- •Эволюция операционных систем. Структура вычислительной системы
- •Понятие операционной системы.
- •Функции операционных систем.
- •Основные понятия и концепции ос.
- •Архитектурные особенности ос.
- •Классификация ос.
- •Краткие сведения об архитектуре компьютера.
- •История создания ос корпорации Microsoft.
- •Системы Unix и Linux.
- •Дистрибутивы Linux.
- •Процессы. Понятие процесса.
- •Состояния процесса.
- •Одноразовые операции. Упрощенная иеархическая структура процессов.
- •Многоразовые операции. Приостановка, блокирование и разблокирование процесса.
- •Переключение контекста. Выполнение операции разблокирования процесса.
- •Планирование процессов. Уровни планирования процессов.
- •Критерии планирования и требования к алгоритмам.
- •Вытесняющее и невытесняющее планирование.
- •Алгоритм планирования First-Come, First-Served (fcfs).
- •Алгоритм планирования Round Robin (rr).
- •Алгоритм планирования Shortest-Job-First (sjf).
- •Гарантированное планирование.
- •Приоритетное планирование.
- •Многоуровневые очереди с обратной связью (Multilevel Feedback Queue).
- •Категории средств обмена информацией.
- •Логическая организация механизма передачи информации. Установка связи.
- •Особенности передачи информации с помощью линий связи.
- •Буферизация.
- •Поток ввода/вывода и сообщения.
- •Надежность средств связи. Завершение связи.
- •Потоки исполнения.
- •Алгоритмы синхронизации. Interleaving, race condition и взаимоисключения.
- •Критическая секция.
- •Программные алгоритмы организации взаимодействия процессов.
- •Требования, предъявляемые к алгоритмам синхронизации.
- •Запрет прерываний.
- •Переменная-замок.
- •Флаги готовности.
- •Алгоритм Петерсона.
- •Команда Test-and-Set (проверить и присвоить).
- •Команда Swap (обменять значения).
- •Механизмы синхронизации процессов и потоков.
- •Цели и средства синхронизации.
- •Решение проблемы producer-consumer с помощью семафоров.
- •Wait-функции и ожидаемые таймеры.
- •События и семафоры.
- •Мьютексы.
- •Реализация мониторов и передачи сообщений с помощью семафоров.
- •Реализация семафоров и передачи сообщений с помощью мониторов
- •Реализация семафоров и мониторов с помощью очередей сообщений
- •Управление памятью. Физическая организация памяти
- •Физическая организация памяти компьютера
- •Свойство локальности
- •Логическая память
- •Связывание адресов
- •Функции системы управления памятью
- •59. Схема управления памятью с одним процессом в памяти
- •Страничная память
- •Сегментная и сегментно-страничная организация памяти
- •Виртуальная память. Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти. Понятие виртуальной памяти
- •Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти
- •Страничная виртуальная память
- •Сегментно-страничная организация виртуальной памяти
- •Структура таблицы страниц
- •Ассоциативная память
- •Размер страницы
- •Аппаратно-независимый уровень управления виртуальной памятью. Исключительные ситуации при работе с памятью
- •Стратегии управления страничной памятью
- •Алгоритмы замещения страниц: общие правила, классификация, эффективность
- •Алгоритм fifo
- •Аномалия Билэди
- •Оптимальный алгоритм (opt)
- •Алгоритм nru
- •Алгоритм lru
- •Программное моделирование алгоритма lru
- •Трешинг
- •Моделирование рабочего множества
- •Страничные демоны (сервисы). Фоновый процесс
- •Программная поддержка сегментной модели памяти процесса
- •Файловая система. Файлы с точки зрения пользователя. Функции файловой системы
- •Общие сведения о файлах (имена, типы, атрибуты)
- •Организация файлов и доступ к ним (последовательный, прямой). Формы организации файлов
- •Операции над файлами
- •Директории. Логическая структура файлового архива
- •Разделы диска
- •Операции над директориями
- •Защита файлов
- •Реализация файловой системы. Общая структура файловой системы. Блок-схема файловой системы
- •Управление внешней памятью. Методы выделения дискового пространства
- •Выделение непрерывной последовательностью дисковых блоков
- •Связанный список. Хранение файла в виде связанного списка дисковых блоков.
- •Индексные узлы.
- •Управление свободным и занятым дисковым пространством.
- •Структура файловой системы на диске. Примерная структура файловой системы на диске.
- •Связывание файлов. Структура файловой системы с возможностью связывания файла с новым именем.
- •Кооперация процессов при работе с файлами.
- •Примеры разрешения коллизий и тупиковых ситуаций.
- •Hадежность файловой системы.
- •Целостность файловой системы.
