Введение. Состав вычислительной системы, программного обеспечения и других программных обеспечений

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ

 

"Операционные системы и офисные приложения " для студентов направления В-

 

№	Содержание
	Введение. Состав вычислительной системы, программного обеспечения и других программных обеспечений.
	Определение операционной системы
	Основы операционных систем
	Понятие операционной системы.
	Классификация ОС.
	Понятие ресурса в ОС
	Понятие процесса в ОС.
	Организация памяти компьютера.
	Понятие файловой системы в ОС
	Сетевые операционные системы
	Операционная система Windows NT и сравнительная характеристика других сетевых ОС
	Краткий обзор современных операционных систем
	Операционная система Linux
	Сетевая операционная система реального времени QNX
	Операционные Системы Windows.
	Основные понятия информационной безопасности.

Лекция 1

План:

1. Состав вычислительной системы

2. Состав программного обеспечения

3. Системное программное обеспечение

4. Классификация других программных обеспечений

Введение

 

Как известно, процесс проникновения информационных технологий практически во все сферы человеческой деятельности продолжает развиваться и углубляться. Помимо уже привычных и широко распространенных персональных компьюте­ров, общее число которых достигло многих сотен миллионов, становится все боль­ше и встроенных средств вычислительной техники. Пользователей всей этой раз­нообразной вычислительной техники становится все больше, причем наблюдается развитие двух вроде бы противоположных тенденций. С одной стороны, инфор­мационные технологии все усложняются, и для их применения, и тем более даль­нейшего развития, требуется иметь очень глубокие познания. С другой стороны, упрощаются интерфейсы взаимодействия пользователей с компьютерами. Ком­пьютеры и информационные системы становятся все более дружественными и понятными даже для человека, не являющегося специалистом в области инфор­матики и вычислительной техники. Это стало возможным прежде всего потому, что пользователи и их программы взаимодействуют с вычислительной техникой посредством специального (системного) программного обеспечения — через опе­рационную систему.

Операционная система предоставляет интерфейсы и для выполняющихся прило­жений, и для пользователей. Программы пользователей, да и многие служебные программы запрашивают у операционной системы выполнение тех операций, ко­торые достаточно часто встречаются практически в любой программе. К таким операциям, прежде всего, относятся операции ввода-вывода, запуск или останов какой-нибудь программы, получение дополнительного блока памяти или его ос­вобождение и многие другие. Подобные операции невыгодно каждый раз програм­мировать заново и непосредственно размещать в виде двоичного кода в теле про­граммы, их удобнее собрать вместе и предоставлять для выполнения по запросу из программ. Это и есть одна из важнейших функций операционных систем. При­кладные программы, да и многие системные обрабатывающие программы (такие, например, как системы программирования или системы управления базами дан­ных), не имеют непосредственного доступа к аппаратуре компьютера, а взаимо­действуют с ней только через обращения к операционной системе. Пользователи также путем ввода команд операционной системы или выбором возможных действий, предлагаемых системой, взаимодействуют с компьютером и своими про­граммами. Такое взаимодействие осуществляется исключительно через операци­онную систему. Помимо выполнения этой важнейшей функции операционные системы отвечают за эффективное распределение вычислительных ресурсов и орга­низацию надежных вычислений.

Знание основ организации операционных систем и принципов их функциониро­вания позволяет использовать компьютеры более эффективно. Глубокое изуче­ние операционных систем позволяет применить эти знания прежде всего при со­здании программного обеспечения. Если, к большому сожалению, в нашей стране в последние годы практически не создаются новые операционные системы, то раз­работки сложных информационных систем, комплексов программ и отдельных приложений, предназначенных для работы в широко распространенных операци­онных системах, ведутся достаточно интенсивно, причем большим числом орга­низаций. И здесь знание операционных систем, принципов их функционирования, методов организации вычислений является не только желательным, но обязатель­ным.

 

Состав вычислительных систем

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно.…  

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и… По способу расположения устройств относительно центрального процессорного… Согласование между отдельными узлами и блоками выполняют с помощью переходных аппаратно-логических устройств,…

Программное обеспечение

Программы – это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Даже если… Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи… Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и…

Классификация прикладных программного обеспечения

 

Текстовые редакторы. Основные функции этого класса прикладных программ заключается в вводе и в редактировании текстовых данных. Дополнительные функции состоят в автоматизации процессов ввода и редактирования. Для операций ввода, вывода и сохранения данных текстовые редакторы вызывают и используют системное программное обеспечение. Впрочем, это характерно и для всех прочих видов прикладных программ, и в дальнейшем мы не будем специально указывать на этот факт.

С этого класса прикладных программ обычно начинают знакомство с программным обеспечением и на нем отрабатывают первичные навыки взаимодействия с компьютерной системой.

Текстовые процессоры. Основное отличие текстовых процессоров от текстовых редакторов в том, что они позволяют не только вводит и редактировать текст, но и форматировать его, то есть оформлять. Соответственно, к основным средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих итоговых документ, а к дополнительным – средствам автоматизации процесса форматирования.

Современный стиль работы с документами подразумевает два альтернативных подхода – работу с бумажными документами и работу с электронными документами (по безбумажной технологии). Поэтому, говоря о форматировании документов средствами текстовых процессоров, надо иметь в виду два принципиальных разных направления – форматирование документов, предназначенных для печати, и форматирование электронных документов, предназначенных для отображения на экране. Приемы и методы в этих случаях существенно различаются и текстовые процессоры, хотя многие из них успешно сочетают оба подхода.

Графические редакторы. Это обширный класс программ, предназначенных для создания и (или) обработки графических изображений. В данном классе различают следующие категории: растровые редакторы, векторные редакторы и программные средства для создания и обработки трехмерной графики (3D-редакторы).

Растровые редакторы применяют в тех случаях, когда графический объект представлен в виде комбинации точек, образующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета. Такой подход эффективен в тех случаях, когда графические изображение имеет много полутонов и информация о цвете элементов, составляющих объект, важнее, чем информация об их форме. Это характерно для фотографических и полиграфических изображений. Растровые редакторы широко применяются для обработки изображений, их ретуши, создание фотоэффектов и художественных композиций (коллажей).

Векторные редакторы отличаются от растровых способом представления данных об изображении. Элементарном объектом векторного изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно–графических работ, в которых форма линий имеет большое значение, чем информация о цвете отдельных точек, составляющих ее. В векторных редакторах каждая линия рассматривается как математическая кривая третьего порядка и соответственно, представляется не комбинацией точек, а математической формулой (в компьютере хранятся числовые коэффициенты этой формулы). Такое представление намного компактнее, чем растровое, соответственно данные занимают много меньше места, однако построение любого объекта выполняется не простым отображением точек на экране, а сопровождается непрерывным пересчетом параметров кривой в координаты экранного или печатного изображения. Соответственно, работа с векторной графикой требует более производительных вычислительных систем.

Векторные редакторы удобны для создания изображений, но практически не используются для обработки готовых рисунков. Они нашли широкое применение в рекламном бизнесе, их применяют для оформления обложек полиграфических изданий и всюду, где стиль художественной работы близок к чертежному.

Редакторы трехмерной графики используют для создания трехмерных композиций. Они имеют две характерные особенности. Во-первых, они позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности изображаемых объектов со свойствами источников освещения и, во-вторых, позволяют создавать трехмерную анимацию. Поэтому редакторы трехмерной графики нередко называют также 3D-аниматорами.

