01 02 ос_введение

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫВВЕДЕНИЕ

Гайдамако В.В.

КРСУ, Каф.ИВТ, Гайдамако В.В. 2

ОБЗОР Что такое операционная система,

услуги ОС История «ЗооПарк» ОС, классификация Обзор аппаратуры Концепция ОС Системные Вызовы Структура


COMPUTER SYSTEM Рассмотрим любую компьютерную

(вычислительную) систему, она состоит изАппаратуры (hardware)Системных программПрикладных программ


НАЗНАЧЕНИЕ Принцип фон-Неймана – программа, чтобы

исполняться, должна находиться в памяти

ОС предоставляет (создает, формирует) среду, в которой выполняются программы

ОС очень разные, по структуре, дизайну, используемых алгоритмов - зависит от цели, для которой разрабатывается ОС

ОС можно рассматривать с разных точек зрения - 1) с точки зрения предоставляемых услуг 2) интерфейса для пользователей

(программистов) 3) компонент, частей и их связей


УСЛУГИ (СЕРВИСЫ) ОС - 1 Интерфейс пользователя (UI)

CLI – командная строка Batch Interface – интерфейс пакетной обработки

(команды ЯУЗ - часть исполняемого файла) GUI – графический интерфейс (Xerox PARC 1970-

е, Xerox Alto 1973) Исполнение программ – загрузка в память и

исполнение, завершение, взаимодействие Операции Ввода/Вывода – средства для

доступа к устройствам Работа с файловой системой Взаимодействие Обнаружение ошибок


УСЛУГИ (СЕРВИСЫ) ОС - 2 Гарантия эффективности Предоставление ресурсов – много

задач или много пользователейРазные ресурсы, может быть нужен код

или просто командыКак лучше использовать

Учет использования ресурсов, статистика

Защита и безопасность


ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА Как виртуальная машина

Прячет детали, Предоставляет пользователю виртуальную

машину, которую ему легче использовать Как менеджер ресурсов

Предоставляет пользователю виртуальную машину, которую ему легче использовать

Каждая программа, имеющая на это «право», получает «свою долю» ресурсов

Как защитник Программа, не подтвердившая своих

«прав», не получит ресурсов


НЕМНОГО ИСТОРИИ -1 Первое поколение ЭВМ 1945-1955 Von Neumann, программа, хранимая в

памяти – июнь 1945 Элементная база – лампы Устройство ввода – пульт,

коммутационная доска (plug board) Машинный язык, ассемблер Операционных систем нет В конце – Fortran, компилятор


НЕМНОГО ИСТОРИИ -2 Второе поколение 1955-1965 Взаимодействия нет, одна программа, простои I/O Промышленное применение Элементная база – транзисторы Алгоритмические языки (ALGOL-58,LISP, COBOL,

ALGOL60,PL1) Появляются пакетные системы (Batch Systems), Язык

Управления Заданиями


НЕМНОГО ИСТОРИИ -3 Колода перфокарт – типичное

задание


НЕМНОГО ИСТОРИИ -4 Третье поколение 1965-1980 Интегральные микросхемы и

мультипрограммирование – в главной памяти могут находиться несколько программ

Simultaneous Peripheral Operation On Line – spooling, совмещение исполнения и I/O

Разделение времени Виртуальная память Файловые системы Переносимость ОС (IBM360/370, PDP11 UNIX, CP/M


МУЛЬТИПРОГРАММИРОВАНИЕ -1 Аппаратная поддержка

Реализация защитных механизмов. Программы не должны иметь самостоятельного доступа к распределению ресурсов, что приводит к появлению привилегированных и непривилегированных команд. Привилегированные команды, например команды ввода-вывода, могут исполняться только операционной системой. Говорят, что она работает в привилегированном режиме. Переход управления от прикладной программы к ОС сопровождается контролируемой сменой режима. Во-вторых, это защита памяти, позволяющая изолировать конкурирующие пользовательские программы друг от друга, а ОС от программ пользователей.

Наличие прерываний. Внешние прерывания оповещают ОС о том, что произошло асинхронное событие, например, завершилась операция ввода-вывода. Внутренние прерывания (сейчас их принято называть исключительными ситуациями) возникают, когда выполнение программы привело к ситуации, требующей вмешательства ОС, например, деление на ноль или попытка нарушения защиты.


