Тема 1. Основні концепції операційних систем

Тема 1. Основні концепції операційних систем

Мета: Ознайомитися і вивчити історію розвитку ОС. Ознайомитися з існуючими класифікаціями сучасних операційних систем. Дізнатися про функції та властивості ОС.

План

1. Історія розвитку операційних систем
2. Класифікація сучасних операційних систем
3. Функції типових операційних систем
4. Властивості операційних систем

 

Сторія розвитку операційних систем

Перші ЕОМ були побудовані і знайшли практичне застосування в 40-і роки XX… Етапи розвитку ОС :

Операційна система Unix

Ось ми і підбираємося до того, що відомо у світі як «Перша редакція UNIX». У листопаді 1971 року був опублікований перший випуск повноцінної доки по… Пізніше була повністю переписана підсистема управління оперативною і… Зібравши своїх друзів-програмістів, Біллі почав розробку власної системи на ядрі UNIX .Запихнув окрім основних функцій…

Операційна система DOS

Ця менш довга історія, ніж розвиток UNIX, почалася в 1980 році у фірмі Seattle Computer Products. Спочатку названа QDOS, ОС була модифікована і,… А тим часом, MS - DOS не помирала. Остання версія включала практично усе, що…

Операційна система OS/2

Операційна система Windows

Рівно через два роки, в листопаді 87-го вийшла Windows 2.0, через півтора роки вийшла 2.10. Нічого особливого в них не було. І ось, нарешті,… У червні 1995 уся комп'ютерна громадськість була розбурхана повідомленням… 24 серпня - дата офіційного релиза Windows 95 (інші назви: Windows 4.0, Windows Chicago).Тепер це було не просто…

Класифікація сучасних операційних систем

З одного боку, вона спирається на базове програмне забезпечення ПК, що входить в його систему BIOS, з іншого боку, вона сама є опорою для… Для того, щоб комп'ютер міг працювати, на його жорсткому диску має бути… Операційні системи розрізняються особливостями реалізації алгоритмів управління ресурсами комп'ютера, областями…

Функції типових операційних систем

· користувача (між користувачем і програмно-апаратними засобами По реалізації інтерфейсу користувача ОС підрозділяються на графічні і… · між програмним і апаратним забезпеченням

Властивості операційних систем

Многозада́чность (англ. multitasking) — властивість операційної системи або середовища програмування забезпечувати можливість паралельної (чи… Існує 2 типи багатозадачності : Процессная багатозадачність (заснована на процесах - програмах, що одночасно виконуються). Тут програма - найменший…

Тема 2. Архітектура операційних систем

Мета: вивчення архітектури операційних систем. У чому полягають переваги та недоліки різних архітектур. Програмна сумісність ОС.

План

2.1. Архітектура операційних систем

2.2. Концепція віртуальних машин

2.3. Програмна сумісність

2.4. Компоненти режиму користувача

 

Архітектура операційних систем

Будь-яка складна система повинна мати зрозумілу і раціональну структуру, тобто розділятися на частини — модулі, що мають цілком закінчене… Функціональна складність операційної системи неминуче призводить до складності… Більшість сучасних операційних систем є добре структурованими модульними системами, здатними до розвитку, розширення і…

Ядро і допоміжні модулі ОС

· ядро — модулі, що виконують основні функції ОС; · модулі, що виконують допоміжні функції ОС. Модулі ядра виконують такі базові функції ОС, як управління процесами, пам'яттю, облаштуваннями введення-виводу і т.…

Багатошарова структура ОС

Мал. 3.6. Тришарова схема обчислювальної системи  

Мікроядерна архітектура

Суть мікроядерної архітектури полягає в наступному. У привілейованому режимі залишається працювати тільки дуже невелика частина ОС, що називається… Мал. 3.10. Перенесення основного об'єму функцій ядра в призначений для користувача простір

Концепція віртуальних машин

· програмна і/або апаратна система, що емулює апаратне забезпечення деякої платформи і виконуюча програми для цієї платформи (target — цільова або… · чи що віртуалізує деяку платформу і створює на ній середовища, що ізолюють… · також, специфікація деякого обчислювального середовища (наприклад: «віртуальна машина мови програмування Сі»).

