operativni sistemi 2009

UVOD U RAUNARSTVO - Operativni sistemi Katedra za Raunarstvo, Elektronski fakultet, Univerzitet u Niu

Doc. Dr Dragan Stojanovi

Uvod u raunarstvo Raunarstvo i informatika

2009

SoftverAplikativni softver softver namenjen specifinim potrebama korisnika za reavanje konkretnih problemaProgrami za obradu teksta, video igre, softver za obraun plata, softver za vo enje balistikih raketa, itd.

Sistemski softver Softver za upravljanje raunarskim sistemom na osnovnom nivou, zajedniki za sve raunarske sisteme, nezavisno od konkretne primene raunara od strane korisnika Predstavlja osnovu za funkcionisanje aplikativnog softvera

Doc. dr Dragan Stojanovi

Operativni sistemi Uvod u raunarstvo

2

Aplikativni softverPoslovni softverSpecifine poslovne aplikacije, planiranje resursa preduzea, upravljanje odnosom sa klijentima, vo enje poslovanja, upravljanje projektima, raunarsko izdavatvo, projektovanje pomou raunara (CAD), ...

Softver za kunu i linu upotrebuLine finansije, grafiki dizajn, zabava i kompjuterske igre, ...

Softver za poboljanje produktivnostiObrada slike, tabelarna izraunavanja, prezentacije, baze podataka, upravljanje linim informacijama

Multimedijalni softverEditovanje slika i fotografija, kreiranje crtea i vektorske grafike, kreiranje multimedijalnih sadraja, preuzimanje i editovanje videa, kreiranje i reprodukovanje muzikih sadraja, ...

Komunikacioni/Internet softverInternet pretraivai, e-mail klijenti, instant messenger (ICQ), chat, ...

Edukativni softverEnciklopedije, tutorijali, turistiki vodii, ...



3

Sistemski softverOperativni sistem Usluni softver (utility software)Programski sistem Kompajleri programski jezika, linkeri, debageri, editori, integrisana razvojna okruenja, softverski alati za razvoj softvera (CASE)

Komunikacioni softver Softver za povezivanje raunara u mreu i deljenje resursa

Usluni softver Disk doktor, sistemske informacije, anti-virusni softver, kompresovanje podataka, ...

Grafiki sistem Programi za proveru ispravnosti raunarskog sistema, upravljanje i unapre enje performansi raunara i za detekciju greaka u hardveru i softveru raunaraOperativni sistemi Uvod u raunarstvo


4

Operativni sistemSkup programa smetenih u memoriju prilikom bootovanja raunara za upravljanje radom hardvera i softvera raunarskog sistema Operativni sistemi: Windows 7/Vista/XP/..., UNIX, Linux, Mac OS X, Solaris, Symbian, itd. Aplikativni softver

Korisnik

Operativni sistem Hardware



5

Klasifikacija operativnih sistemaPrema tipu raunaraOS za mainframe raunare, super raunare, mini raunare, radne stanice, servere, personalne raunare (PC), rune raunare (PocketPC, Palm), pametne telefone, ugra ene raunare, pametne kartice, itd.

Prema broju istovremenih korisnikaJednokorisniki (Windows) i viekorisniki (Unix, Linux)

Prema broju startovanih programaMonoprogramski (DOS, Windows 3.x) Multiprogramski (Windows, Unix, Linux, Mac OS) Time-sharing svakom programu se dodeljuje jedan vremenski kvant (od 10 do 100ms), pa se aktivira sledei, i tako u krug; korisniku izgleda da se svi programi istovremeno izvravaju, a u stvari izvravaju se jedan po jedan smenjujui se u kratkim vremenskim intervalima (kvazi-paralelno)Operativni sistemi Uvod u raunarstvo


6

Operativni sistem...Upravlja resursima raunarskog sistema, kako hardverskim (CPU, glavna memorija, ulazno/izlazni ure aji, sekundarne memorije), tako i softverskim (strukture podataka u glavnoj memoriji, datoteke, softver, itd.)Obezbe uje da svaki startovani program dobije resurse neophodne za izvrenje

Obezbe uje interfejs za interakciju korisnika sa raunarom Obezbe uje okruenje za izvrenje aplikacionih programa i njihovu interakciju sa resursima raunarskog sistemaDoc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 7

Komponente operativnog sistemaUpravljanje procesima Upravljanje glavnom memorijom Upravljanje U/I ure ajima Upravljanje datotekama (File system) - upravljanje podacima na sekundarnim memorijama organizovanim u datoteke i direktorijume Sigurnost i zatita Interakcija sa korisnikom putem interpretacije komandnog jezika ili grafikim korisnikim interfejsom (GUI)