МУЛЬТИПРОГРАММИРОВАНИЕ -2 Роль ОС

Интерфейс между прикладной программой и ОС был организован при помощи набора системных вызовов.

Организация очереди из заданий в памяти и выделение процессора одному из заданий потребовали планирования заданий.

Для переключения процессора с одного задания на другое возникла потребность в сохранении содержимого регистров и структур данных, необходимых для выполнения задания, иначе говоря, контекста, для обеспечения правильного продолжения вычислений.

Поскольку память является ограниченным ресурсом, оказались нужны стратегии управления памятью, то есть потребовалось упорядочить процессы размещения, замещения и выборки информации из памяти. Так как программы могут пожелать произвести санкционированный обмен данными, стало необходимо их обеспечить средствами коммуникации. И, наконец,

Для корректного обмена данными необходимо предусмотреть координацию программами своих действий, т.е. средства синхронизации.


НЕМНОГО ИСТОРИИ -5 Четвертое поколение – 1980 БИС, СБИС Персональные компьютеры, миниатюризация


НЕМНОГО ИСТОРИИ -6 1980-е Персональные компьютеры Athena (MIT), сети, сетевые ОС X-windows Распределенные ОС


МНОГООБРАЗИЕ ОС - ЗООПАРК ОС мэйнфреймов Серверные ОС Многопроцессорные ОС ОС для ПК ОС реального времени Встроенные ОС ОС для смарт-карт

Многопользовательские Многозадачные


СПОСОБЫ КЛАССИФИКАЦИИ Архитектурные особенности,

структура, подходы к построению ОСМонолитноядерные – компоненты ОС

являются частями одной большой программы. Все равно просматривается структура – уровни исполнения и системные вызовы

Многослойные (layered)Виртуальные машиныКлиент-серверныеМикроядроСмешанные (запуск монолитноядерной

системы из-под микроядра) – Free BSD - Mach


Реализация многозадачностиОднозадачныеМногозадачные

Поддержка многопользовательского режимаОднопользовательскиеМногопользовательские

Многопроцессорная обработкаСимметричныеАсимметричные

СПОСОБЫ КЛАССИФИКАЦИИ-2


НазначениеПакетныеРазделения времениСистемы реального времени

Автономные - Сетевые –Распределенные

СПОСОБЫ КЛАССИФИКАЦИИ-3


КОМПЬЮТЕР - АППАРАТУРА Компоненты простого ПК


КОМПЬЮТЕР – АППАРАТУРА 2 Три стадии исполнения команды на

процессоре – цикл фон Неймана Суперскалярный ЦПУ


КОМПЬЮТЕР – АППАРАТУРА 3 Иерархия памяти (цифры устарели,

поправьте)


КОМПЬЮТЕР – АППАРАТУРА 4 Структура привода диска


КОМПЬЮТЕР – АППАРАТУРА 5 Распределение памяти сегментами –

одна пара база-лимит и две пары


КОМПЬЮТЕР – АППАРАТУРА 5 Взаимодействие с устройствами Старт устройства и получение

прерывания Прерывание ЦПУ


КОМПЬЮТЕР – АППАРАТУРА 6 Современная вычислительная

система


ЦИКЛ ИСПОЛНЕНИЯ ИНСТРУКЦИИ


КОНЦЕПЦИИ ОС В процессе эволюции возникло

несколько важных концепций, которые стали неотъемлемой частью теории и практики ОС. Рассматриваемые в данном разделе понятия будут встречаться и разъясняться на протяжении всего настоящего курса. Здесь дается их краткое описание. Системные вызовы (System Calls) Прерывания (Interrupts) Исключительные ситуации (exceptions) Файлы (Files) Процессы, нити (потоки исполнения)

(Processes, threads)


КОНЦЕПЦИИ ОС -


СТРУКТУРА ОС -1 Монолитная


СТРУКТУРА ОС -2 ОС THE, слои


СТРУКТУРА ОС -3VM/370 c системой Conversational Monitor Для разделения времени (time-sharing) Виртуальная машина 370

Разделение для мультипрограммирования Точные копии 370

VM/370 Расширенная машина


СТРУКТУРА ОС -4

Модель клиент-сервер Минимальное ядро

Меньше верификацииРаспределенные системы


СТРУКТУРА ОС -5 Клиент-сервер для распределенных

систем


НАПОМИНАНИЕ – МЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

01 02 ос_введение

Documents