- •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.
Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти
Очевидно, что невозможно создать полностью машинно-независимый компонент управления виртуальной памятью. С другой стороны, имеются существенные части программного обеспечения, связанного с управлением виртуальной памятью, для которых детали аппаратной реализации совершенно не важны. Одним из достижений современных ОС является грамотное и эффективное разделение средств управления виртуальной памятью на аппаратно-независимую и аппаратно-зависимую части. Коротко рассмотрим, что и каким образом входит в аппаратно-зависимую часть подсистемы управления виртуальной памятью.
В самом распространенном случае необходимо отобразить большое виртуальное адресное пространство в физическое адресное пространство существенно меньшего размера. Пользовательский процесс или ОС должны иметь возможность осуществить запись по виртуальному адресу, а задача ОС – сделать так, чтобы записанная информация оказалась в физической памяти (впоследствии при нехватке оперативной памяти она может быть вытеснена во внешнюю память). В случае виртуальной памяти система отображения адресных пространств помимо трансляции адресов должна предусматривать ведение таблиц, показывающих, какие области виртуальной памяти в данный момент находятся в физической памяти и где именно размещаются.
Страничная виртуальная память
Страничная виртуальная память и физическая память представляются состоящими из наборов блоков или страниц одинакового размера. Виртуальные адреса делятся на страницы (page), страницы в физической памяти образуют страничные кадры (page frames), а в целом система поддержки страничной виртуальной памяти называется пейджингом (paging). Передача информации между памятью и диском всегда осуществляется целыми страницами. После разбиения менеджером памяти виртуального адресного пространства на страницы виртуальный адрес преобразуется в упорядоченную пару (p, d), где p – номер страницы в виртуальной памяти, а d – смещение в рамках страницы p, внутри которой размещается адресуемый элемент. Процесс может выполняться, если его текущая страница находится в оперативной памяти. Если текущей страницы в главной памяти нет, она должна быть переписана (подкачана) из внешней памяти. Поступившую страницу можно поместить в любой свободный страничный кадр.
Поскольку число виртуальных страниц велико, таблица страниц принимает специфический вид, структура записей становится более сложной, среди атрибутов страницы появляются биты присутствия, модификации и другие управляющие биты. При отсутствии страницы в памяти в процессе выполнения команды возникает исключительная ситуация, называемая страничным нарушением (page fault) или страничным отказом. Обработка страничного нарушения заключается в том, что выполнение команды прерывается, затребованная страница подкачивается из конкретного места вторичной памяти в свободный страничный кадр физической памяти и попытка выполнения команды повторяется. При отсутствии свободных страничных кадров на диск выгружается редко используемая страница.
Для управления физической памятью ОС поддерживает структуру таблицы кадров. Она имеет одну запись на каждый физический кадр, показывающую его состояние. В большинстве современных компьютеров со страничной организацией в основной памяти хранится лишь часть таблицы страниц, а быстрота доступа к элементам таблицы текущей виртуальной памяти достигается, как будет показано ниже, за счет использования сверхбыстродействующей памяти, размещенной в кэше процессора.