Системы управления базами данных. Базами данных называют огромные массивы данных, организованных в табличные структуры. Основными функциями систем управления базами данных являются:

· Создание пустой (незаполненной) структуры базы данных;

· Представление средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

· Обеспечение возможности доступа к данным, а также представление средств поиска и фильтрации.

Многие системы управления базами данных дополнительно представляют возможности проведения простейшего анализа данных и их обработки. В результате возможно создание новых таблиц без данных на основе имеющихся. В связи с широким распространением сетевых технологий к современным системам управления базами данных предъявляется также требование возможности работы с удаленным и распределенными ресурсами, находящимся на серверах всемирной компьютерной сети.

Электронные таблицы. Электронные таблицы представляют комплексные средства для хранения различных типов данных и их обработки. В некоторой степени они аналогичны системам управления базами данных, на основной акцент смещен не на хранение массивов данных и обеспечение к ним доступа, а на преобразование данных, причем в соответствии с их внутренним содержанием.

В отличие от баз данных, которые обычно содержат широкий спектр типов данных (от числовых и текстовых до мультимедийных), для электронных таблиц характерны повышенная сосредоточенность на числовых данных. Зато электронные таблицы предоставляют более широкий спектр методов для работы с данными числового типа.

Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме чертежно-графических работ эти системы позволяют проводить простейшие расчеты (например, расчеты прочности деталей) и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных.

Отличительная особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил, что освобождает конструктора (или архитектора) от работ нетворческого характера. Например, в машиностроении CAD-системы способны на базе сборочного чертежа изделия автоматически выполнить рабочие чертежи деталей, подготовить необходимую технологическую документацию с указанием последовательности переходов механической обработки.

Настольные издательские системы. Назначение программ этого класса состоит в автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Этот класс программного обеспечения занимает промежуточные положение между текстовыми процессорами и системами автоматизированного проектирования.

Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний, и выдачи рекомендаций по запросу пользователя. Такие системы применяют в тех случаях, когда исходные данные хорошо формализуются, но для принятия решения требуются обширные специальные знания. Характерными областями использования экспертных систем являются юриспруденция, медицина формакология, химия. По совокупности признаков заболевания медицинские экспертные системы помогают установить диагноз и назначить лекарства, дозировку и программу лечебного курса. По совокупности признаков события юридические экспертные системы могут дать правовую оценку и предложить порядок действий как для обвиняющей стороны, так и для защищающейся.

Характерной особенностью экспертных систем является их способность к саморазвитию. Исходные данные хранятся в базе знаний в виде фактов, между которыми с помощью специалистов-экспертов устанавливается определенная система отношений.

Редакторы HTML (Web-редакторы). Это особый класс редакторов, объединяющих в себе свойства текстовых и графических редакторов. Они предназначены для создания и редактирования так называемых Web-документов (Web-страниц Интернета). Web-документы – это электронные документы, при подготовке которых следует учитывать ряд особенностей, связанных с приемом/передачей информации в Интернете.

Теоретически для создания Web-документов можно использовать обычные текстовые редакторы и процессоры, а также некоторые из графических редакторов векторной графики, но Web-редакторы обладают рядом полезных функций, повышающих производительность труда Web-дизайнеров. Программы этого класса можно также эффективно использовать для подготовки электронных документов и мультимедийных изданий.

Браузеры (обозреватели, средства просмотра Web). К этой категории относятся программные средства, предназначенные для просмотра электронных документов, выполненных в формате HTML (документы этого формата используется в качестве Web-документов). Современные браузеры воспроизводят не только текст и графику. Они могут воспроизводить музыку, человеческую речь, обеспечивать прослушивание радиопередач в Интернете, просмотр видеоконференций, работу со службами электронной почты, и системой телеконференций (групп новостей) и многое другое.

Интегрированные системы делопроизводства. Представляют собой программные средства автоматизации рабочего места руководителя. К основным функциям подобных систем относятся функции создания редактирования и форматирования простейших документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация деятельности подразделений, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка по запросу оперативной и справочной информации.

Бухгалтерские системы. Это специализированные системы, сочетающие в себе функции текстовых и табличных редакторов, электронных таблиц и систем управления базами данных. Предназначены для автоматизации подготовки первичных бухгалтерских документов предприятия и их учета, для ведения счетов плана бухгалтерского учета, а также для автоматической подготовки регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, принятой для предоставления в налоговые органы, внебюджетные фонды и органы статистического учета. Несмотря на то что теоретически все функции, характерные для бухгалтерских систем, можно исполнять и другими вышеперечисленными программными средствами, использование бухгалтерских систем удобно благодаря интеграции разных средств в одной системе.

Финансовые аналитические системы. Программы этого класса используются в банковских и биржевых структурах. Они позволяют контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, товарных и сырьевых рынках, производить анализ текущих событий, готовить сводки и отчеты.

Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических работ на основе информации, полученные топографическими или аэрокосмическими методами.

Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, их монтажа, создание видеоэффектов, устранения дефектов, наложение звука, титров и субтитров.

Отдельные категории прикладных программных средств, обладающие своими развитыми внутренними системами классификации, представляют обучающие, развивающие, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особенностью этих классов программного обеспечения являются повышенные требования к мультимедийной составляющей (использование музыкальных композиций, средств графической анимации и видеоматериалов).

 

Классификация системного программного обеспечения.

 

Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью программ данного класса выполняется большинство операций, связанных с обслуживанием файловой структуры: копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов (папок), удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре. Базовые программные средства, предназначенные для этой цели, обычно входят в состав программ системного уровня и устанавливаются вместе с операционной системой. Однако для повышений удобства работы с компьютером большинство пользователей устанавливают дополнительные служебные программы.

Средства сжатия данных (архиваторы). Предназначены для создание архивов. Архивирование данных упрощает их хранение за счет того, что большие группы файлов и каталогов сводятся в один архивный файл. При этом повышается и эффективность использования носителя за счет того, что архивные файлы обычно имеют повышенную плотность записи информации. Архиваторы часто используют для создания резервных копий ценных данных.

Средства просмотра и воспроизведения. Обычно для работы с файлами данных необходимо загрузить их в «родительскую» прикладную систему, с помощью которой они были созданы. Это дает возможность просматривать документы и вносить в них изменения. Но в тех случаях, когда требуется только просмотр без редактирования, удобно использовать более простые и более универсальные средства, позволяющие просматривать документы разных типов.

Средства диагностики. Предназначены для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Они выполняют необходимые проверки и выдают собранную информацию в удобном и наглядном виде. Их используют не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютерной системы.

Средства контроля (мониторинга). Программные средства контроля иногда называют мониторами. Они позволяют следить за процессами, происходящими в компьютерной системе. При этом возможны два подхода: наблюдение в реальном режиме времени или контроль с записью результатов в специальном протокольном файле. Первый подход обычно используют при изыскании путей для оптимизации работы вычислительной системы и повышения ее эффективности. Второй подход используют в тех случаях, когда мониторинг выполняется автоматически и (или) дистанционно.

Мониторы установки. Программы этой категории предназначены для контроля за установкой программного обеспечения. Необходимость в данном программном обеспечении связана с тем, что между различными категориями программного обеспечения могут устанавливаться связи. Мониторы установки следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей и позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ.

