Общая характеристика операционных систем

Понятие операционной системы.

ОС – совокупность программ, предназначенных для выполнения 2х основных функций:

- предоставление пользователю удобных средств управления работой ЭВМ, путём моделирования программными средствами некоторой расширенной машины, которая может выполнять более сложные действия, чем реальный компьютер;

- рациональное управление ресурсами компьютера, ведущее к повышению эффективности его использования.

ОС как расширенная машина.

Поддержка интерфейса пользователя путём предоставления некоторой расширенной или виртуальной машины, обеспечивающей выполнение более простой и понятной системы команд, с помощью которой осуществляется управление работой компьютера.

ОС как система управления ресурсами и ее состав.

Распределение памяти, процессоров, устройств и данных между программами, конкурирующими за эти ресурсы.

2 общие, не зависящие от типа ресурса, задачи:

1. Планирование ресурса – определение, кому, когда и в каком количестве необходимо выделить данный ресурс

2. Отслеживание состояния ресурса – поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов – какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.

Поколения ОС и их основные характеристики.

1. 1945 – 1955

Первые ламповые вычислительные устройства. Объём памяти – 4-10КБ, быстродействие – 100 оп/с

Высокая стоимость, высокое энергопотребл., большие размеры. ОС практически отсутствовала. Первые библиотеки стандартных программ

2. 1955 – 1965

Переход к полупроводниковым эл-там. Уменьш. размеров, дешевле. Память 100кб, 10-100тыс оп/с.

Первые ОС. Задача: увеличить степень загрузки процессора.

Режим мультипрограммирования – в памяти одновременно находятся и выполняются несколько программ. Режим мультипрогр. С фикс. Числом задач

Автоматизация запуска программ, пакетный режим.

Трансляторы с языков высокого уровня

Подсистема, обеспечивающая хранение и доступ к данным(прототип Файл.Сист.)

Реализация интерфейса – язык управления заданиями

3. 1965 – 1980

Интегральные схемы. Память – 0,5-10МБ, 10^5 – 10^6 оп/с

Диалоговый режим работы

Изменение режима мультипрогр. Реализация с переменным числом задач

Развитие языков высокого уровня

Развитие информационных систем

Появление развитых ФС

Интерфейс командной строки

4. 1980 – настоящее время

Интегральные схемы с высокой степенью интеграции.

Резкое уменьшение размеров и цены

Появление ПК. Память неск ГБ, неск млрд оп/с.

Графический интерфейс

Поддержка plug and play

Обеспечение надёжности хранения данных

Ср-ва обесп безопасности

Поддержка многозадачности

Классификация ос.

По особенностям управления ресурсами

ЦП

1. Однозадачные

2. Многозадачные

А) вытесняющее планирование

Б) невытесняющее планирование

Поддержка многонитевости

1. да

2. Нет

Поддержка многопользовательского режима

1. да

2. Нет

Многопроцессорная обработка

1. Да

А) симметричная

Б) асиметричная – ос работает только с одним процессором, остальные распределяет

2. Нет

Особенности аппаратной платформы

1. Ос пк

2. Ос мэйнфреймов

3. Ос серверов

Особенности областей использования

1. Ос Пакетной обработки

2. Ос разделения времени

3. Ос реального времени

Особенности методов построения ядра (архитектуры)

1. Монолитные

Единая программа, в которой все части компонуются перед запуском. Подсистемы вз-вуют только с управляющим модулем, вз-вие м/ду модулями могут быть из-за ошибок. Малая устойчивость, большая производительность. Малая переносимость.

2. С микроядром

Все модули реализованы как отдельная программа

Невозможно вз-вие м/ду модулями. Высокая устойчивость. Вся работа состоит во вз-вии с микроядром. Вз-вия занимают много времени.

Базовая аппаратная поддержка работы ОС

Понятие мультипрограммирования.

Режим работы компьютера, при котором в памяти К одновременно находится и поочередно выполняется несколько программ. Для реализации используется совокупность тесно взаимосвязаных программных и аппаратных средств.

Аппаратные

-децентрализыция управления

-ускорение работы

Программные

-учет и распределение ресурсов

-общее управление ресурсами

-хранение и организация доступа к данным

Базовые термины ОС (пользователь, программа, ресурсы, процесс, контекст

процесса).