Програмна сумісність

Багато операційних систем успішно працюють на різних апаратних платформах без істотних змін у своєму складі. Багато в чому це пояснюється тим, що,… Машинно-залежні компоненти ОС Одна і та ж операційна система не може без яких-небудь змін встановлюватися на комп'ютерах, що відрізняються типом…

Компоненти режиму користувача

Розглянемо відмінність режиму користувача від режиму ядра на прикладі Windows. Для запобігання доступу додатків до критично важливих даних операційної… ПРИМІТКА В архітектурі процесора Intel x86 визначене чотири рівні привілеїв, або кілець (rings), призначених для…

Тема 3. Паралелізм в середовищі операційних систем

План 3.1. Поняття паралельного виконання процесу 3.2. Апаратна підтримка багатозадачного режиму

Поняття паралельного виконання процесу

Паралельними називаються процеси, у яких "інтервали часу виконання перекриваються за рахунок використання різних ресурсів однієї і тієї ж… Процеси, які ми розглядаємо в цій главі, є слабо пов'язаними. Це означає, що… Оскільки паралельні процеси розділяють ресурси обчислювальної системи, завдання управління паралельним виконанням є…

Апаратна підтримка багатозадачного режиму

Розрахований на багато користувачів режим - це можливість роботи декількох користувачів з базою однієї організації під різними обліковими… Під обліковим записом розуміється поєднання ідентифікаторів : ИНН організації… Розрахований на багато користувачів режим стає доступним автоматично при реєстрації абонента на сервері системи, що…

Налаштування розрахованого на багато користувачів режиму

На сервері спецоператор зв'язку реєструє обліковий запис одного користувача. Цей користувач призначається адміністратором. Саме він робить усі налаштування для інших користувачів: реєструє їх, виконує налаштування прав, редагує список користувачів.

Користувач зі свого робочого місця заходить в систему, вводить призначений адміністратором пароль і починає роботу в системі.

 

Реєстрація нового користувача

Досі ми вважали, що UNIX завжди працює в розрахованому на багато користувачів режимі. Проте періодично виникає необхідність обмежити роботу… У UNIX поняття режим виконання розширено. Зазвичай використовується термін…  

Структури, використовувані для задання процесів

Дві що належать ядру структури даних описують процес: запис в таблиці процесів і простір процесу. Таблиця процесів. Таблиця процесів містить поля, які мають бути завжди доступні ядру, а простір процесу - поля, необхідність в яких…

Переключення контекстів, оброблення переривань та проблеми керування процесами в умовах паралельного виконання

Перемикання контексту (англ. Context Switch) — у багатозадачних ОС і середовищах, процес припинення виконання процесором одного завдання (процесу,…   У процедуру перемикання контексту входить т. н. планування завдання — процес ухвалення рішення до якого завдання…

Моделі та механізми синхронізації

Процесам часто треба взаємодіяти один з одним, наприклад, один процес може передавати дані іншому процесу, або декілька процесів можуть обробляти… Мал. 2.3. Приклад необхідності синхронізації

Тема 4. Планування та диспетчеризація

План

4.1. Операції планування та диспетчеризації

4.2. Алгоритми планування

4.3. Процеси

4.4. Потоки

4.5. Завдання

Операції планування та диспетчеризації

У більшості операційних систем універсального призначення планування здійснюється динамічно (on — line), тобто рішення приймаються під час роботи… Диспетчеризація полягає в реалізації знайденого в результаті планування… Автоматичне планування і диспетчеризація (англ. Automated planning and scheduling, APS) — область завдань штучного…

Алгоритми планування

У системі передбачено 32 рівні пріоритетів. Шістнадцять значень пріоритетів (16-31) відповідають групі пріоритетів реального часу, п'ятнадцять… Мал. 6.2. Пріоритети потоків

Процеси

Потоки і процеси — це пов'язані поняття в обчислювальній техніці. Обоє представляють з себе послідовність інструкцій, які повинні виконуватися в… Процеси існують в операційній системі і відповідають тому, що користувачі… Існування декількох процесів дозволяє комп'ютеру "одночасно" виконувати декілька завдань. Існування…

Потоки

Потік даних (англ. stream) в програмуванні — абстракція, використовувана для читання або запису файлів, сокетів і т. п. в єдиній манері.

Потоки є зручним уніфікованим програмним інтерфейсом для читання або запису файлів (у тому числі спеціальних і, зокрема, пов'язаних з пристроями), сокетів і передачі даних між процесами.

Підтримка потоків включена у більшість мов програмування і чи не в усі сучасні (на 2008 рік) операційні системи.

При запуску процесу йому надаються зумовлені стандартні потоки.

Можливість перенаправлення потоків дозволяє зв'язувати різні програми, і надає системі гнучкість, що є частиною філософії Unix.

