ОС как система управления ресурсами - Конспект Лекций, раздел Информатика, Введение. Состав вычислительной системы, программного обеспечения и других программных обеспечений Идея О Том, Что Ос Прежде Всего Система, Обеспечивающая Удобный Интерфейс Пол...
Идея о том, что ОС прежде всего система, обеспечивающая удобный интерфейс пользователям, соответствует рассмотрению сверху вниз. Другой взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме, управляющем всеми частями сложной системы. Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах, сетевых коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. В соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:
• 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 о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.
Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в конечном счете и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, является ли ОС системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.
К системному ПО относят ПО самого низкого уровня. Таким ПО являются: ОС, система управления файлами, интерфейсные оболочки для взаимодействия пользователя с ОС, системы программирования, утилиты. В рамках курса изучаются теоретические и практические основы построения, функционирования и проектирования системного ПО.
ОС– это упорядоченная последовательность системных управляющих программ, совместно с необходимыми информационными массивами, предназначенных для планирования и исполнения пользовательских программ, управления всеми ресурсами вычислительной машины (программами, данными, аппаратурой и другими распределяемыми и управляемыми объектами) с целью предоставления возможности пользователям эффективно, в некотором смысле, решать задачи, сформулированные в терминах вычислительной машины. Он состоит из особых программ и микропрограмм, которые обеспечивают возможность использование аппаратуры. Любой из компонентов прикладного ПО обязательно работает под управлением ОС. Основные функции ОС.
Перечислим основные функции операционных систем.
· Прием от пользователя (или от оператора системы) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых директив (команд) оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (получить перечень файлов в текущем каталоге, создать, переименовать, скопировать, переместить тот или иной файл и др.). хотя имеются и иные команды.
· Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.
· Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти.
· Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).
· Идентификация всех программ и данных.
· Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений. Операционная система умеет выполнять очень большое количество системных функций (сервисов), которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования (Application Program Interface) этой операционной системы.
· Обслуживание всех операций ввода-вывода.
· Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения.
· Обеспечение режима мультипрограммирования, то есть организация параллельного выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения.
· Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания.
· Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами.
· Для сетевых операционных систем характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров.
· Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений.
· Аутентификация и авторизация пользователей (для большинства диалоговых операционных систем). Под аутентификацией понимается процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи1. Очевидно, что если входное имя (login2) пользователя и его пароль совпадают, то, скорее всего, это и будет тот самый пользователь. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права (привилегии), определяющие, что он может, а что не может делать на компьютере.
· Удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для операционных систем реального времени).
· Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.
· Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.
Операционная система изолирует аппаратное обеспечение компьютера от прикладных программ пользователей. И пользователь, и его программы взаимодействуют с компьютером через интерфейсы операционной системы. Это можно проиллюстрировать, например, рис. 2.1.
Рис. 2.1.Взаимодействие пользователя и его программ с компьютером
через операционную систему
Все темы данного раздела:
Состав вычислительных систем
Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно расс
Аппаратное обеспечение
К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы, образующие аппаратную конфигурацию. Современные компьютеры и вычислительные комплексы имеют блочно-мо
Программное обеспечение
Программы – это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак н
ОС как расширенная машина
Использование большинства компьютеров на уровне машинного языка затруднительно, особенно это касается ввода-вывода. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может и
Краткая история эволюции вычислительных систем
Мы будем рассматривать историю развития именно вычислительных, а не операционных систем, потому что hardware и программное обеспечение эволюционировали совместно, оказывая взаимное влияние друг на
Ламповые машины. Операционных систем нет
Мы начнем исследование развития компьютерных комплексов с появления электронных вычислительных систем (опуская историю механических и электромеханических устройств).
Первые шаги в области
Второй период (1955 г.–начало 60-х). Компьютеры на основе транзисторов. Пакетные операционные системы
С середины 50-х годов начался следующий период в эволюции вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы – полупроводниковых элементов. Применение транзисторов вместо часто п
Третий период (начало 60-х – 1980 г.). Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС
Следующий важный период развития вычислительных машин относится к началу 60-х – 1980 г. В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к
Лекция 4. Понятие операционной системы. 4 часа.
План:
1. Чем определяется основные возможности ОС.
2. Основные принципы построения ОС.
Как комплекс системных управляющих
Монолитные системы
В общем случае "структура" монолитной системы представляет собой отсутствие структуры (
Многоуровневые системы
Обобщением предыдущего подхода является организация ОС как иерархии уровней. Уровни образуются группами функций операционной системы - файловая система, управление процессами и устройствами и т.п.