Простейшие средства управления установкой и удалением программ обычно входят в состав операционной системы и размешаются на системном уровне программного обеспечения, однако они редко бывают достаточны. Поэтому в вычислительных системах, требующие повышенной надежности, используют дополнительные служебные программы.

Средства коммуникации (коммуникационные программы). С появлением электронной связи и компьютерных сетей программы этого класса приобрели очень большое значение. Они позволяют устанавливать соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты, работу с телеконференциями (группами новостей), обеспечивают пересылку факсимильных сообщений и выполняют множество других операций в компьютерных сетях.

Средства обеспечения компьютерной безопасности. К этой весьма широкой категории относятся средства пассивной и активной защиты от несанкционированного доступа, просмотра и изменения данных.

 

Контрольные вопросы:

1. В чем видите связь между программным обеспечением и аппаратным

2. Назовите четыре основных уровня программного обеспечения вычислительных систем.

3. К какому классу относятся программы автоматизации настройки, отладки и проверки компьютерных систем.

4. К какому классу относятся операционные системы

 

Лекция 2

Определение операционной системы

План:

1. Функции ОС. ОС как расширенная машина и как система управления ресурсами.

 

ОС как расширенная машина

С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с…  

ОС как система управления ресурсами

• планирование ресурса - то есть определение, кому, когда, а для: делимых ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс; • отслеживание состояния ресурса - то есть поддержание оперативной информации… Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счете и…

Контрольные вопросы.

1. Объясните суть абстрактной машины.

2. Какие задачи решает ОС при управлении ресурсами.

Лекция 3. Основные функции операционных систем

План:

1. Эволюции вычислительных систем

2. Четыре периода развития ОС.

 

Операционная система (ОС) – это программа, которая обеспечивает возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом. Вводная лекция рассказывает о предмете, изучаемом в рамках настоящего курса. Вначале мы попытаемся ответить на вопрос, что такое ОС. Затем последует анализ эволюции ОС и рассказ о возникновении основных концепций и компонентов современных ОС. В заключение будет представлена классификация ОС с точки зрения особенностей архитектуры и использования ресурсов компьютера.

Краткая история эволюции вычислительных систем

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… Вычислительная система выполняла одновременно только одну операцию (ввод-вывод… Существенная часть времени уходила на подготовку запуска программы, а сами программы выполнялись строго…

Второй период (1955 г.–начало 60-х). Компьютеры на основе транзисторов. Пакетные операционные системы

Изменяется сам процесс прогона программ. Теперь пользователь приносит программу с входными данными в виде колоды перфокарт и указывает необходимые… Смена запрошенных ресурсов вызывает приостановку выполнения программ, в… Появляются первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизируют запуск одной программы из пакета за другой…

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… Магнитные ленты были устройствами последовательного доступа, то есть… Дальнейшее повышение эффективности использования процессора было достигнуто с помощью мультипрограммирования. Идея…

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.

Просмотрев этапы развития вычислительных систем, мы можем выделить 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

Каждая из приведенных функций обычно реализована в виде подсистемы, являющейся структурным компонентом ОС. В каждой операционной системе эти функции, конечно, реализовывались по-своему, в различном объеме. Они не были изначально придуманы как составные части операционных систем, а появились в процессе развития, по мере того как вычислительные системы становились все более удобными, эффективными и безопасными. Эволюция вычислительных систем, созданных человеком, пошла по такому пути, но никто еще не доказал, что это единственно возможный путь их развития. Операционные системы существуют потому, что на данный момент их существование – это разумный способ использования вычислительных систем.

Контрольные вопросы.

1. Укажите свойств ОС присущих каждому периоду.

2. Перечислите основные функции, которые выполняют классические ОС.

3. Роль и основные функции, выполняющиеся в организации мультипрограммирования.

 

Лекция 4. Понятие операционной системы. 4 часа.

1. Чем определяется основные возможности ОС. 2. Основные принципы построения ОС.  

Лекция 5. Классификация ОС.

Основные понятия, концепции ОС

План:

Архитектура ОС и их классификация.

Тенденции в структурном построении ОС.

Монолитная и многоуровневые системы.

Модель клиент-сервер и микроядро.

Другие классы ОС.

 

Первые программы разрабатывались непосредственно в машинных кодах. Для нот фсбовалось владеть в совершенстве архитектурой как самого микропроцессора, так и системы на ею основе. Очевидно, что переход к новой системе был связан с большими затратами на обучение. По мере развития вычислительной техники с юли выделять наиболее часто встречаю­щиеся операции и создавать для них программные модули, которые затем можно использовать в разрабатываемом ПО. Так, в 50-х п. при разработке первых систем программирования вначале создавали модули для операций ввода-вывода, после для вычисления математических операций и функций. Дальнейшее развитие привело к появлению трансляторов высокого уров­ня, которые могли подставлять вместо операторов необходимые вызовы библиотечных функций. Количество библиотек воз­растало. В итоге у разработчиков прикладного ПО отпала необходимость в подробном владении архитектурой системы. Они могли обращаться к программной подсистеме с соответствующими вызовами и получать от нее необходимые функции и сер­висы. Эта программная подсистема и является ОС.

Основные составляющие современной ОС- это ядро, подсистема ввода-вывода, командный процессор, файловая система. Ядро обеспечивает основной набор базовых функций по управлению задачами и ресурсами, их синхронизацией и взаимодей­ствием. Командный процессоробеспечивает прием и обработку команд, вызов соответствующих сервисов ОС по запросу пользователя.

 

Подсистема ввода-выводаобеспечивает выполнение задач по вводу-выводу данных с внешними устройствами. Наличие этих библиотек в ОС позволяет не встраивать их средствами систем программирования в каждую из разрабатываемых про­грамм. Системы программирования только генерируют обращения к системному коду ввода-вывода и выполняют подготовку данных. Подсистема ВВ является одной из самых сложных в силу большого числа различных устройств ввода-вывода. При этом недостаточно обеспечить эффективное управление, требуется еще и создать удобный и эффективный виртуальный ин­терфейс, позволяющий прикладным программистам абстрагироваться от специфики устройств. С другой стороны, требуется обеспечение доступа к устройствам ВВ множества параллельно выполняющихся задач. Некоторые из программ ВВ являются независимыми от устройств, и их можно применять ко многим устройствам ВВ, другое ПО, в т.ч. драйверы устройств, пред­назначены для конкретных устройств ВВ.

Файл - набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Файловая системапредостав­ляет пользователю возможность иметь дело с логическим уровнем структур данных и операций. Файловая система определя­ет способ организации данных на диске или ином носите информации. Все современные ОС имеют соответствующие систе­мы управления файлами. Она является основной в большинстве современных ОС. Благодаря СУФ все системные обрабаты­вающие программы связываются по данным. СУФ решает проблему централизованного распределения дискового простран­ства и управления данными. СУФ предоставляют пользователям широкие сервисные возможности по работе с файлами и каталогами, в тоже время скрывая от пользователя особенности дисков и других устройств ВВ. В UNIX важным является понятие монтирования дисков. Корневая файловая система и файловая система на диске существуют отдельно и никак не связаны между собой. При этом файлы гибкого диска нельзя использовать, поскольку для них неопределен путь. UNIX не позволяет присоединять к пути название диска или его номер, поскольку это приводит к нежелательной для ОС жесткой за­висимости от устройств. Системный вызов mount позволяет монтировать (присоединять) файловую систему гибкого диска к корневой файловой системе в указанное место. Еще одно понятие UNIX - специальные файлы. На самом деле это устройства ввода-вывода, которые выглядят как файлы.