Створення потоків вимагає від ОС менших накладних витрат, ніж процесів. На відміну від процесів, які належать різним, взагалі кажучи, конкуруючим застосуванням, усі потоки одного процесу завжди належать одному застосуванню, тому ОС ізолює потоки в набагато меншій мірі, ніж процеси в традиційній мультипрограмній системі. Усі потоки одного процесу використовують загальні файли, таймери, пристрої, одну і ту ж область оперативної пам'яті, одно і те ж адресний простір. Це означає, що вони розділяють одні і ті ж глобальні змінні. Оскільки кожен потік може мати доступ до будь-якої віртуальної адреси процесу, один потік може використовувати стек іншого потоку. Між потоками одного процесу немає повного захисту, тому що, по-перше, це неможливо, а по-друге, не треба. Щоб організувати взаємодію і обмін даними, потокам зовсім не вимагається звертатися до ОС, їм досить використовувати загальну пам'ять — один потік записує дані, а інший читає їх. З іншого боку, потоки різних процесів як і раніше добре захищені один від одного.

Отже, мультипрограмування ефективніше на рівні потоків, а не процесів. Кожен потік має власний лічильник команд і стік. Завдання, оформлене у вигляді декількох потоків у рамках одного процесу, може бути виконане швидше за рахунок псевдопаралельного (чи паралельного в мультипроцесорній системі) виконання її окремих частин. Наприклад, якщо електронна таблиця була розроблена з урахуванням можливостей багатопотокової обробки, то користувач може запросити перерахунок свого робочого листа і одночасно продовжувати заповнювати таблицю. Особливо ефективно можна використовувати багатопоточність для виконання розподілених застосувань, наприклад багатопотоковий сервер може паралельно виконувати запити відразу декількох клієнтів.

Використання потоків пов'язане не лише з прагненням підвищити продуктивність системи за рахунок паралельних обчислень, але і з метою створення більше читабельних, логічних програм. Введення декількох потоків виконання спрощує програмування. Наприклад, в завданнях типу «письменник-читач» один потік виконує запис у буфер, а інший прочитує записи з нього. Оскільки вони розділяють загальний буфер, не коштує їх робити окремими процесами. Інший приклад використання потоків — управління сигналами, такими як переривання з клавіатури (del або break). Замість обробки сигналу переривання один потік призначається для постійного очікування вступу сигналів. Таким чином, використання потоків може скоротити необхідність в перериваннях призначеного для користувача рівня. У цих прикладах не таке важливе паралельне виконання, наскільки важлива ясність програми.

Найбільший ефект від введення багатопотокової обробки досягається в мультипроцесорних системах, в яких потоки, у тому числі і що належать одному процесу, можуть виконуватися на різних процесорах дійсно паралельно (а не псевдопараллельно).

 

Контрольні запитання

1. Що таке потік?
2. Чому створення потоків вимагає від ОС менших накладних витрат?
3. З чим пов'язано створення потоків?

Література

Їв.ресурс: http://ru.wikipedia.org/wiki/Поток данных

Завдання

Першим кроком є створення порожнього об'єкту завдання за допомогою функції CreateObject, яка приймає два аргументи, ім'я і атрибути захисту, і… Функція AssignProcessToJobObject просто додає процес з вказаним дескриптором в… За умовчанням новий дочірній процес, створений функцією CreateProcess, також належить завданню, якщо тільки в…

Сторія створення MS - DOS

Системні виклики, структура програми та інтерфейс користувача у DOS узяте з операційної системи CP/M, написаної у 1973 році. У 1980 році Тім… Код версії 2.0, випущеної у березні 1983 був значно переписаний Microsoft, DOS… Контрольні запитання

Як відбувається завантаження операційної системи

Завантаження операційної системи розпочинається з того, що процедура початкового завантаження робить спробу прочитати найперший сектор дискети,… Якщо ж дискети в дисководі А: взагалі немає, то BIOS читає основний… Завантажувальний запис активного розділу прочитує з диска файли IO.SYS і MSDOS.SYS і завантажує їх в оперативну…

Які існують типи дистрибутивів MS - DOS

Ми рекомендуємо вам придбати по можливості перший варіант, оскільки з ним простіше працювати. Скорочено ми називатимемо перший варіант дистрибутива… Для установки стартового варіанту вам досить перед включенням комп'ютера… Якщо диск вашого комп'ютера вже містить операційну систему MS - DOS, слід упізнати версію MS - DOS. Це можна зробити…

Чому в MS - DOS відсутні російські символи та як русифікувати MS - DOS?