Модель клиент-сервер и микроядра
Модель клиент-сервер - это еще один подход к структурированию ОС. В широком смысле модель клиент-сервер предполагает наличие программного компонента - потребителя какого-либо сервиса - клиента, и п
Лекция 6. Понятие ресурса в ОС.
План:
1. Понятие ресурса в ОС.
2. Классификация ресурсов по признакам.
3. Описание класс ресурсов.
В общем случае, всякий потреб
Понятие процесса
В первой лекции, поясняя понятие "операционная система" и описывая способы построения операционных систем, мы часто применяли слова "программа" и "задание". Мы говорил
Состояния процесса
При использовании такой абстракции все, что выполняется в вычислительных системах (не только программы пользователей, но и, возможно, определенные части операционных систем), организовано как набор
Набор операций
Процесс не может перейти из одного состояния в другое самостоятельно. Изменением состояния процессов занимается операционная система, совершая операции над ними. Количество таких операций в нашей м
Process Control Block и контекст процесса
Для того чтобы операционная система могла выполнять операции над процессами, каждый процесс представляется в ней некоторой структурой данных. Эта структура содержит информацию, специфическую для да
Переключение контекста
До сих пор мы рассматривали операции над процессами изолированно, независимо друг от друга. В действительности же деятельность мультипрограммной операционной системы состоит из цепочек операций, вы
Планирование процессов
Здесь рассматриваются вопросы, связанные с различными уровнями планирования процессов в операционных системах. Описываются основные цели и критерии планирования, а также параметры, на которых оно о
Уровни планирования
В первой лекции, рассматривая эволюцию компьютерных систем, мы говорили о двух видах планирования в вычислительных системах: планировании заданий и планировании использования процессора.
П
Критерии планирования и требования к алгоритмам
Для каждого уровня планирования процессов можно предложить много различных алгоритмов. Выбор конкретного алгоритма определяется классом задач, решаемых вычислительной системой, и целями, которых мы
Параметры планирования
Для осуществления поставленных целей разумные алгоритмы планирования должны опираться на какие-либо характеристики процессов в системе, заданий в очереди на загрузку, состояния самой вычислительной
Алгоритмы планирования
Существует достаточно большой набор разнообразных алгоритмов планирования, которые предназначены для достижения различных целей и эффективны для разных классов задач:
1) First-Come, First-
Самые простые схемы управления памятью.
План:
1.Физическая память компьютера.
2.Логическая память компьютера.
3.Функции системы управления памятью
4.Про
Физическая организация памяти компьютера
Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня: основную (главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю) память.
Основная память представляет собой упоря
Локальность
Оказывается, при таком способе организации по мере снижения скорости доступа к уровню памяти снижается также и частота обращений к нему.
Ключевую роль здесь играет свойство реальных програ
Логическая память
Аппаратная организация памяти в виде линейного набора ячеек не соответствует представлениям программиста о том, как организовано хранение программ и данных. Большинство программ представляет собой
Связывание адресов
Итак логические и физические адресные пространства ни по организации, ни по размеру не соответствуют друг другу. Максимальный размер логического адресного пространства обычно определяется разряднос
Функции системы управления памятью
Чтобы обеспечить эффективный контроль использования памяти, ОС должна выполнять следующие функции:
отображение адресного пространства процесса на конкретные области физической памяти
Простейшие схемы управления памятью
Первые ОС применяли очень простые методы управления памятью. Вначале каждый процесс пользователя должен был полностью поместиться в основной памяти, занимать непрерывную область памяти, а система п
Оверлейная структура
Так как размер логического адресного пространства процесса может быть больше, чем размер выделенного ему раздела (или больше, чем размер самого большого раздела), иногда используется техника, назыв
Динамическое распределение. Свопинг
Имея дело с пакетными системами, можно обходиться фиксированными разделами и не использовать ничего более сложного. В системах с разделением времени возможна ситуация, когда память не в состоянии с
Страничная память
Описанные выше схемы недостаточно эффективно используют память, поэтому в современных схемах управления памятью не принято размещать процесс в оперативной памяти одним непрерывным блоком.
Сегментная и сегментно-страничная организация памяти
Существуют две другие схемы организации управления памятью: сегментная и сегментно-страничная. Сегменты, в отличие от страниц, могут иметь переменный размер. Идея сегментации изложена во введении.
