Понятие Операционная система. Назначение. Основные характеристики и классификация

Оглавление

Понятие «Операционная система». Назначение. Основные характеристики и классификация 2

Архитектура MS DOS. Ядро системы. Загрузка системы и дополнительных драйверов. 3

Модель состояний процессов в UNIX SVR4. 4

Описание процессов в UNIX SVR4. 5

Классификация операционных систем: особенности реализации и областей использования на конкретных примерах существующих систем. 6

Сравнение понятий «процесс» и «поток».Назначение потоков и основные преимущества использования. 7

Эволюция операционных систем. Пути развития современных ОС. 8

Концепция управления процессами. 9

Основные понятия операционных систем: многозадачность, многопоточность, сплуинг, свопинг, оверлейность. Определения, комментарии, примеры. 10

Понятие потока. Потоки на пользовательском уровне и на уровне ядра. Комбинированные подходы. 11

Уровневая модель операционной системы. 12

Параллельные вычисления на многопроцессорных системах. Операционные системы для многопроцессорных вычислений. 13

Макро- и микроядро: особенности архитектуры, основные характеристики, преимущества, недостатки и различия. 14

Понятие процесса. Создание и завершение. Модель 3-х состояний. 15

Параллельные вычисления. Основные понятия. 17

Понятие потока. Состояния потоков. 18

Управление процессами(создание, выполнение , завершение) в UNIX SVR4. 19

Понятие потока. Характеристики потоков. Многопоточность как свойство операционной системы 20

Понятие процесса. 21

Понятия: приоритет, квант, вытесняющая и невытесняющая многозадачность(с примерами ос). 22

Классификация ОС по распределению памяти. Распределение без использования внешней памяти. 23

Типы адресов и адресных пространств. 24

Классификация ОС по распределению памяти. Сегментно-страничное распределение памяти(примеры ОС) 25

Классификация ОС по распределению памяти. Сегментация (примеры ОС) 26

Управление памятью. Требования к ОС по управлению памятью.. 27

Классификация ОС по распределению памяти. Страничное распределение. 28

Особенности архитектуры «клиет-сервер» для ОС(системы с микроядром) и для среды 29

Понятие виртуальной памяти как функции операционных систем. Организация и принципы работы. 30

Организация функции ввода-вывода в ОС. Понятие DMA. 31

RAID. Описание уровней. 32

RAID 2. 32

Понятие безопасности. Компоненты компьютерной системы и виды угроз. 35

Понятие безопасности. Защита памяти. 36

Понятие безопасности для операционных систем и сред. Требования. Степени защиты 37

 

 

Понятие «Операционная система». Назначение. Основные характеристики и классификация

Операционная система (ОС)— совокупность программных средств, осуществляющих управление ресурсами ЭВМ, запуск прикладных программ и их взаимодействие с внешними устройствами и другими программами, а также обеспечивающих диалог пользователя с компьютером.

ОС загружается автоматически после включения компьютера. Она предоставляет определенный способ общения (интерфейс) пользователю с вычислительной системой и возможность взаимодействия программ. Интерфейс при этом может быть программным и пользовательским.

Операционные системы можно классифицировать по:

· количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские и многопользовательские;

· числу заданий, одновременно выполняемых под управлением ОС: однозадачные и многозадачные;

· количеству поддерживаемых процессоров: однопроцессорные и многопроцессорные;

· разрядности кода ОС: 8-, 16-, 32- и 64-разрядные;

· типу пользовательского интерфейса: командные (текстовые) и объектноориентированные (графические);

· типу доступа пользователя к ресурсам ЭВМ: с пакетной обработкой, с разделением времени и реального времени;

· типу использования ресурсов: локальные и сетевые.

 

 

Архитектура MS DOS. Ядро системы. Загрузка системы и дополнительных драйверов.

Архитектура MS DOS

Ядро системы разработано для 16-разрядного процессора Intel 8086, следовательно, не использует защищенный режим и объем памяти свыше 1 Мбайт, ставшие доступными в следующих моделях.

 

 

Модель состояний процессов в UNIX SVR4.

Состояния процессов в UNIX

 

 

Описание процессов в UNIX SVR4.

