Для решения этих проблем создают классификации пользователей, например, в ОС…  Владелец (Owner).

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВВОДОМ-ВЫВОДОМ

Поскольку в рамках модели, принятой в данном курсе, все, что выполняется в вычислительной системе, организовано как набор процессов, эти два вида… Процессы занимаются обработкой информации и выполнением операций… Содержание понятий "обработка информации" и "операции ввода-вывода" зависит от того, с какой точки…

Вопросы для проверки

1. Назовите виды работ вычислительной системы.

2. Что понимает программист под выполнением каждого вида работ вычислительной системы?

3. Что понимает операционная система под выполнением каждого вида работ вычислительной системы?

Физические принципы организации ввода-вывода

Часть этих устройств может быть встроена внутрь корпуса компьютера, часть – вынесена за его пределы и может общаться с компьютером через различные… · кабельные, · оптоволоконные,

Общие сведения об архитектуре компьютера

В простейшем случае процессор, память и многочисленные внешние устройства связаны большим количеством электрических соединений – линий, которые в совокупности принято называть локальной магистралью компьютера.

Внутри локальной магистрали линии, служащие для передачи сходных сигналов и предназначенные для выполнения сходных функций, принято группировать в шины. При этом понятие шины включает в себя не только набор проводников, но и набор жестко заданных протоколов, определяющий перечень сообщений, который может быть передан с помощью электрических сигналов по этим проводникам.

В современных компьютерах выделяют как минимум три шины:

· шину данных, состоящую из линий данных и служащую для передачи информации между процессором и памятью, процессором и устройствами ввода-вывода, памятью и внешними устройствами;

· адресную шину, состоящую из линий адреса и служащую для задания адреса ячейки памяти или указания устройства ввода-вывода, участвующих в обмене информацией;

· шину управления, состоящую из линий управления локальной магистралью и линий ее состояния, определяющих поведение локальной магистрали. В некоторых архитектурных решениях линии состояния выносятся из этой шины в отдельную шину состояния.

Количество линий, входящих в состав шины, принято называть разрядностью (шириной) этой шины. Ширина адресной шины определяет максимальный размер оперативной памяти, которая может быть установлена в вычислительной системе. Ширина шины данных определяет максимальный объем информации, которая за один раз может быть получена или передана по этой шине.

Операции обмена информацией осуществляются при одновременном участии всех шин. Рассмотрим, к примеру, действия, которые должны быть выполнены для передачи информации из процессора в память.

В простейшем случае необходимо выполнить три действия.

1. На адресной шине процессор должен выставить сигналы, соответствующие адресу ячейки памяти, в которую будет осуществляться передача информации.

2. На шину данных процессор должен выставить сигналы, соответствующие информации, которая должна быть записана в память.

3. После выполнения действий 1 и 2 на шину управления выставляются сигналы, соответствующие операции записи и работе с памятью, что приведет к занесению необходимой информации по нужному адресу.

Естественно, что приведенные выше действия являются необходимыми, но недостаточными при рассмотрении работы конкретных процессоров и микросхем памяти.

Однако общие принципы выполнения операции записи в память остаются неизменными.

В то время как память легко можно представить себе в виде последовательности пронумерованных адресами ячеек, локализованных внутри одной микросхемы или набора микросхем, к устройствам ввода-вывода подобный подход неприменим.

Внешние устройства разнесены пространственно и могут подключаться к локальной магистрали в одной точке или множестве точек, получивших название портов ввода-вывода.

Тем не менее, точно так же, как ячейки памяти взаимно однозначно отображались в адресное пространство памяти, порты ввода-вывода можно взаимно однозначно отобразить в другое адресное пространство – адресное пространство ввода-вывода.

При этом каждый порт ввода-вывода получает свой номер или адрес в этом пространстве. В некоторых случаях, когда адресное пространство памяти (размер которого определяется шириной адресной шины) задействовано не полностью (остались адреса, которым не соответствуют физические ячейки памяти) и протоколы работы с внешним устройством совместимы с протоколами работы с памятью, часть портов ввода-вывода может быть отображена непосредственно в адресное пространство памяти (так, например, поступают с видеопамятью дисплеев).

В ситуации прямого отображения портов ввода-вывода в адресное пространство памяти действия, необходимые для записи информации и управляющих команд в эти порты или для чтения данных из них и их состояний, ничем не отличаются от действий, производимых для передачи информации между оперативной памятью и процессором, и для их выполнения применяются те же самые команды.

Если же порт отображен в адресное пространство ввода-вывода, то процесс обмена информацией инициируется специальными командами ввода-вывода и включает в себя несколько другие действия.

Например, для передачи данных в порт необходимо выполнить следующее.

· На адресной шине процессор должен выставить сигналы, соответствующие адресу порта, в который будет осуществляться передача информации, в адресном пространстве ввода-вывода.

· На шину данных процессор должен выставить сигналы, соответствующие информации, которая должна быть передана в порт.

· После выполнения действий 1 и 2 на шину управления выставляются сигналы, соответствующие операции записи и работе с устройствами ввода-вывода (переключение адресных пространств!), что приведет к передаче необходимой информации в нужный порт.

Существенное отличие памяти от устройств ввода-вывода заключается в том, что занесение информации в память является окончанием операции записи, в то время как занесение информации в порт зачастую представляет собой инициализацию реального совершения операции ввода-вывода.

Что именно должны делать устройства, приняв информацию через свой порт, и каким именно образом они должны поставлять информацию для чтения из порта, определяется электронными схемами устройств, получившими название контроллеров.

Контроллер может непосредственно управлять отдельным устройством (например, контроллер диска), а может управлять несколькими устройствами, связываясь с их контроллерами посредством специальных шин ввода-вывода (шина IDE, шина SCSI и т. д.).

Современные вычислительные системы могут иметь разнообразную архитектуру, множество шин и магистралей, мосты для перехода информации от одной шины к другой и т. п.

Для нас сейчас важными являются только следующие ключевые моменты.

· Устройства ввода-вывода подключаются к системе через порты.

· Могут существовать два адресных пространства: пространство памяти и пространство ввода-вывода.

· Порты, как правило, отображаются в адресное пространство ввода-вывода и иногда – непосредственно в адресное пространство памяти.

· Использование того или иного адресного пространства определяется типом команды, выполняемой процессором, или типом ее операндов.

· Физическим управлением устройством ввода-вывода, передачей информации через порт и выставлением некоторых сигналов на магистрали занимается контроллер устройства.

Именно единообразие подключения внешних устройств к вычислительной системе является одной из составляющих идеологии, позволяющих добавлять новые устройства без перепроектирования всей системы.

Файловая система FAT16

Чтобы прочитать файл, операционная система должна найти по имени файла запись в папке и прочитать номер первого кластера файла. Первый кластер… Чтобы записать файл, операционная система должна выполнить следующую… Операционная система действует таким таким образом, чтобы собирать цепочки из соседних кластеров по нарастанию номера.…

Файловая система FAT32

В следующей таблице приведены сравнительные характеристики файловых систем FAT16, FAT32 и NTFS. FAT16 FAT32 NTFS … Из этой таблицы видно, что файловая система NTFS является наилучшим выбором…