Понятие виртуальной памяти
Разработчикам программного обеспечения часто приходится решать проблему размещения в памяти больших программ, размер которых превышает объем доступной оперативной памяти. Один из вариантов решения
Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти
В самом распространенном случае необходимо отобразить большое виртуальное адресное пространство в физическое адресное пространство существенно меньшего размера. Пользовательский процесс или ОС долж
Ассоциативная память
Поиск номера кадра, соответствующего нужной странице, в многоуровневой таблице страниц требует нескольких обращений к основной памяти, поэтому занимает много времени. В некоторых случаях такая заде
Лекция 9. Файловые системы
План:
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
Напомним, что под файлом обычно понимают именованный набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Для управления этими данными создаются соответствующие
Файловая система FAT
Файловая система FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов) получила свое название благодаря простой таблице, в которой указываются:
□ непосредственно адресуемые участк
Файловые системы VFAT и FAT32
Одной из важнейших характеристик исходной файловой системы FAT было использование имен файлов формата 8.3. К стандартной системе FAT (имеется в виду прежде всего реализация FAT16) добавились еще д
Файловая система HPFS
Файловая система HPFS (High Performance File System — высокопроизводительная файловая система) впервые появилась в операционных системах OS/2 1.2 и LAN Manager. Она была разработана совместными ус
Файловая система NTFS
В название файловой системы NTFS (New Technology File System — файловая система новой технологии) входят слова «новая технология». Действительно, файловая система NTFS по сравнению с широко известн
Надежность
Высокопроизводительные компьютеры и системы совместного использования должны обладать повышенной надежностью, которая является ключевым элементом структуры и функционирования NTFS. Система NTFS об
Ограничения доступа к файлам и каталогам
Файловая система NTFS поддерживает объектную модель безопасности операционной системы Windows NT и рассматривает все тома, каталоги и файлы как самостоятельные объекты. Система NTFS обеспечивает
Расширенная функциональность
Система NTFS проектировалась с учетом возможного расширения. В ней были воплощены многие дополнительные возможности — повышенная отказоустойчивость, эмуляция других файловых систем, мощная модель
Разрешения NTFS
Разрешения NTFS (NTFS permissions) - это набор специальных расширенных атрибутов файла или каталога (папки), заданных для ограничения доступа пользователей к этим объектам. Они имеются тол
Разрешения NTFS в Windows NT 4.0
В NTFS для Windows NT 4.0 разрешения на доступ к файлам и каталогам бывают индивидуальными, стандартными и специальными.
Индивидуальные разрешения. Под индивидуальными
Лекция 10. Сетевые операционные системы
План:
1. Структура сетевой операционной системы
2. Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами
3. ОС для рабочих групп и ОС для сетей масштаба п
Лекция 11.Операционная система Windows NT и сравнительная характеристика других сетевых ОС
План:
1. Характеристики ОС Windows NT
2. Службы Windows NT
3. Возможности Windows NT
4. Сравнительные характеристики сетевых операционных систем
Лекция 12. Краткий обзор современных операционных систем
План:
1. Семейство ОС UNIX.
2. Общая характеристика и особенности архитектуры.
3. Интерфейс пользователя.
4. Основные особенност
Семейство операционных систем UNIX
UNIX является исключительно удачным примером реализации простой мультипрограммной и многопользовательской операционной системы. В свое время она проектировалась как инструментальная система для ра
И особенности архитектуры
Первой целью при разработке этой системы было стремление сохранить простоту и обойтись минимальным количеством функций. Все реальные сложности оставлялись пользовательским программам.
Вто
Виртуальная машина
Система UNIX многопользовательская. Каждому пользователю после регистрации (входа в систему) предоставляется виртуальный компьютер, в котором есть все необходимые ресурсы: процессор (процессорное
Суперпользователь
Очевидно, что администратор системы, который тоже является зарегистрированным пользователем, чтобы управлять всей системой, должен обладать существенно большими, чем обычные пользователи, привилег
Интерфейс пользователя
Традиционный способ взаимодействия пользователя с системой UNIX основывается на командных языках. После входа пользователя в систему для него запускается один из командных интерпретаторов (в зави
Процессы
Процесс в системах UNIX— это процесс в классическом понимании этого термина, то есть это программа, выполняемая в собственном виртуальном адресном пространстве. Когда пользователь входит в систему
Выполнение процессов
Процесс может выполняться в одном из двух состояний, а именно пользовательском и системном. В пользовательском состоянии процесс выполняет пользовательскую программу и имеет доступ к
Взаимодействие между процессами
Операционная система UNIX и полной мере отвечает требованиям технологии клиент-сервер. Эта универсальная модель служит основой построения любых сколь угодно сложных систем, в том числе и сетевых. Р
Сигналы
Если рассматривать выполнение процесса на виртуальном компьютере, который предоставляется каждому пользователю, то в такой системе должна существовать система прерываний, отвечающая стандартным тре
Лекция 13. Операционная система Linux
План:
1. ОС Linux.