Классификация ОС:

 

 

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

 

Тенденции в структурном построении ОС

Как уже отмечалось выше, для удовлетворения требований, предъявляемых к современной ОС, большое значение имеет ее структурное построение. Операционные системы прошли длительный путь развития от монолитных систем к хорошо структурированным модульным системам, способным к развитию, расширению и легкому переносу на новые платформы.

Монолитные системы

   

Рис.5.1. Монолитная структура ОС

 

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). Каждая процедура видит любую другую процедуру (в отличие от структуры, содержащей модули, в которой большая часть информации является локальной для модуля, и процедуры модуля можно вызвать только через специально определенные точки входа).

Однако даже такие монолитные системы могут быть немного структурированными. При обращении к системным вызовам, поддерживаемым ОС, параметры помещаются в строго определенные места, такие, как регистры или стек, а затем выполняется специальная команда прерывания, известная как вызов ядра или вызов супервизора. Эта команда переключает машину из режима пользователя в режим ядра, называемый также режимом супервизора, и передает управление ОС. Затем ОС проверяет параметры вызова для того, чтобы определить, какой системный вызов должен быть выполнен. После этого ОС индексирует таблицу, содержащую ссылки на процедуры, и вызывает соответствующую процедуру. Такая организация ОС предполагает следующую структуру:

1. Главная программа, которая вызывает требуемые сервисные процедуры.

2. Набор сервисных процедур, реализующих системные вызовы.

3. Набор утилит, обслуживающих сервисные процедуры. В этой модели для каждого системного вызова имеется одна сервисная процедура. Утилиты выполняют функции, которые нужны нескольким сервисным процедурам. Это деление процедур на три слоя показано на рисунке 5.2.

 

 

Рис. 5.2. Простая структуризация монолитной ОС

Многоуровневые системы

В системе ТНЕ многоуровневая схема служила, в основном, целям разработки, так как все части системы компоновались затем в общий объектный модуль. … Дальнейшее обобщение многоуровневой концепции было сделано в ОС MULTICS. В… Многоуровневый подход был также использован при реализации различных вариантов ОС UNIX.

Модель клиент-сервер и микроядра

       

Лекция 6. Понятие ресурса в ОС.

1. Понятие ресурса в ОС. 2. Классификация ресурсов по признакам. 3. Описание класс ресурсов.

Лекция 7. Процессы

План:

1. Понятие процесса.

2. Состояние процесса.

3. Операции над процессом

4. Планирование процессов.

5. Критерия планирования и алгоритмы.

 

Фундаментальным понятием для изучения работы операционных систем является понятие процессов как основных динамических объектов, над которыми системы выполняют определенные действия.

Понятие процесса

Рассматривая системы пакетной обработки, мы ввели понятие "задание" как совокупность программы, набора команд языка управления заданиями,… Термины "программа" и "задание" предназначены для описания… В ряде учебных пособий и монографий для простоты предлагается рассматривать процесс как абстракцию, характеризующую…

Состояния процесса

Как видим, каждый процесс может находиться как минимум в двух состояниях: процесс исполняется и процесс не исполняется. Диаграмма состояний процесса… Рис. 7.1. Простейшая диаграмма состояний процесса

Операции над процессами и связанные с ними понятия

Набор операций

В дальнейшем, когда мы будем говорить об алгоритмах планирования, в нашей модели появится еще одна операция, не имеющая парной: изменение приоритета… Операции создания и завершения процесса являются одноразовыми, так как…

Process Control Block и контекст процесса

Ее состав и строение зависят, конечно, от конкретной операционной системы. Во многих операционных системах информация, характеризующая процесс,…

Одноразовые операции

Сложный жизненный путь процесса в компьютере начинается с его рождения. Любая операционная система, поддерживающая концепцию процессов, должна обладать средствами для их создания. В очень простых системах (например, в системах, спроектированных для работы только одного конкретного приложения) все процессы могут быть порождены на этапе старта системы. Более сложные операционные системы создают процессы динамически, по мере необходимости. Инициатором рождения нового процесса после старта операционной системы может выступить либо процесс пользователя, совершивший специальный системный вызов, либо сама операционная система, то есть, в конечном итоге, тоже некоторый процесс.

При рождении процесса система заводит новый PCB с состоянием процесса рождение и начинает его заполнять. Новый процесс получает собственный уникальный идентификационный номер. Поскольку для хранения идентификационного номера процесса в операционной системе отводится ограниченное количество битов, для соблюдения уникальности номеров количество одновременно присутствующих в ней процессов должно быть ограничено. После завершения какого-либо процесса его освободившийся идентификационный номер может быть повторно использован для другого процесса.

Обычно для выполнения своих функций процесс-ребенок требует определенных ресурсов: памяти, файлов, устройств ввода-вывода и т. д. Существует два подхода к их выделению. Новый процесс может получить в свое распоряжение некоторую часть родительских ресурсов, возможно разделяя с процессом-родителем и другими процессами-детьми права на них, или может получить свои ресурсы непосредственно от операционной системы. Информация о выделенных ресурсах заносится в PCB.

Многоразовые операции

Одноразовые операции приводят к изменению количества процессов, находящихся под управлением операционной системы, и всегда связаны с выделением или освобождением определенных ресурсов. Многоразовые операции, напротив, не приводят к изменению количества процессов в операционной системе и не обязаны быть связанными с выделением или освобождением ресурсов.

Запуск процесса. Из числа процессов, находящихся в состоянии готовность, операционная система выбирает один процесс для последующего исполнения.

Приостановка процесса. Работа процесса, находящегося в состоянии исполнение, приостанавливается в результате какого-либо прерывания. Процессор автоматически сохраняет счетчик команд и, возможно, один или несколько регистров в стеке исполняемого процесса, а затем передает управление по специальному адресу обработки данного прерывания. На этом деятельность hardware по обработке прерывания завершается. По указанному адресу обычно располагается одна из частей операционной системы. Она сохраняет динамическую часть системного и регистрового контекстов процесса в его PCB, переводит процесс в состояние готовность и приступает к обработке прерывания, то есть к выполнению определенных действий, связанных с возникшим прерыванием.

Блокирование процесса. Процесс блокируется, когда он не может продолжать работу, не дождавшись возникновения какого-либо события в вычислительной системе. Для этого он обращается к операционной системе с помощью определенного системного вызова. Операционная система обрабатывает системный вызов (инициализирует операцию ввода-вывода, добавляет процесс в очередь процессов, дожидающихся освобождения устройства или возникновения события, и т. д.) и, при необходимости сохранив нужную часть контекста процесса в его PCB, переводит процесс из состояния исполнение в состояние ожидание.

Разблокирование процесса. После возникновения в системе какого-либо события операционной системе нужно точно определить, какое именно событие произошло. Затем операционная система проверяет, находился ли некоторый процесс в состоянии ожидание для данного события, и если находился, переводит его в состояние готовность, выполняя необходимые действия, связанные с наступлением события (инициализация операции ввода-вывода для очередного ожидающего процесса и т. п.).

