Операционные системы

Преподаватель: Полтавцева Мария Анатольевна

7 семестр – экзамен

Литература:

• Таненбаум. Современные ОС

• Олифер. ОС

• Дейтел. ОС

• (практика) Назаров. ОС (учебник и практика)

06092012 Лекция 1

Понятие классификации ОС

ОС – это слой специального ПО, выполняющий задачи менеджера и виртуализации ресурсов.

Любая задача управления ресурсом включает его планирование и отслеживание состояния.

Есть дополнительные свойства: защитник программ, постоянно функционирующее ядро и так далее.

Эволюция ОС

Первый период: 1945-1955.

Оборудование на лампах и реле. Системные средства состояли из библиотек математических и служебных программ.

Второй период: 1955-начало 60-х.

Аппаратная платформа на основе транзисторов. ОС пакетной обработки, предназначенная для выполнения вычислительных задач и автоматизирующая запуск программ пакетов. Формальный язык запросов и программирования.

Третий период: нач. 60-х – 1980.

Аппарат: интегральные схемы. Появляется мультипрограммирование и мультипрограммные ОС разделения времени. Появляются системы реального времени (ОС, которая работает в производственных вещах, сетевом оборудовании; предназначены, чтобы на входной сигнал за определенное время подать выходной сигнал).

При организации мультипрограммирования ОС выполняется операции:

--Организация интерфейса между программой и ОС при помощи системных вызовов.

--Планирование использования процессора.

--Сохранение содержимого регистров и структур при переключении выполняющихся задач.

--Реализация стратегий управления памятью.

--Организация хранения данных на внешних носителях.

--Поддержка средств коммуникации между программами.

--Средства синхронизации процессов при одновременном доступе к ресурсам.

Четвертый период: 1980 – наст.время.

Оборудование: БИС, универсальная архитектура, сети.

Появление распределенных системы (в мультипроцессорных средах, для облачных вычислений) и сетевых систем.

Основные понятия и концепции ос

Системные вызовы – это механизм, позволяющий пользовательским программам обращаться к услугам ядра ОС (механизм интерфейса между программой и ОС). При СВ задача переходят в привилегированный режим или режим ядра (вызывается функции ядра). Называют программными прерывания в учебной литературе. Реализуются с помощью библиотек. СВ исполняется в адресном пространстве и в контексте вызвавшей его задачи.

Прерывания – это событие, генерируемое внешним по отношению к процессору устройством. Аппаратное прерывание. Пример – окончание такта. АП – событие асинхронное. Обработка первоочередное.

Исключительные ситуации – это события, возникающие в результате попытки выполнения программы команды, которая не может быть выполнена до конца (попытка доступа к ресурсу без прав, открытие не существующей виртуальной страницы). Асинхронное событие в контексте данной задачи. Могут быть исправимые (нет данных в ОП, могут быть подгружены) и неисправимые (деление на нуль как ошибка программа).

Файлы – это не интерпретированная область данных. Для работы есть файловая система в ОС и системные вызовы.

Процессы и потоки

Классификация ос

1. По особенностям алгоритмов управления ресурсом:

   1. Многозадачная и однозадачная. Многозадачные ОС могут быть вытесняющие и невытесняющие (разница: в невытесняющей – пока не закончиться выполнение задачи, она не уйдет; вытесняющая – прерыванием снимает задачу).

   2. Многопользовательские и однопользовательские.

   3. Системы с поддержкой поток и без них.

   4. Многопроцесорная и однопроцессорная. Многопроцессорные ОС могут быть симметричные и асимметричные.

2. По особенностям аппаратных платформ:

   1. ОС персональных компьютеров

   2. ОС миникомпьютеров (для нетбуков и планшетов)

   3. ОС мобильных устройств

   4. ОС майнфреймов

   5. ОС кластеров

   6. ОС сетей ЭВМ (или сетевые: клиент-серверные системы, системы маршрутизаторов и так далее)

3. По особенностям областей использования:

   1. Системы пакетной обработки (главный критерий эффективности – максимальная пропуская способность, то есть количество решенных задач за единицу времени)

   2. Система разделения времени (критерий эффективности – удобство работы пользователя)

   3. Системы реального времени (критерий эффективности – способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результатов (реактивность), время – время реакции)

4. По особенностям методов построения:

   1. Монолитные системы (или монолитные ядра). Монолитное ядро – это набор процедур, каждая из которых может вызывать каждую. Пример: ОС семейства Unix в начале.

   2. Многоуровневые системы – вся вычислительная система разбивается на ряд уровней с определенными интерфейсами между ними. Например:

5 Интерфейс пользователя

4 Управления ввода/вывода

3 Диспетчер устройств связи и консоли

2 управления памятью

1 планирования процессов

0 уровень оборудования

Один слой только к соседям может обращаться, внутри слои – монолитны. Сложно продумать их архитектуру, но удобно компилировать

3. Виртуальные машины. Например:

Пользовательская программа	Пользовательская программа	Пользовательская программа
Linux	Windows	…
Виртуальная машина	Виртуальная машина	Виртуальная машина
ОС (виртуальная машина)
Реальное hardware

Используется часто в серверных системах.

4. Микроядерные ОС. В ОС выделяется исполнительное ядро (микроядро), работающее в привилегированном режиме, а остальные функции работают по клиент-серверному принципу.

Менеджер памяти, менеджер файловой системы, приложения

Микроядро

Взаимодействует через микроядро. Чем меньше функций в микроядре, тем лучше.

Минус систем: все вызовы и переключения требуют дополнительные накладные расходы, медленней работают.

5. На каком языке написаны: ООП, структурно-ориентированный и так далее.