2. ОС FreeBSD
3. Основные особенности ОС Linux и FreeBSD
Linux— это современная UNIX-подобная операционная система для персон
Операционная система FreeBSD
Помимо Linux к свободно распространяемым операционным системам семейства UNIX следует отнести FreeBSD. Принципиальное и самое важное различие между этими операционными системами заключается в том,
Реального времени QNX
План:
1. Сетевые ОС реального времени QNX и её особенности.
2. Архитектура ОС QNX.
3. Семейство ОС OS/2 Warp компоненты IBM.
4. Особенности архи
Архитектура системы QNX
Итак, QNX — это операционная система реального времени для персональных компьютеров, позволяющая эффективно организовать распределенные вычисления. В системе реализована концепция связи между зада
Основные механизмы организации распределенных вычислений
QNX является сетевой операционной системой, которая позволяет организовать эффективные распределенные вычисления. Для этого на каждой машине, называемой узлом, помимо ядра и менеджера процессов дол
Warp компании IBM
История появления, расцвета и практического ухода со сцены операционных систем под общим названием OS/2 и странна, и поучительна. Будучи одной из самых лучших операционных систем для персональных
Системы Windows 9.Х.
План:
1. Операционные системы Windows.
2. ОС Windows 9.X.
3. Архитектура и основные возможности.
4. ОС Windows NT/2000/XP.
5. Основные
Организация многозадачности
Одним из наиболее актуальных вопросов, которые решает любая многозадачная операционная система, в том числе и системы Windows 9х, состоит в организации по возможности простого, но эффективною спосо
Распределение оперативной памяти
Для загрузки операционные системы Windows 95/98 используют операционную систему MS DOS 7.0 (MS DOS 98). и в случае если в секции [Options] файла MSDOS.SYS имеется строка BootGUI= 0, процессор работ
Операционные системы Windows NT/2000/XP
Компания Microsoft в 1990 году объявила о начале работ по созданию принципиально новой операционной системы для персональных IBM PC-совместимых компьютеров с прицелом на корпоративный сектор, кото
Основные особенности архитектуры
Наиболее принципиальным отличием между системами класса Windows 9х и Windows NT является то, что у них разная архитектура.
Большинство операционных систем использует такую особенность совр
Модель безопасности
При разработке всех операционных систем семейства Windows NT/2000/XP компания Microsoft уделяла самое пристальное внимание обеспечению информационной безопасности. Как следствие, эти системы пред
Угрозы безопасности
Знание возможных угроз, а также уязвимых мест защиты, которые эти угрозы обычно эксплуатируют, необходимо для того, чтобы выбирать наиболее экономичные средства обеспечения безопасности.
С
Формализация подхода к обеспечению информационной безопасности
Проблема информационной безопасности оказалась настолько важной, что в ряде стран были выпущены основополагающие документы, в которых регламентированы основные подходы к проблеме информационной без
Криптография как одна из базовых технологий безопасности ОС
Многие службы информационной безопасности, такие как контроль входа в систему, разграничение доступа к ресурсам, обеспечение безопасного хранения данных и ряд других, опираются на использование кри
Идентификация и аутентификация
Для начала рассмотрим проблему контроля доступа в систему. Наиболее распространенным способом контроля доступа является процедура регистрации. Обычно каждый пользователь в системе имеет уникальный
Пароли, уязвимость паролей
Наиболее простой подход к аутентификации - применение пользовательского пароля.
Когда пользователь идентифицирует себя при помощи уникального идентификатора или имени, у него запраш
Выявление вторжений. Аудит системы защиты
Даже самая лучшая система защиты рано или поздно будет взломана. Обнаружение попыток вторжения является важнейшей задачей системы защиты, поскольку ее решение позволяет минимизировать ущерб от взло
Анализ некоторых популярных ОС с точки зрения их защищенности
Итак, ОС должна способствовать реализации мер безопасности или непосредственно поддерживать их. Примерами подобных решений в рамках аппаратуры и операционной системы могут быть:
разд
Новости и инфо для студентов