Переключение контекста

Давайте для примера упрощенно рассмотрим, как в реальности может протекать операция разблокирования процесса, ожидающего ввода-вывода (см. рис.… Рис. 7.4. Выполнение операции разблокирования процесса. Использование термина "код пользователя" не…

Для корректного переключения процессора с одного процесса на другой необходимо сохранить контекст исполнявшегося процесса и восстановить контекст процесса, на который будет переключен процессор. Такая процедура сохранения/восстановления работоспособности процессов называется переключением контекста.

Понятие процесса характеризует некоторую совокупность набора исполняющихся команд, ассоциированных с ним ресурсов и текущего момента его выполнения, находящуюся под управлением операционной системы. В любой момент процесс полностью описывается своим контекстом, состоящим из регистровой, системной и пользовательской частей. В операционной системе процессы представляются определенной структурой данных – PCB, отражающей содержание регистрового и системного контекстов. Процессы могут находиться в пяти основных состояниях: рождение, готовность, исполнение, ожидание, закончил исполнение. Из состояния в состояние процесс переводится операционной системой в результате выполнения над ним операций. Операционная система может выполнять над процессами следующие операции: создание процесса, завершение процесса, приостановка процесса, запуск процесса, блокирование процесса, разблокирование процесса, изменение приоритета процесса.

 

 

Планирование процессов

Всякий раз, когда нам приходится иметь дело с ограниченным количеством ресурсов и несколькими их потребителями, будь то фонд заработной платы в…

Уровни планирования

Планирование заданий используется в качестве долгосрочного планирования процессов. Оно отвечает за порождение новых процессов в системе, определяя… В некоторых вычислительных системах бывает выгодно для повышения…

Критерии планирования и требования к алгоритмам

Независимо от поставленных целей планирования желательно также, чтобы алгоритмы обладали следующими свойствами. Были предсказуемыми. Одно и то… Многие из приведенных выше целей и свойств являются противоречивыми. Улучшая…

Параметры планирования

Все параметры планирования можно разбить на две большие группы: статические параметры и динамические параметры. Статические параметры не изменяются… К статическим параметрам вычислительной системы можно отнести предельные… К статическим параметрам процессов относятся характеристики, как правило присущие заданиям уже на этапе загрузки. …

Алгоритмы планирования

1) First-Come, First-Served - первым пришел, первым обслужен. 2) Round Robin (RR) – это вид детской карусели, это модемфицированный вид… 3) Shortest Job First (SJF) - кратчайшая работа первой.

Лекция 8. Организация памяти компьютера.

Самые простые схемы управления памятью.

План:   1.Физическая память компьютера.

Введение

Главная задача компьютерной системы – выполнять программы. Программы вместе с данными, к которым они имеют доступ, в процессе выполнения должны (по крайней мере частично) находиться в оперативной памяти. Операционной системе приходится решать задачу распределения памяти между пользовательскими процессами и компонентами ОС. Эта деятельность называется управлением памятью. Таким образом, память (storage, memory) является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления. В недавнем прошлом память была самым дорогим ресурсом.

Часть ОС, которая отвечает за управление памятью, называется менеджером памяти.

Физическая организация памяти компьютера

Основная память представляет собой упорядоченный массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер). Процессор… Вторичную память (это главным образом диски) также можно рассматривать как… Эту схему можно дополнить еще несколькими промежуточными уровнями, как показано на рис. 8.1. Разновидности памяти…

Локальность

Ключевую роль здесь играет свойство реальных программ, в течение ограниченного отрезка времени способных работать с небольшим набором адресов… Кэш процессора обычно является частью аппаратуры, поэтому менеджер памяти ОС… Адреса в основной памяти, характеризующие реальное расположение данных в физической памяти, называются физическими…

Логическая память

Схема управления памятью, поддерживающая этот взгляд пользователя на то, как хранятся программы и данные, называется сегментацией. Сегмент – область… По-видимому, вначале сегменты памяти появились в связи с необходимостью…

Связывание адресов

Связывание логического адреса, порожденного оператором программы, с физическим должно быть осуществлено до начала выполнения оператора или в момент… Рис. 8.3. Формирование логического адреса и связывание логического адреса с…

Функции системы управления памятью

Простейшие схемы управления памятью

Схема с фиксированными разделами

Самым простым способом управления оперативной памятью является ее предварительное (обычно на этапе генерации или в момент загрузки системы) разбиение на несколько разделов фиксированной величины. Поступающие процессы помещаются в тот или иной раздел. При этом происходит условное разбиение физического адресного пространства. Связывание логических и физических адресов процесса происходит на этапе его загрузки в конкретный раздел, иногда – на этапе компиляции.

Каждый раздел может иметь свою очередь процессов, а может существовать и глобальная очередь для всех разделов(см. рис. 8.4).

Эта схема была реализована в IBM OS/360 (MFT), DEC RSX-11 и ряде других систем.

Подсистема управления памятью оценивает размер поступившего процесса, выбирает подходящий для него раздел, осуществляет загрузку процесса в этот раздел и настройку адресов.

Рис. 8.4. Схема с фиксированными разделами: (a) – с общей очередью процессов, (b) – с отдельными очередями процессов

Очевидный недостаток этой схемы – число одновременно выполняемых процессов ограничено числом разделов.

Другим существенным недостатком является то, что предлагаемая схема сильно страдает от внутренней фрагментации – потери части памяти, выделенной процессу, но не используемой им. Фрагментация возникает потому, что процесс не полностью занимает выделенный ему раздел или потому, что некоторые разделы слишком малы для выполняемых пользовательских программ.

Оверлейная структура

Рис. 8.5. Организация структуры с перекрытием. Можно поочередно загружать в… Коды ветвей оверлейной структуры программы находятся на диске как абсолютные образы памяти и считываются драйвером…

Динамическое распределение. Свопинг

Выгруженный процесс может быть возвращен в то же самое адресное пространство или в другое. Это ограничение диктуется методом связывания. Для схемы… Свопинг не имеет непосредственного отношения к управлению памятью, скорее он…

Схема с переменными разделами

В принципе, система свопинга может базироваться на фиксированных разделах. Более эффективной, однако, представляется схема динамического распределения или схема с переменными разделами, которая может использоваться и в тех случаях, когда все процессы целиком помещаются в памяти, то есть в отсутствие свопинга. В этом случае вначале вся память свободна и не разделена заранее на разделы. Вновь поступающей задаче выделяется строго необходимое количество памяти, не более. После выгрузки процесса память временно освобождается. По истечении некоторого времени память представляет собой переменное число разделов разного размера

Страничная память

В самом простом и наиболее распространенном случае страничной организации памяти (или paging) как логическое адресное пространство, так и физическое… Логический адрес в страничной системе – упорядоченная пара (p,d), где p –… Описываемая схема позволяет загрузить процесс, даже если нет непрерывной области кадров, достаточной для размещения…

Сегментная и сегментно-страничная организация памяти

Программисты, пишущие на языках низкого уровня, должны иметь представление о сегментной организации, явным образом меняя значения сегментных… Каждый сегмент – линейная последовательность адресов, начинающаяся с 0.…

Понятие виртуальной памяти

Суть концепции виртуальной памяти заключается в следующем. Информация, с которой работает активный процесс, должна располагаться в оперативной… Таким образом, в наличии всех компонентов процесса в основной памяти… Возможность выполнения программы, находящейся в памяти лишь частично, имеет ряд вполне очевидных преимуществ. …

Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти

Страничная виртуальная память

Как и в случае простой страничной организации, страничная виртуальная память и физическая память представляются состоящими из наборов блоков или страниц одинакового размера. Виртуальные адреса делятся на страницы (page), соответствующие единицы в физической памяти образуют страничные кадры (page frames), а в целом система поддержки страничной виртуальной памяти называется пейджингом (paging). Передача информации между памятью и диском всегда осуществляется целыми страницами.