Операційна система Windows, на відміну від MS - DOS, не використовує символи з ПЗП відеоадаптера. Для відображення символів, Windows використовує… Зазвичай в ПЗП відеоадаптера записаний так званий стандартний розширений набір… Для "русифікації" відеоадаптерів можна або перепрограмувати ПЗП адаптера, або використовувати спеціальні…

Тема 6. Операційна система WINDOWS

План 6.1. Робота з вікнами, переглядання вмісту комп'ютера 6.2. Інтерфейс користувача Windows

Робота з вікнами, переглядання вмісту комп'ютера

Для налаштування системи використовуються діалогові вікна, зовнішній вигляд яких стандартизовано. Розрізняють три варіанти розміру вікна, яку відображується на екрані: Стандартний розмір - займає частину площі екрана. За бажанням можна перемістити його або будь-яку його межу в інше…

Нтерфейс користувача Windows

. Діалогові вікна використовуються для налаштування режимів роботи операційної системи, обладнання, програми худе. Як правило, у діалоговому вікні представлено декілька вкладок. Кожна вкладка… Основні елементи вікна діалогу:

Файли, теки, ярлики

Файлова система визначає структуру організації файлів, методи зберігання інформації при розміщенні файлів, обмеження доступу, систему безпеки файлів… Найбільш досконалими файловими системами, що розроблені фірмою Microsoft є… Windows XP Professional підтримує роботові таких файлових систем : FAT, FAT16, FAT 32, Windows NT File System 5 (NTFS…

Складові елементи та структури даних процесу у Windows

Програми установки. Будь-яка грамотно написана програма під Windows повинна мати свій інсталятор-установник. Це може бути вбудований в ОС Microsoft… Распознаватель. При кожному запуску комп'ютера програма NTDETECT.COM і ядро… Ядро ОС. Зберігає багато відомостей в реєстрі про свою конфігурацію, у тому числі і дані про порядок завантаження…

Створення та завершення процесів у Windows

Створення процесів Створення Win32 процесу здійснюється викликом однієї з таких функцій, як… - Відкривається файл образу (EXE), який виконуватиметься в процесі. Якщо виконуваний файл не являється Win32 додатком,…

Завершення процесів

- Вхідна функція первинного потоку повернула управління. - Один з потоків процесу викликав функцію ExitProcess. - Потік іншого процесу викликав функцію TerminateProcess.

Програмний інтерфейс керування процесами Win32 API

Win32 API надає усеосяжний інтерфейс, що дозволяє виконати кожну дію декількома способами і що покриває усі області, з якими повинна працювати… Якщо заглянути в розділ MSDN Platform SDK Win32 Overview of the Win32 API,… Base Services - базові сервіси відповідають за забезпечення доступу до ресурсів комп'ютера і інтерфейс для роботи з…

Складові елементи та структури даних потоку у Windows

Після гого як потік повністю ініціалізував, CreateProcess або CreateThread перевіряє, чи не переданий їй прапор CREATE_SUSPENDED, і, якщо так,… Створивши потік в призупиненому стані, Выможете настроїти деякі його… DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);

Створення потоків у Windows

Первинний потік створюється автоматично при створенні процесу. Інші потоки створюються функціями CreateThread і CreateRemoteThread (тільки у Win…   Потік завершується якщо

Архівація інформації

У системі Windows немає вбудованих функцій для роботи з упакованими архівами, тому більшості користувачів доводиться обзаводитися спеціальними… Місткість магнітних дисків і оперативної пам'яті постійно росте, канали… Архіви: формати і інструменти.

Тема 7. Операційні системи UNIX та LINUX

План 7.1. Історія виникнення операційної системи UNIX та LINUX 7.2. Системні характеристики операційної системи UNIX

Сторія виникнення операційної системи UNIX та LINUX

Після закриття проекту співробітники Bell Labs на деякий час пересіли на створену компанією General Electrics систему GECOS. Вузькі можливості цієї… Linux - це операційна система, що є одним з варіантів (клонів) операційної… З самого початку ОС Linux поширюється на умовах вільно поширюваного програмного забезпечення (проект GNU, дивися…

Системні характеристики операційної системи UNIX

Усі користувачі ОС UNIX явно або неявно працюють з файлами. Файлова система ОС UNIX має деревовидну структуру. Проміжними вузлами дерева є каталоги… Командні мови, використовувані в ОС UNIX, досить прості, щоб нові користувачі… ОС UNIX одночасно є операційним середовищем використання існуючих застосовних програм і середовищем розробки нових…