- •Порядок выполнения операций.
- •Журнализация.
- •Производительность файловой системы. Кэширование.
- •Современные архитектуры файловых систем.
- •Дополнительные возможности современных файловых систем (на примере ntfs ос Windows xp).
- •Система управления вводом-выводом
- •Физические принципы организации ввода-вывода.
- •Общие сведения об архитектуре компьютера.
- •Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access – dma).
- •Структура системы ввода-вывода. Логические принципы организации ввода-вывода.
- •Структура подсистемы ввода-вывода. Драйверы.
- •Функции подсистемы ввода-вывода.
- •Компоненты подсистемы ввода-вывода (структурная схема).
- •Диспетчер ввода-вывода.
- •Типовая обработка ввода-вывода.
- •Установка драйвера.
- •Диспетчер электропитания.
- •Сетевые и распределенные операционные системы.
- •Взаимодействие удаленных процессов как основа работы вычислительных сетей.
- •Основные вопросы логической организации передачи информации между удаленными процессами.
- •Понятие протокола.
- •Многоуровневая модель построения сетевых вычислительных систем. Семиуровневая эталонная модель osi/iso.
- •Проблемы адресации в сети. Одноуровневые адреса. Двухуровневые адреса.
- •Удаленная адресация и разрешение адресов. Схема разрешения имен с использованием dns-серверов.
- •Основные понятия информационной безопасности. Угрозы безопасности
- •Формализация подхода к обеспечению информационной безопасности.
- •Криптография как одна из базовых технологий безопасности ос.
- •Шифрование. Шифрование открытым ключом.
- •Шифрование с использованием алгоритма rsa.
- •Защитные механизмы ос. Идентификация и аутентификация
- •Пароли, уязвимость паролей.
- •Шифрование пароля.
- •Авторизация. Разграничение доступа к объектам ос.
- •Аудит системы защиты.
- •Анализ некоторых популярных ос с точки зрения их защищенности: ms-dos; Windows nt/2000/xp; Windows Vista; Windows 7.
- •Брандмауэр ос ms Windows.
Требования, предъявляемые к алгоритмам синхронизации.
Организация взаимоисключения для критических участков, конечно, позволит избежать возникновения race condition, но не является достаточной для правильной и эффективной параллельной работы кооперативных процессов. Сформулируем пять условий, которые должны выполняться для хорошего программного алгоритма организации взаимодействия процессов, имеющих критические участки, если они могут проходить их в произвольном порядке.
1. Задача должна быть решена чисто программным способом на обычной машине, не имеющей специальных команд взаимоисключения. При этом предполагается, что основные инструкции языка программирования (такие примитивные инструкции, как load, store, test) являются атомарными операциями.
2. Не должно существовать никаких предположений об относительных скоростях выполняющихся процессов или числе процессоров, на которых они исполняются.
3. Если процесс рi исполняется в своем критическом участке, то не существует никаких других процессов, которые исполняются в соответствующих критических секциях. Это условие получило название условия взаимоисключения (mutual exclusion).
4. Процессы, которые находятся вне своих критических участков и не собираются входить в них, не могут препятствовать другим процессам входить в их собственные критические участки. Если нет процессов в критических секциях и имеются процессы, желающие войти в них, то только те процессы, которые не исполняются в remainder section, должны принимать решение о том, какой процесс войдет в свою критическую секцию. Такое решение не должно приниматься бесконечно долго. Это условие получило название условия прогресса (progress).
5. Не должно возникать неограниченно долгого ожидания для входа одного из процессов в свой критический участок. От того момента, когда процесс запросил разрешение на вход в критическую секцию, и до того момента, когда он это разрешение получил, другие процессы могут пройти через свои критические участки лишь ограниченное число раз. Это условие получило название условия ограниченного ожидания (bound waiting).
Надо заметить, что описание соответствующего алгоритма в нашем случае означает описание способа организации пролога и эпилога для критической секции.
Запрет прерываний.
Наиболее простым решением поставленной задачи является следующая организация пролога и эпилога:
while (some condition) {
запретить все прерывания
critical section
разрешить все прерывания
remainder section
}
Поскольку выход процесса из состояния исполнение без его завершения осуществляется по прерыванию, внутри критической секции никто не может вмешаться в его работу. Это позволяет процессу пользователя разрешать и запрещать прерывания во всей вычислительной системе. Если пользователь случайно или по злому умыслу запретил прерывания в системе и зациклил или завершил свой процесс, то без перезагрузки системы в такой ситуации не обойтись.
Тем не менее, запрет и разрешение прерываний часто применяются как пролог и эпилог к критическим секциям внутри самой операционной системы, например при обновлении содержимого PCB.