Пользователь – человек, которому разрешена работа на компьютере

Программа – последовательность команд, которая должна быть выполнена для решения задач пользователя(прикладная) или задач управления (системная). С т.з. цп – поступающая на вход управляющая последовательность(поток) команд.

Ресурсы – компоненты программно-аппаратной среды, необходимые для её успешного выполнения. Области памяти, выделенные для хранения текста, данных и стека программы, устройства, хранимые данные, элементы системных управляющих структур и тд

Процесс – совокупность программы, находящейся на стадии выполнения, (потока) и ресурсов, требующихся для её работы.

Контекст процесса – совокупность данных, полностью характеризующих текущее состояние процесса(ресурсов и программы) и позволяющее восстановить выполнение процесса в случае его приостановки.

Концептуальная схема компьютера.

Цп-------------------------------|Ш|

Память--------------------------|И|

Ус-ва вв/выв—----------------|Н|

Ус-ва хранения данных-----|А|

1. Время процессора. Возможность захвата цп одной программой, выбор программы, которая должна выполняться следующей, переключение цп с выполнения одной программы на другую, централизация управления внеш. ус-вами

2. Основная память. Уменьшение времени доступа к памяти, обеспечение достаточного объёма П, распределение П м/ду программами, защита П.

3. Регистры. Изменение состояния Р при переключении программ

4. Ус-ва вв/выв. Совместное использования У несколькими программами. Большая разница в быстродействии У и ЦП

5. Устройства хранения данных. Совместное использование данных. Большая разница в быстродействии У и ЦП. Поддержка удобного интерфейса.

6. Шина. Наличие одной Ш создаёт проблемы передачи данных м-ду ус-вами и снижает эффективность их использования.

Процессор.

Основное управляющее устройство ЭВМ.

Общее устройство и принципы работы.

В простейшем случае состоит из:

1. Арифм.-Логич. Устройство

2. Ус-во управления

3. Общие регистры

4. Регистр команд

5. Счетчик команд

Перечисл. Компоненты обеспеч. Автоматич. Выборку из памяти и выполнение команд программы

Обычный цикл работы цп

1. Чтение команды из памяти по адресу в счетчике команд

2. Декодир. Команды

3. Изменение знач. Счетчика команд так, чтобы он указывал на след. Команду программы

4. Выполнение команды

Переключение процессора с выполнения одной программы на другую.

Механизм прерываний. Необходимо сохранить текущее состояние регистров цп, а также другие необходимые для обработки возникшей ситуации действия. Эти действия выполняют обработчики прерываний.

Централизация управления устройствами.

Команды делятся на обычные(могут использовать все) и привелегированые(только модули ос)

Режимы цп - режим пользователя(только обычные команды) и режим ядра(все команды). Сведения о текущем режиме работы в слове состояния процессора PSW

Планирование процессора.

Планировщик процессов –распределяет процессорное время м-ду программами

Прерывания.

- аппаратно реализуемая функция процессора, обеспечивающая переключение цп с одной программы на другую.

Типы прерываний.

Программные

При обращении к ядру

От внешн. Ус-в

Внешние прерывания(от других управл. Ус-в)

От схем контроля

Последовательность и схема обработки прерываний.

Обработка прерываний выполняется совместно цп и ос. Используются след.основные компоненты: процессор, обработчик прерываний, вектор прерываний(часть памяти, служащая для поиска обраб.прерыв.), стек.

Последов. Действий:

1. Получив сигн. Прерыв., Цп прекращает выполнение активн. Программы

2. Содержимое регистров сохран. В текущем стеке

3. Цп получает номер прерывания и просматривает вектор прерываний

4. Из ВектПрер извлекается адрес соотв. ОбрабПрерыв и загружается в счетчик команд

5. Цп извлекает и выполняет команду, адрес которой в счетч.команд и таким образом начинается выполнение обр.прер.

6. Последним действием обраб.прер. является извлечение из стека и загрузка содержимого регистров цп, включая счетч. Команд

7. Обнаружив в счетч.команд адрес очередной команды прикл.программы, цп продолжает её выполнение