Ассоциативная память

Естественное решение проблемы ускорения – снабдить компьютер аппаратным устройством для отображения виртуальных страниц в физические без обращения к… Контрольные вопросы: 1. Какую структуру имеет физическая память компьютера.

Лекция 9. Файловые системы

1. Функции файловой системы. 2. Файловые системы FAT, VFAT и FAT32. 3. Основные возможности файловых систем HPFS и NTFS.

Функции файловой системы и иерархия данных

Благодаря системам управления файлами пользователям предоставляются следу­ющие возможности: □создание, удаление, переименование (и другие операции) именованных… □ работа с недисковыми периферийными устройствами как с файлами;

Файловая система FAT

□ непосредственно адресуемые участки логического диска, отведенные для раз­мещения в них файлов или их фрагментов; □ свободные области дискового пространства; □ дефектные области диска (эти области содержат дефектные участки и не га­рантируют чтение и запись данных без…

Рис. 6.1. Структура логического диска в FAT

 

Системная область логического диска создается и инициализируется при форматировании, а в последующем обновляется при работе с файловой структурой. Область данных логического диска содержит обычные файлы и файлы-каталоги; эти объект образуют иерархию, подчиненную корневому каталогу. Элемент каталога описывает файловый объект, который может быть либо обычным файлом, либо файлом-каталогом. Область данных, в отличие от системной области, доступна через пользовательский интерфейс операционной системы. Системная область состоит из следующих компонентов (расположенных в логическом адресном про­странстве друг за другом):

□ загрузочной записи (Boot Record, BR);

□зарезервированных секторов (Reserved Sectors, ResSec);

□ таблицы размещения файлов (File Allocation Table, FAT);
□корневого каталога (Root Directory, RDir).

 

Таблица размещения файлов

Таблица размещения файлов является очень важной информационной структу­рой. Можно сказать, что она представляет собой адресную карту области данных, в которой описывается и состояние каждого участка области данных, и принад­лежность его к тому или иному файловому объекту.

Всю область данных разбивают на так называемые кластеры. Кластер представля­ет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (точнее — только в области данных). Кластер — это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу (или некорневому ката­логу). Кластеры введены для того, чтобы уменьшить количество адресуемых еди­ниц в области данных логического диска.

Файловые системы VFAT и FAT32

Основными недостатками файловых систем FAT и VFAT, которые привели к разработке новой реализации файловой системы, основанной на той же идее…  

Файловая система HPFS

Принципы размещения файлов на диске, положенные в основу HPFS, увеличива­ют как производительность файловой системы, так и ее надежность и… □ размещение каталогов в середине дискового пространства; □ использование методов бинарных сбалансированных деревьев для ускорения поиска информации о файле;

Файловая система NTFS

 

Основные возможности файловой системы NTFS

При проектировании NTFS особое внимание было уделено надежности, механиз­мам ограничения доступа к файлам и каталогам, расширенной функциональнос­ти, поддержке дисков большого объема и пр. Начала разрабатываться эта система в рамках проекта OS/2 v.3, поэтому она переняла многие интересные особенности файловой системы HPFS.

 

Надежность

Поскольку NTFS разрабатывалась как файловая система для серверов, для кото­рых очень важно обеспечить бесперебойную работу без перезагрузок, в ней,…  

Ограничения доступа к файлам и каталогам

его разрешения на доступ проверяются по уже упоминавшемуся списку управле­ния доступом (ACL) для данного объекта. Если пользователь обладает…  

Расширенная функциональность

Наконец, в системах Windows 2000/XP в случае использования файловой систе­мы NTFS можно включить квотирование, при котором пользователи могут…  

Поддержка дисков большого объема

Система NTFS создавалась с расчетом на работу с большими дисками. Она уже достаточно хорошо проявляет себя при работе с томами объемом 300-400 Мбайт и выше. Чем больше объем диска и чем больше на нем файлов, тем больший выигрыш мы получаем, используя NTFS вместо FAT16 или FAT32.

 

Разрешения NTFS

Не следует путать разрешения с правами. Это совершенно разные понятия; по­дробнее об этом написано в подразделе «Модель безопасности Windows… разрешения NTFS служат, прежде всего, для защиты ресурсов от локальных… Разрешения NTFS обеспечивают высокую избирательность защиты: для каждого файла в папке можно установить свои…

Разрешения NTFS в Windows NT 4.0

Индивидуальные разрешения. Под индивидуальными разрешениями понимают набор прав, позволяющий предоставлять пользователю доступ того или иного типа.… Стандартные разрешения. Для того чтобы не использовать каждый раз сочетания… Разрешения NTFS в Windows 2000/XP

Контрольные вопросы

1. Что такое «файловая система»?

2. Объясните общие принципы устройства файловой системы FAT.

3. Изложите основные принципы работы системы FAT, VFAT, FAT32.

4. Основные возможности файловых систем HPFS и NTFS.

5. Объясните разные разрешения на доступ. (стандартные, индивидуальные, и специальные).

 

Лекция 10. Сетевые операционные системы

1. Структура сетевой операционной системы 2. Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами 3. ОС для рабочих групп и ОС для сетей масштаба предприятия

Лекция 11.Операционная система Windows NT и сравнительная характеристика других сетевых ОС

1. Характеристики ОС Windows NT 2. Службы Windows NT 3. Возможности Windows NT

Лекция 12. Краткий обзор современных операционных систем

План: 1. Семейство ОС UNIX. 2. Общая характеристика и особенности архитектуры.

Семейство операционных систем UNIX

Общая характеристика

И особенности архитектуры

Второй целью была общность. Одни и те же методы и механизмы должны были использоваться во многих случаях:   · обращение к файлам, устройствам ввода-вывода и буферам межпроцессных сообщений выполняются с помощью одних и тех же…

Виртуальная машина

Можно сказать, что про­цесс — это выполнение образа. Образ процесса состоит: · из образа памяти; · значений общих регистров процессора;

Суперпользователь

Еще одним важным отличием суперпользователя от обычного пользователя опе­рационной системы UNIX является то, что на суперпользователя не…

Интерфейс пользователя

Вызванный командный интерпретатор выдает приглашение на ввод пользовате­лем командной строки, которая может содержать простую команду, конвейер… Командные языки, используемые в UNIX, достаточно просты, чтобы новые… Поскольку в настоящее время все большее распространение получают графичес­кие интерфейсы, в операционных системах…

Процессы

Для образования нового процесса и запуска в нем программы используются два системных вызова API— fork() и exec (имя_выполняемого_файла). Системный…

Выполнение процессов

Когда пользовательскому процессу требуется выполнить системную функцию, он делает системный вызов. Фактически происходит вызов ядра системы как… В UNIX -системах организуется разделение времени (time sharing), то есть…  

Файловая система

Файл в системе UNIX представляет собой множество символов с произвольным доступом. В файле могут содержаться любые данные, помешенные туда пользова­телем, и файл не имеет никакой иной структуры, кроме той, какую создаст в нем пользователь.