Образ процесса в UNIX

 

Классификация операционных систем: особенности реализации и областей использования на конкретных примерах существующих систем.

Так, в зависимости от алгоритма управления процессором, операционные системы делятся на:

· Однозадачные и многозадачные

· Однопользовательские и многопользовательские

· Однопроцессорные и многопроцессорные системы

· Локальные и сетевые.

 

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:

· Однозадачные (MS DOS)

· Многозадачные (OS/2, Unix, Windows)

 

В однозадачных системах используются средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователями. Многозадачные ОС используют все средства, которые характерны для однозадачных, и, кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов: процессор, ОЗУ, файлы и внешние устройства.

 

В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:

· Системы пакетной обработки (ОС ЕС)

· Системы с разделением времени (Unix, Linux, Windows)

· Системы реального времени (RT11)

 

Сравнение понятий «процесс» и «поток».Назначение потоков и основные преимущества использования.

Процесс (задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения. С каждым процессом связывается его адресное пространство, из которого он может читать и в которое он может писать данные. Адресное пространство содержит:

· саму программу

· данные к программе

· стек программы

Каждому процессу соответствует адресное пространство и одиночный поток исполняемых команд. В многопользовательских системах, при каждом обращении к одному и тому же сервису, приходится создавать новый процесс для обслуживания клиента. Это менее выгодно, чем создать квазипараллельный поток внутри этого процесса с одним адресным пространством. С каждым потоком связывается:

· счетчик выполнения команд

· регистры для текущих переменных

· стек

· состояние

Преимущества использования потоков

· Упрощение программы в некоторых случаях, за счет использования общего адресного пространства.

· Быстрота создания потока, по сравнению с процессом, примерно в 100 раз.

· Повышение производительности самой программы, т.к. есть возможность одновременно выполнять вычисления на процессоре и операцию ввода/вывода. Пример: текстовый редактор с тремя потоками может одновременно взаимодействовать с пользователем, форматировать текст и записывать на диск резервную копию.

 

 

Эволюция операционных систем. Пути развития современных ОС.

Первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в… Второй период (1955 - 1965) Появление новой технической базы - полупроводниковых элементов. Компьютеры второго поколения стали более надежными,…

Перспективы развития ОС

оболочек, но и на уровне общего ядра); развитие семейств · ОС на основе модулей общего кода · Значительное повышение надежности, безопасности и

Концепция управления процессами.

ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется… ОЖИДАНИЕ - пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может… ГОТОВНОСТЬ - также пассивное состояние процесса, но в этом случае процесс заблокирован в связи с внешними по отношению…

Основные понятия операционных систем: многозадачность, многопоточность, сплуинг, свопинг, оверлейность. Определения, комментарии, примеры.

Многозадачность - способность операционной системы (или программного окружения) поддерживать одновременное совместное выполнение и взаимодействие нескольких задач (программ, потоков исполнения) друг с другом и внешней средой.

Если система может выполнять задачи только последовательно, начиная следующую только после завершения текущей, то система называется однозадачной. Первые системы были именно такими.

Многопоточность - все современные операционные системы, такие как Windows 95, Windows NT, OS/2 или UNIX способны работать в многопоточном режиме, повышая общую производительность системы за счет эффективного распараллеливания выполняемых потоков. Пока один поток находится в состоянии ожидания, например, завершения операции обмена данными с медленным периферийным устройством, другой может продолжать выполнять свою работу.

Сплуинг - этот метод работы отчасти напоминает простую отложенную запись, но основная задача здесь не только и не столько повышение производительности, сколько разделение доступа к медленному внешнему устройству. Чаще всего спулинг используется для работы с печатающими устройствами, а для промежуточного хранения данных используется диск.

Свопингом называют резервирование части места на диске для использования в качестве дополнительной памяти. Это ускоряет работу компьютера.

Принцип оверлейности или перекрытия заключается в том, что ветви дерева занимают одни и те же области в виртуальном адресном пространстве программы. Поскольку модули, расположенные в разных ветвях дерева, не могут выполняться одновременно, то только монитор является резидентным в оперативной памяти все время выполнения программы, ветви же сменяют друг друга в одной и той же области памяти.