8

Upravljanje procesimaOsnovne funkcijeKreiranje i brisanje procesa Suspendovanje i ponovo aktiviranje procesa Planiranje izvrenja procesa i upravljanje centralnim procesorom (-ima) Obezbe enje mehanizama za sinhronizaciju i komunikaciju izme u procesa Obezbe enje mehanizama za upravljanje deadlockom (smrtni zagrljaj, zastoj)



9

Upravljanje procesimaProgram je niz instrukcija i podataka nad kojima se izvrava obrada. Startovanjem programa aktivira se proces (task) Proces aktivnost definisana izvravanjem instrukcija programa nad podacima. Prilikom startovanja programa u memoriju se uitavaju instrukcije programa i podaci koji se obra uju i zapoinje proces Multiprogramiranje tehnika kojom se omoguava da u isto vreme vie programa bude u glavnoj memoriji i da procesi njima aktivirani konkuriu za dobijanje CPU radi izvrenja, a tako e konkuriu i za druge resurse raunarskog sistema Planiranje procesa postupak odre ivanja koji e proces sledei biti izvravan na CPU (Planer procesa - Scheduler) PCB (Process Control Block) za svaki startovani proces OS odrava strukturu podataka sa informacijama o tom procesu (identifikator, prioritet, vreme kreiranja, vreme izvrenja, memorija koju zauzima, datoteke koje koristi, itd); skup PCB svih startovanih procesa ini tablicu procesaDoc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 10

ProcesiOS je zaduen za loadovanje, startovanje, izvravanje i stopiranje procesa (programa) na raunaru



11

Stanja procesaStanja procesa (ivotni ciklus procesa)Aktivan (Running) proces se izvrava na CPU Spreman (Ready) proces se nalazi u memoriji i spreman je za izvrenje, kad mu se dodeli CPU eka (Waiting) proces eka na zavretak U/I operacije ili neki doga aj da bi mogao da nastavi sa izvravanjem Startuje se Dobio CPU Spreman Zavrena U/I operacija Istekao vremenski kvant BlokiranOperativni sistemi Uvod u raunarstvo

Zavren

Aktivan Zahtev za U/I operacijom12


Promena konteksta (Context switch)Postoji samo jedan CPU (jedno-procesorski raunar) i njemu pridruen skup registara koji sadre vrednosti u skladu sa trenutnim izvravanjem aktivnog procesa (kontekst procesa) Svaki put kada se proces prevodi u aktivno stanje nastaje promena konteksta:Vrednosti registara do tada aktivnog procesa se smetaju u njegov PCB i on prelazi u stanje Spreman Prethodno zapamene vrednosti registara novo aktiviranog procesa se iz njegovog PCB smetaju u registre procesora i novi proces nastavlja izvravanje od instrukcije koja je prekinuta kada je proces preao u stanje spreman (nakon isteka dodeljenog vremenskog perioda za izvravanje) ili u stanje ekanja (ukoliko je aktivirao neku U/I operaciju)Operativni sistemi Uvod u raunarstvo


13

Planiranje procesa (CPU Scheduling)Postupak odre ivanja koji proces spreman za izvrenje (u stanju spreman) treba da bude aktiviranVeliki broj procesa moe biti u stanju spreman Samo jedan proces moe biti u stanju aktivan

Planiranje procesa se obavlja po principu raspodele vremena CPU (time sharing) kombinacijom sledea dva algoritmaKruni tok (Round Robin) - Svaki proces se izvrava odre eni vremenski interval (kvant) i nakon isteka intervala vraa u stanje spreman (ukoliko nije zavren ili aktivirao neku U/I operaciju), a sledei proces po redu se aktivira i tako u krug Prioritet - Aktivira se proces najveeg prioriteta. Statiki prioritet se ne menja tokom ivotnog ciklusa procesa, dok je dinamiki promenljiv. Sistemski procesi imaju generalno vei prioritet od korisnikih procesaDoc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 14

Kruni tok (Round robin)Raspodela procesorskog vremena na jednake delove svim spremnim procesima Pretpostavimo da je vremenski kvant 50 ms Vreme izvrenja



15

Upravljanje memorijomFunkcijeDodela memorije procesima za smetanje koda programa i podataka Osloba anje memorije kada se proces zavri Evidencija gde i kako su smeteni procesi u memoriji; svaki proces u memoriji uva programski kod i podatke nad kojima se vri obrada Konvertovanje logike u fiziku adresu pri svakom referenciranju memorije od strane procesa koji se izvrava (aktivan proces) Logika adresa (virtuelna ili relativna adresa) adresa memorijske lokacije relativno u odnosu na poetak programa i ima vrednosti od 0 do Max (veliine procesa u memoriji) Fizika adresa - Stvarna adresa bajta (rei) u glavnoj memoriji (RAM)Doc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 16