Взаимодействие между процессами

· сигналы; · семафоры; · программные каналы;

Сигналы

· обработка исключительных ситуаций; · средства обработки внешних и внутренних прерываний; · средства управления системой прерываний (маскирование и демаскирование).

Лекция 13. Операционная система Linux

1. ОС Linux. 2. ОС FreeBSD 3. Основные особенности ОС Linux и FreeBSD

Операционная система FreeBSD

В противоположность Linux операционная система FreeBSD имеет такого коор­динатора — это университет и Беркли, Калифорния. Любой может изучить тексты… В частности, еще одним важным отличием FreeBSD от Linux является то, что ядро… Контрольные вопросы:

Лекция 14. Сетевая операционная система

Реального времени QNX

1. Сетевые ОС реального времени QNX и её особенности. 2. Архитектура ОС QNX. 3. Семейство ОС OS/2 Warp компоненты IBM.

Архитектура системы QNX

□ механизм передачи сообщений между процессами IPC (Inter Process Communication — взаимодействие между процессами); □ Редиректор (redirector) прерываний; □ блок планирования выполнения задач (иначе говоря, диспетчер задач);

Основные механизмы организации распределенных вычислений

 

Семейство операционных систем OS/2

Warp компании IBM

Все последние версии операционной системы OS/2 в своем названии имеют слово Warp, что переводится с английского как «основа». Операционная система… □ вытесняющая многозадачность (preemptive multitasking) и поддержка… □ по-настоящему интуитивно понятный и действительно удобный объектный пользовательский интерфейс;

Контрольные вопросы

 

1 Изложите основные архитектурные особенности операционных систем семей­ства UNIX. Попробуйте объяснить основные различия между системами UNIX и Windows.

2. Перечислите и поясните основные понятия, относящиеся к UNIX-системам.

3. Что делает системный вызов fork()? Каким образом осуществляется в опера­ционных системах семейства UNIX запуск новой задачи?

4. Расскажите об операционной системе Linux. Какие проблемы, на ваш взгляд, наиболее важны для Linux? Расскажите об основных различиях между Linux и FreeBSD.

5. Что представляет собой X-Window? Что такое оконный менеджер? Какие окон­ные менеджеры для операционной системы Linux вы знаете?

Лекция 15. Операционные

Системы Windows 9.Х.

1. Операционные системы Windows. 2. ОС Windows 9.X. 3. Архитектура и основные возможности.

Операционные системы Windows 9х. Краткая историческая справка

В те годы, когда появилась первая система Windows, а это произошло в ноябре 1985 года, наибольшее распространение имели компьютеры на базе процессора i80286.

После первой системы Windows, которая себя только обозначила, компания Microsoft в течение нескольких лет принимала активное участие в работах по созда­нию операционной системы OS/2. Кстати, операционная система Windows NT «выросла» из проекта OS/2, который имел версию 3.0.

Общие сведения

Операционные системы Windows 9х создавались для работы только на IBM-со-вместимых персональных компьютерах. Они не являются переносимыми и на дру­гих платформах (на процессорах, не совместимых с архитектурой iа32) не работа­ют. Как и для всего остального программного обеспечения от Microsoft исходные коды операционных систем закрыты, поэтому подробного описания ее архитекту­ры практически нет; имеются только многочисленные публикации о том, как сле­дует использовать эти системы.

Операционные системы семейства Windows 9х предназначены, главным образом, для домашнего, а не корпоративного применения. Уже многие годы они являются самыми распространенными в мире. Хотя они допускают возможность работы с компьютером нескольких пользователей (естественно, по очереди, поскольку сис­темы являются однотерминальными), в них не поддерживается механизм учет­ных записей, как в остальных 32-разрядных операционных системах. Каждый пользователь может иметь свое собственное рабочее окружение, то есть свой вид рабочею стола (desktop), состав панели задач (taskbar) и меню Пуск (Start), пара­метры настройки используемых программ и многое другое. Это собственное рабочее окружение называется профилем (profile), и при включении такой возможнос­ти В системном каталоге образуется вложенный каталог с именем ProFiles, в кото­ром и размещаются профили пользователей

С точки зрения базовой архитектуры операционные системы семейства Windows 9х являются 32-разрядными и мультизадачными (многопоточными) системами с вытесняющей многозадачностью. Ядра у всех этих операционных систем построе­ны по макроядерной архитектуре. Ядро состоит из трех основных компонентов: Kernel, User и GDI. Модуль Kernel обеспечивает основную функциональность опе­рационной системы, в том числе: планирование процессов; поддержку потоков выполнения; синхронизацию объектов; работу с файлами, отображаемыми на па­мять; управление памятью; файловый ввод-вывод; обработку исключений; работу консолей; Компонент User управляет вводом с клавиатуры и координатных устройств (типа мыши) и выводом через пользовательский интерфейс. Когда то или иное устройство ввода генерирует пре­рывания, обработчик прерываний, используя модель асинхронного ввода, преоб­разует их в сообщения и посылает потоку необработанного ввода, который рас­пределяет их по соответствующим очередям сообщений. Наконец, компонент ядра, называемый GDI (Graphical Device Interface— графический интерфейс устройства), представляет собой графическую подсистему, которая отвечает за прори­совку графических примитивов, операции с растровыми изображениями и взаи­модействие с аппаратно-независимыми графическими драйверами, GDI управля­ет выводом на экран, принтеры и другие устройства.

Все операционные системы Windows 9х централизованно хранят всю системную ин­формацию об аппаратных средствах, установленном системном и прикладном про­граммном обеспечении и его настройке, в том числе и индивидуальных параметрах каждого пользователя.

Организация многозадачности

Мы уже знаем, что многозадачность, в общем случае, означает способность опера­ционной системы обеспечивать совместное использование процессора… Диспетчер задач (потоков выполнения) использует следующие три механизма, с… · Динамическое изменение приоритета. Диспетчер на время может повысить или понизить приоритет того или иного потока.…

Распределение оперативной памяти

Приложения и подсистемы Windows 9х (за исключением ядра) никогда не рабо­тают с физической памятью. Разделение на виртуальную и физическую память…  

Операционные системы Windows NT/2000/XP

· микроядерная архитектура — сказалось влияние идей проекта Mach 3, выпол­ненного в университете Карнеги Меллон (Carnegie Mellon University),… · аппаратная независимость (platform independent), что должно было обеспечить… · мультипроцессорная обработка и масштабируемость (в то время операцион­ные системы семейства UNIXобеспечивали работу…

Основные особенности архитектуры

Большинство операционных систем использует такую особенность современных процессоров, как возможность работать в одном из двух режимов:… Поскольку при. создании Windows NT разработчики хотели обеспечить ее… Одним из важнейших компонентов операционных систем Windows NT/2000/XP, который появился вследствие следования…

Модель безопасности

В отличие от операционных систем семейства Windows 9х, как, впрочем, и от сис­темы OS/2, в разработке первой версии которой Microsoft тоже принимала… Права (rights) определяют уровень полномочий при работе в системе. Например,… Термин разрешение (permission) обычно применяют по отношению к конкретным объектам, таким как файлы и каталоги,…

Лекция 16. Основные понятия информационной безопасности.