 

Понятие потока. Потоки на пользовательском уровне и на уровне ядра. Комбинированные подходы.

  С каждым потоком связывается: · Счетчик выполнения команд

Уровневая модель операционной системы.

1. физический уровень 2. канальный уровень 3. сетевой уровень

Параллельные вычисления на многопроцессорных системах. Операционные системы для многопроцессорных вычислений.

 

Макро- и микроядро: особенности архитектуры, основные характеристики, преимущества, недостатки и различия

Монолитное ядро

Достоинства: Скорость работы, упрощённая разработка модулей. Недостатки: Поскольку всё ядро работает в одном адресном пространстве, сбой в… Примеры: Традиционные ядра UNIX (такие как BSD), Linux; ядро MS-DOS, ядро KolibriOS.

Микроядро

Достоинства: Устойчивость к сбоям оборудования, ошибкам в компонентах системы. Основное достоинство микроядерной архитектуры — высокая степень… Недостатки: Передача данных между процессами требует накладных расходов. Примеры: Symbian OS; Windows CE; OpenVMS; Mach, используемый в GNU/Hurd и Mac OS X; QNX; AIX; Minix; ChorusOS;…

Понятие процесса. Создание и завершение. Модель 3-х состояний

Причины завершения процессов

Параллельные вычисления. Основные понятия

 

Параллельные вычисления - вычисления, в которых операции производятся параллельно. В этом они противоположны последовательным вычислениям.

 

Многопоточность - это свойство платформы (например, операционной системы, JVM и т. д.) или приложения, состоящее в том, что процесс, порождённый в операционной системе, может состоять из нескольких потоков, выполняющихся «параллельно», то есть без предписанного порядка во времени.

 

Такие потоки называют также потоками выполнения (от англ. thread of execution); иногда называют «нитями» (буквальный перевод англ. thread) или неформально «тредами».

 

Сутью многопоточности является квазимногозадачность (мнимая многозадачность) на уровне одного исполняемого процесса, то есть все потоки выполняются в адресном пространстве процесса. Кроме этого, все потоки процесса имеют не только общее адресное пространство, но и общие дескрипторы файлов. Выполняющийся процесс имеет как минимум один (главный) поток.

 

К достоинствам многопоточности в программировании можно отнести следующее:

· Упрощение программы в некоторых случаях, за счет использования общего адресного пространства.

· Меньшие относительно процесса временные затраты на создание потока.

· Повышение производительности процесса за счет распараллеливания процессорных вычислений и операций ввода/вывода.

 

Понятие потока. Состояния потоков.

Поток может находится в одном из трех основных состояния: · Выполнение - активное · Ожидание - пассивное, заблокирован по внутренним причинам

Управление процессами(создание, выполнение , завершение) в UNIX SVR4

 

Понятие потока. Характеристики потоков. Многопоточность как свойство операционной системы

Многопоточность ( англ. multi-threading) - свойство операционной системы или приложения , заключающийся в том, что процесс , порожденный в… Сутью многопоточности является квази-многозадачность на уровне одного… Многопоточность (как доктрину программирования) не следует путать ни с многозадачностью , ни с много-процесорнистю,…

Понятие процесса.

Выполняющийся. Процесс, который выполняется в текущий момент времени. В… Готовый к выполнению. Процесс, который может быть запущен, как только для этого представится возможность.

Понятия: приоритет, квант, вытесняющая и невытесняющая многозадачность(с примерами ос).

Приоритет - порядок их выполнения во времени.

Квант – это интервал процессорного времени, отведенный потоку для выполнения. По истечению кванта времени Windows проверяет, завершен ли поток.

Вытесняющая многозадачность — это вид многозадачности, при которой операционная система может временно прервать текущий процесс без какой-либо помощи с его стороны. Благодаря этому, зависшие приложения, как правило, не «подвешивают» операционную систему. (UNIX, Windows NT, OS/2, VAX/VMS)

Невытесняющая многозадачность - это способ планирования процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление планировщику операционной системы для того, чтобы тот выбрал из очереди другой, готовый к выполнению процесс.( Windows 3.х, файл-сервер NetWare)

 

Классификация ОС по распределению памяти. Распределение без использования внешней памяти.