Upravljanje memorijomMemorija je kontinualan skup bitova pri emu svaki bajt (ili memorijska re) ima jedinstvenu (fiziku) adresu Memorijske adrese poinju od 0 do N u zavisnosti od veliine glavne memorije Primer:Raunar ima 128 MB memorije Svaka re (word) je veliine 8 B Koliko bitova je neophodno za adresiranje svake rei u memoriji? Odgovor: 24 bitaOperativni sistemi Uvod u raunarstvo


17

Pojedinano (jednoprogramsko) kontinualno upravljanje memorijomPostoje samo dva procesa u memoriji: operativni sistem i aplikacioni program Memorija je podeljena u dve sekcije i sadrajem graninog registra zatien je pristup procesa aplikacionog programa memorijskom prostoru u koji je smeten OS Logika adresa je celobrojna vrednost relativno u odnosu na poetak procesa aplikativnog programa Da bi se generisala fizika adresa logika adresa se dodaje adresi poev od koje je smeten proces u glavnoj memorijiDoc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 18

Upravljanje memorijom korienjem particijaMemorija je podeljena na memorijske particije koje mogu biti zauzete ili slobodneFiksne particije formiraju se prilikom podizanja (boot) sistema Dinamike particije - Memorijske particije se dinamiki kreiraju u memoriji na osnovu zauzimanja i osloba anja memorije od strane procesa

Bazni registar - sadri poetnu adresu memorijske particije koja je dodeljena trenutno aktivnom procesu Granini registar - sadri vrednost veliine memorijske particije aktivnog procesaDoc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 19

Izvravanje programa

CPU zapoinje izvrenje programa 1

CPU zapoinje izvrenje programa 2



20

Upravljanje memorijom stranienjemStranienje Tehnika za nekontinualno upravljanje memorijom u kojoj je proces podeljen na stranice (page) fiksne veliine, uobiajeno 4KB (moe biti 512B do 64KB i vie), koje se smetaju u nekontinualne stranine okvire (page frame) iste veliine u glavnoj memoriji.



21

Tablica mapiranja stranica (PMT)Tablica mapiranja stranica (PMT Page Map Table) - tablica koja vodi evidenciju o preslikavanju stranica procesa u stranine okvire u glavnoj memoriji, tj. daje informaciju koja stranica procesa je smetena u koji stranini okvir u memoriji Da bi se generisala fizika adresa na osnovu tablice mapiranja stranica nalazi se broj straninog okvira u koji je smetenaOperativni sistemi Uvod u raunarstvo


22

Virtuelna memorijaVeliina programa (procesa) moe biti vea od veliine glavne memorije koja mu je na raspolaganju, pa se delovi procesa (stranice programa) koji se trenutno koriste smetaju u glavnu memoriju, dok se ostale stranice uvaju na disku. Proirenje glavne memorije prostorom na sekundarnoj memoriji (disku) naziva se virtuelna memorija.



23

Upravljanje U/I ure ajimaSakriva detalje i specifinosti svakog hardverskog ure aja od korisnika Osnovne funkcije:Obezbe uje jedinstveni interfejs prema U/I ure ajima Pomou drajvera ure aja vri upravljanje specifinim U/I ure ajima Planira, dodeljuje i osloba a U/I ure aje Obezbe uje mehanizme za efikasno izvravanje U/I operacija (baferovanje, keiranje i spool-ovanje) Obezbe uje efikasnost rada U/I ure aja i upravljanje grekamaDoc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 24

U/I ure ajiKnjiga Osnovi raunarske tehnike (poglavlja 14.1, 14.2, 14.3, 14.4) Elektromehaniki U/I ure aj (tastatura, mi, monitor, disk, itd.) U/I kontroler (adapter, PC kartica) ip, ili skup ipova na ploi ili kartici koji upravlja ure ajem, obezbe ujui jednostavan interfejs prema OS u vidu registara za kontrolu ure aja, podatke, status ure aja i adresu (itanja ili upisa)Monitor

Magistrala Doc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 25

Naini izvrenja U/I operacijaProgramirani U/I aplikativni program poziva U/I funkciju (read, write), koja poziva drajver ure aja koji aktivira U/I kontroler, i povremeno proverava da li je ure aj zavrio. Ako je zavrio, smeta rezultujue podatke u memorijski bafer i vraa kontrolu aplikativnom programu. CPU izvrava drajver, ne radei nita drugo (busy waiting) Prekidima vo en U/I drajver aktivira U/I kontroler i zahteva da kontroler generie prekid kada zavri. Drajver zavrava i OS taj proces aplikativnog programa postavlja u stanje ekanja i aktivira sledei proces. Kada kontroler obavi U/I operaciju, generie prekid koji se preko kontrolera prekida alje CPU. OS na osnovu broja ure aja koji je izazvao prekid aktivira proceduru za obradu prekida, koja obavlja transfer podataka, a zatim se aktivira proces koji je prekinut. U/I korienjem DMA (Direct Memory Access) Koristi se poseban DMA ip koji omoguava prenos vee koliine podataka izme u memorije i kontrolera bez intervencije CPU. CPU aktivira DMA ip, specificirajui ure aj i memorijsku adresu, kao i broj bajtova koje treba prebaciti. DMA generie prekid kojim obavetava CPU o zavretku prenosaDoc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 26