Системні характеристики операційної системи LINUX

Linux підтримує широкий спектр програмних пакетів від TeX до X Windows, компіляторів GNU C/C++, протоколів TCP/IP. Це гнучка реалізація ОС UNIX,… Linux може будь-який персональний комп'ютер перетворити на робочу станцію.… Сьогодні Linux - це повноцінна ОС сімейства UNIX, здатна працювати з X Windows, TCP/IP, Emacs, UUCP, mail і USENET.…

Качан інсталяції операційної системи UNIX

Переконаєтеся, що усі пристрої із зовнішніми джерелами живлення, підключені до вашої системи (такі як монітор) включені. Переконаєтеся, що живлення у комп'ютера вимкнене. Якщо у вас вже запущена… Існують три завантажувальні дискети, які відповідають різним підтримуваним типам контроллерів :

Качан інсталяції операційної системи LINUX

Майте на увазі, що якщо впродовж хвилини після появи запрошення не натиснута жодна клавіша, автоматично стартує процедура установки. Щоб відмінити… Втім, для першого разу Ви все одно виберете варіант, пропонований… Після завантаження і вступного вітання програма інсталяції запропонує Вам вибрати мову, яка використовуватиметься в…

Запуск нових програм в ОС UNIX

Управління пакетами за допомогою RPM Red Hat Package Manager(RPM) - це відкрита система управління пакетами,… RPM надає кінцевому користувачеві можливість легко оновлювати систему. Установка, видалення і оновлення пакетів RPM…

Планування на підставі характеристик подальшого виконання

Основною проблемою організації розрахованого (правильніше сказати, мультипрограмного) на багато користувачів режиму у будь-якій операційній системі… Найбільш поширеним алгоритмом планування в системах розподілу часу є кільцевий…

Багаторівневі черги зі зворотним зв'язком

Політика: використовується кілька черг готових, і з різними чергами асоціюються різні пріоритети;обирається процес, що має найвищий пріоритет і… Подальшим розвитком алгоритму багаторівневих черг є додавання до нього… Для простоти розглянемо ситуацію, коли процеси в змозі готовність організовані в 4 черги, як на малюнку 3.6.…

Основні завдання забезпечення захисту інформації в операційних системах

- засоби, що забезпечують розмежування доступу до інформації в автоматизованих системах; - засоби, що забезпечують захист інформації при передачі її… Основне призначення засобів захисту першої групи - розмежування доступу до… - ідентифікацію і аутентифікацію користувачів автоматизованих систем; - розмежування доступу зареєстрованих…

Робота із системним журналом UNIX

Системні журнали починають функціонувати автоматично при запуску операційної системи. Розміри журнальних файлів обмежені, і система записує події,… Міняти конфігурацію слід залежно від ситуації. Якщо ви не вносите істотних… Фільтри

Локальна та мережна безпека даних

Цілі мережевої безпеки можуть мінятися залежно від ситуації, але основних цілей зазвичай три: · Цілісність даних. · Конфіденційність даних.

Реалізація динамічного керування пам'яттю в LINUX

Мета управління пам'яттю полягає в наданні методу, за допомогою якого пам'ять може динамічно розподілятися між різними користувачами і різними… Мінімізувати час, необхідне на управління пам'яттю Максимально збільшити доступну пам'ять для загального використання (мінімізувати її непродуктивні витрати на…

Виконуванні файли в LINUX

Файл з точки зору операційної системи є найбільшою сукупністю даних, з якою можна виконувати різні стандартні операції: копіювання, перейменування,… У Linux поняття файлу є універсальним. Всі фізичні пристрої (дисплей, принтер,… Ім 'я файлу може бути довільним, однак має задовольняти деякі обмеження. По-перше, імена файлів не можуть включати в…

Підтримка багатопроцесорності в LINUX

Малюнок 3. Слабозв'язана багатопроцесорна архітектура Побудова систем із слабозв'язаною багатопроцесорною архітектурою просто (дякує проектам ніби Beowulf), але має свої…

Сильносвязанная багатопроцесорна обробка

У CMP декілька CPU пов'язані загальною шиною з пам'яттю (кеш другого рівня), що розділяється. Кожен процесор також має свою власну швидкодіючу…    

SMP і ядро Linux

Ядро 2.6 представило новий 0(1) планувальник, який включав кращу підтримку для систем SMP. Ключовою була можливість балансувати навантаження на усе… Ядро 2.6 зберігає пару runqueue для кожного процесора (минулий і активний… З чергою завдань на кожному CPU робота може бути збалансована, даючи зважене навантаження усіх CPU в системі. Кожні…