Распределение памяти фиксированными разделами – простейший способ управления оперативной памятью, который состоит в том, что память разбивается на несколько областей фиксированной величины называемых разделами.

Выделяют:

а) распределение памяти фиксированными разделами с общей очередью

б) с отдельными очередями

 

Распределение памяти динамическими разделами – сначала вся память свободна; каждому вновь поступающему процессу выделяется вся необходимая ему память (если достаточный объем памяти отсутствует, то процесс не выполняется)

 

Основной недостаток: фрагментация памяти – наличие большого числа несмежных участков памяти очень маленького размера (фрагментов)

Распределение памяти перемещаемыми разделами – время от времени операционная система при распределении памяти динамическими разделами копирует содержимое разделов с одного места в другое, корректируя свободное место и занятое пространство

Сжатие – оно выполняется либо при каждом завершении процесса, либо тогда, когда для нового процесса нет свободного раздела достаточного размера.

 

Типы адресов и адресных пространств.

· Символьные имена присваивает пользователь при написании программы на алгоритмическом языке или ассемблере. · Виртуальные адреса вырабатываются при переводе программы на машинный язык и… · Физические адреса соответствуют номерам ячеек оперативной памяти, где будут расположены переменные и команды. Так…

Управление памятью. Требования к ОС по управлению памятью

При рассмотрении различных механизмов и стратегий, связанных с управлением памятью, полезно помнить требования, которым они должны удовлетворять.

Перемещение.

Операционной системе необходимо знать местоположение управляющей информации процесса истека исполнения, а также точки входа для начала выполнения процесса. Поскольку управлением памятью занимается операционная система и она же размещает процесс в основной памяти, соответствующие адреса она получает автоматически.

Защита.

Каждый процесс должен быть защищен от нежелательного воздействия других процессов, случайного или преднамеренного. Следовательно, код других процессов не должен иметь возможности без разрешения обращаться к памяти данного процесса для чтения или записи.

Совместное использование.

Любой механизм защиты должен иметь достаточную гибкость, для того чтобы обеспечить возможность нескольким процессам обращаться к одной и той же области основной памяти.

Логическая организация.

Физическая организация.

Основная память обеспечивает быстрый доступ по относительно высокой цене; кроме того, она энергозависима, т.е. не обеспечивает долговременного хранения. Вторичная память медленнее и дешевле основной и обычно энергонезависима. Следовательно, вторичная память большой емкости может служить для долговременного хранения программ и данных, а основная память меньшей емкости — для хранения программ и данных, использующихся в текущий момент.

Классификация ОС по распределению памяти. Страничное распределение

Эта форма организации виртуальной памяти во многом похожа на сегментную. Основные различия заключаются в том, что все страницы, в отличие от сегментов, имеют одинаковые размеры, а разбиение виртуального адресного пространства процесса на страницы выполняется системой автоматически. Типичный размер страницы – несколько килобайт. Каждый кадр содержит одну страницу данных. Т.е. на кадре содержится старница. Страницы ограничены кадрами, а количество кадров зависит от размера памяти.

Особенности архитектуры «клиет-сервер» для ОС(системы с микроядром) и для среды

  Клиент-серверная информационная система состоит в простейшем случае из трех… · сервер баз данных, управляющий хранением данных, доступом и защитой, резервным копированием, отслеживающий…

Понятие виртуальной памяти как функции операционных систем. Организация и принципы работы.

· размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске; · перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами… · преобразует виртуальные адреса в физические.

Организация функции ввода-вывода в ОС. Понятие DMA.

Ввод/вывод

Ключевым принципом является независимость от устройств. Вид программы не должен зависеть от того, читает ли она данные с гибкого диска или с… · Обработка прерываний, · Драйверы устройств,

Защита памяти

Для надежной работы многозадачных систем необходима защита задач друг от друга. Защита предназначена для предотвращения несанкционированного…   Понятие безопасности для операционных систем и сред. Требования. Степени защиты