U/I uravljan prekidimaKoraci u aktiviranju U/I ure aja i prihvatanje prekida (a)Drajver nalae kontroleru ta treba da uradi upisujui vrednosti u njegove registre (1) Kada kontroler zavri sa itanjem/upisom aktivira kontroler prekida (2) Kontroler prekida informie CPU o nastalom prekidu (3) i prosle uje informaciju o tome koji kontroler ure aja je aktivirao prekid (4)

Obrada prekida (b) Tekua instrukcija programa se prekida, i izvrenje prenosi na rutinu za obradu prekida (deo drajvera)



27

Upravljanje ulazno/izlaznim (U/I) ure ajimaU/I softverAplikativni program U/I softver nezavistan od U/I ure aja Drajveri ure aja (upravljaki programi) Procedure za obradu prekida Hardver



28

U/I softverProcedure za obradu prekida (interrupt handler) procedure koje se izvravaju u sluaju nastanka prekida (interrupt) od U/I ure aja Drajveri ure aja (device drajver) softver koji upravlja radom U/I kontrolera, izdajui mi komande i prihvatajui rezultat. Svaki proizvo a U/I kontrolera i U/I ure aja razvija drajver za svaki OS (Windows, Unix, Linux, itd.) Drajveri se prilikom instaliranja integriu u OS OS U/I softver nezavistan od U/I ure ajaIzvrava U/I funkcije koje su zajednike za sve U/I ure aje Obezbe uje aplikativnim programima jedinstven programski interfejs nezavisno od tipa ure aja i U/I kontrolera. (U aplikativnom programu poziva se funkcija read za itanje podataka sa sekundarne memorije bez obzira da li se radi o hard disku, cd rom-u, flash disku, itd.)Doc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 29

Upravljanje datotekama (File system)Obezbe uje organizovanje i pristup podacima na sekundarnim (trajnim) memorijama raunarskog sistema Podaci su organizovani u datoteke, a datoteke su grupisane u direktorijume (foldere, adresare, kataloge) Osnovne funkcije:Prevo enje logike adrese (broj bloka) u fiziku adresu (cilindar, staza, sektor) Vo enje evidencije u kojim blokovima na sekundarnoj memoriji je smetena koja datoteka Kreiranje i brisanje datoteka i obezbe enje operacija za rad sa datotekama (otvaranje, zatvaranje, itanje, upis, pozicioniranje,...) Evidencija slobodnog prostora na sekundarnoj memoriji za smetanje novih datoteka Zatita datoteka i podataka u njima od neovlaenog pristupa, modifikovanja i brisanjaDoc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 30

Upravljanje datotekamaDatoteke imenovana kolekcija logiki povezanih, homogenih podatakaIme datoteke, tip datoteke (ekstenzija), veliina, datum kreiranja/modifikacije, prava pristupa, itd.

Direktorijumi (folderi, adresari, katalozi) sadre spisak datoteka i direktorijuma nieg nivoaKorenski direktorijum (root) C:\ Hijerarhijska organizacija direktorijuma u stablo (graf) Putevi (path) do datoteka i direktorijuma Apsolutni poev od direktorijuma korena, navo enje svih direktorijuma do konane datoteke ili direktorijuma Relativni poev od radnog direktorijuma, korienjem simbola . (tekui direktorijum) i .. (direktorijum iznad)Doc. dr Dragan Stojanovi Operativni sistemi Uvod u raunarstvo 31

Direktorijumi (Folderi) i puteviApsolutni put C:\UR\Lec1.ppt Relativni put ..\UR\Lec1.ppt Radni direktorijum

Hard Disk C:

UR

Istrazivanje

Hobi

Lec1.ppt Lec1.doc

Sport

Putovanja

Umetnost



32

Windows Explorer



33

Za domai zadatakU knjizi Osnovi raunarske tehnike (poglavlje 15 Softver raunara), proitati sledea poglavlja:15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 Hardver i softver raunarskih sistema Sistemski softver Reimi rada raunarskih sistema Operativni sistem Programski sistem Usluni programi Aplikacioni softver



34

operativni sistemi 2009

Documents