План:

Обеспечение безопасности информационных систем.

Ключевые понятия информационной безопасности: конфиденциальность, целостность и доступность.

Угрозы безопасности.

Основа полагающие документы, в регламентированы основные понятия безопасности.

Базовые технологии безопасности криптографии.

Защитные механизмы ОС. Основные понятия информационной безопасности. Безопасность и защита ОС.

Введение

В октябре 1988 г. в США произошло событие, названное специалистами крупнейшим нарушением безопасности амеpиканских компьютеpных систем из когда-либо случавшихся. 23-летний студент выпускного куpса Коpнельского унивеpситета Робеpт Т. Моppис запустил в компьютеpной сети ARPANET пpогpамму, пpедставлявшую собой pедко встpечающуюся pазновидность компьютеpных виpусов – сетевых "чеpвей". В pезультате атаки был полностью или частично заблокиpован pяд общенациональных компьютеpных сетей, в частности Internet, CSnet, NSFnet, BITnet, ARPANET и несекpетная военная сеть Milnet. В итоге виpус поpазил более 6200 компьютеpных систем по всей Амеpике, включая системы многих кpупнейших унивеpситетов, институтов, пpавительственных лабоpатоpий, частных фиpм, военных баз, клиник, агентства NASA. Общий ущеpб от этой атаки оценивается специалистами минимум в 100 млн. долл. Р. Моppис был исключен из унивеpситета с пpавом повтоpного поступления чеpез год и пpиговоpен судом к штpафу в 270 тыс. долл. и тpем месяцам тюpемного заключения.

Важность решения проблемы информационной безопасности в настоящее время общепризнана, подтверждением чему служат громкие процессы о нарушении целостности систем. Убытки ведущих компаний в связи с нарушениями безопасности информации составляют триллионы долларов, причем только треть опрошенных компаний смогли определить количественно размер потерь. Проблема обеспечения безопасности носит комплексный характер, для ее решения необходимо сочетание законодательных, организационных и программно-технических мер.

Таким образом, обеспечение информационной безопасности требует системного подхода и нужно использовать разные средства и приемы – морально-этические, законодательные, административные и технические. Нас будут интересовать последние. Технические средства реализуются программным и аппаратным обеспечением и решают разные задачи по защите, они могут быть встроены в операционные системы либо могут быть реализованы в виде отдельных продуктов. Во многих случаях центр тяжести смещается в сторону защищенности операционных систем.

Есть несколько причин для реализации дополнительных средств защиты. Наиболее очевидная – помешать внешним попыткам нарушить доступ к конфиденциальной информации. Не менее важно, однако, гарантировать, что каждый программный компонент в системе использует системные ресурсы только способом, совместимым с установленной политикой применения этих ресурсов. Такие требования абсолютно необходимы для надежной системы. Кроме того, наличие защитных механизмов может увеличить надежность системы в целом за счет обнаружения скрытых ошибок интерфейса между компонентами системы. Раннее обнаружение ошибок может предотвратить "заражение" неисправной подсистемой остальных.

Политика в отношении ресурсов может меняться в зависимости от приложения и с течением времени. Операционная система должна обеспечивать прикладные программы инструментами для создания и поддержки защищенных ресурсов. Здесь реализуется важный для гибкости системы принцип – отделение политики от механизмов. Механизмы определяют, как может быть сделано что-либо, тогда как политика решает, что должно быть сделано. Политика может меняться в зависимости от места и времени. Желательно, чтобы были реализованы по возможности общие механизмы, тогда как изменение политики требует лишь модификации системных параметров или таблиц.

К сожалению, построение защищенной системы предполагает необходимость склонить пользователя к отказу от некоторых интересных возможностей.

Угрозы безопасности

Считается, что безопасная система должна обладать свойствами конфиденциальности, доступности и целостности. Любое потенциальное действие, которое… Конфиденциальная (confidentiality) система обеспечивает уверенность в том, что… Защита информации ориентирована на борьбу с так называемыми умышленными угрозами, то есть с теми, которые, в отличие…

Формализация подхода к обеспечению информационной безопасности

Наиболее известна оранжевая (по цвету обложки) книга Министерства обороны США [DoD, 1993]. В этом документе определяется четыре уровня безопасности… В качестве примера рассмотрим требования класса C2, которому удовлетворяют ОС… Сегодня на смену оранжевой книге пришел стандарт Common Criteria, а набор критериев Controlled Access Protection…

Криптография как одна из базовых технологий безопасности ОС

Шифрование – процесс преобразования сообщения из открытого текста (plaintext) в шифротекст (ciphertext) таким образом, чтобы: его могли… В алгоритмах шифрования предусматривается наличие ключа. Ключ – это некий… В методе шифрования с секретным или симметричным ключом имеется один ключ, который используется как для шифрования,…

Идентификация и аутентификация

Обычно аутентификация базируется на одном или более из трех пунктов: то, чем пользователь владеет (ключ или магнитная карта); то, что…

Пароли, уязвимость паролей

Когда пользователь идентифицирует себя при помощи уникального идентификатора или имени, у него запрашивается пароль. Если пароль, сообщенный… Недостатки паролей связаны с тем, что трудно сохранить баланс между удобством… Несмотря на все это, пароли распространены, поскольку они удобны и легко реализуемы.

Шифрование пароля

Для хранения секретного списка паролей на диске во многих ОС используется криптография. Система задействует одностороннюю функцию, которую просто вычислить, но для которой чрезвычайно трудно (разработчики надеются, что невозможно) подобрать обратную функцию.

Хранятся только кодированные пароли. В процессе аутентификации представленный пользователем пароль кодируется и сравнивается с хранящимися на диске. Таким образом, файл паролей нет необходимости держать в секрете.

Авторизация. Разграничение доступа к объектам ОС

После успешной регистрации система должна осуществлять авторизацию (authorization) - предоставление субъекту прав на доступ к объекту. Средства авторизации контролируют доступ легальных пользователей к ресурсам системы, предоставляя каждому из них именно те права, которые были определены администратором, а также осуществляют контроль возможности выполнения пользователем различных системных функций.

Выявление вторжений. Аудит системы защиты

Основным инструментом выявления вторжений является запись данных аудита. Отдельные действия пользователей протоколируются, а полученный протокол… Аудит, таким образом, заключается в регистрации специальных данных о различных… Если фиксировать все события, объем регистрационной информации, скорее всего, будет расти слишком быстро, а ее…

Анализ некоторых популярных ОС с точки зрения их защищенности

Большое значение имеет структура файловой системы. Hапример, в ОС с дискреционным контролем доступа каждый файл должен храниться вместе с… В принципе, меры безопасности не обязательно должны быть заранее встроены в ОС…

Контрольные вопросы.

1. Какие приемы и средства требуются для системного подхода обеспечения информационной безопасности.

2. Свойства безопасных систем.

3. Виды угроз безопасности систем и программы нарушающие функционирование систем.

4. Требования класса безопасности (к-р С-2) и базовые принципы проектирования системы безопасности ОС (MULTI CS).

5. Использование криптографии для безопасности.

6. Идентификация и аутентификация.

1. Авторизация, разграничение доступа к объектам ОС. Аудит систем защиты.