Литература

Бруктир «Введение в компьютерные науки»

Макарова, Волков «Информатика» 2, 12, 13, 15, 16 главы

Олифер «Сетевые операционные системы»

Иртегов «Введение в операционные системы»

Таненбаум «Современные операционные системы»

www.cetforum.ru

Интуит (курсы Назарова)

Назначение операционной системы, обзор вычислительных ресурсов

Под ОС понимается программа или программный комплекс, предназначенный для:

1. Эффективного управления всеми ресурсами вычислительной системы (аппаратной и программ)

2. Управления выполнения программ запускаемых на счет (на выполнение)

3. Предоставление удобных форм связи пользователей вычислительной системы с теми программами, которые они выполняют в своих интересах (предоставление интерфейса)

Под управлением ОС должны находиться такие аппаратные системы как:

1. Процессор (существуют различные архитектуры процессоров: процы с усеченным набором команд (RISC-на высокой скорости), CISC-со стандартным набором команд). Различаются по организации самой схемы вычисления. Процы могут использовать конвейерный принцип обработки (когда микропроцы одновременно выполняет сразу несколько команд, но в разных фазах их выполнения), матричные архитектуры (когда существует сетка процов и каждый из процов выполняет вычисление над своим потоком данных(Grid-системы)).

2. Память (среда хранения информации). Основные операции: чтение и запись. В зависимости от скорости выполнения этих операций и от способа хранения можно классифицировать на: сверхбыструю (регистры), кэш-память, оперативка, внешняя память (такая память хранит данные без электропитания). Регистровая и оперативка в виде микросхем, внешняя память в виде электромеханическими или электромагнитными устройствами

3. Устройства ввода-вывода (периферия). Различаются большим разнообразием, принципами работы и функционалом (экраны, сенсоры, клава, мышка, джойстик, сканер, микрофон, вебка и тд)

В зависимости от предоставляемого интерфейса можно выделить ОС режима командной строки, ОС с графическим интерфейсом для пользователя (GUI-интерфейс). Некоторые ОС предоставляют оба интерфейса

Примеры ОС:

-ATLAS(первая ос с виртуальной памятью)

-OS/360 (IBM)

-Диспак (БЭСМ-6 (СССР))

-RSX (PDP-10/11)

-UNIX

-MS DOS (Microsoft)

-Windows 95/98/millennium/2000/xp/vista/7/8

-Linux

-Mac OS

Понятие процесс, представление процесса, управление процессом

Под процессом понимается выполнение программ, то есть тот период, когда программа запущена.

Понятие процесса не совпадает с понятием программного кода, поскольку один и тот же код может обеспечить выполнение нескольких процессов, с другой стороны выполнение одного процесса может требовать запуска на счет нескольких программ.

При выполнении потребляет:

Процессор

Память

Внешние устройства

Программный код

Совокупность файлов

Каталоги

ОС должна предоставить требуемые ресурсы, по возможности бесконфликтно с другими процессами

В некоторых случаях некоторые ОС проектируются в расчете на 1 процесс, определяемый программой пользователя, поэтому в такой ОС активный может быть код ОС и код пользовательской программы

MS DOS –пример

Если ОС допускает запуск нескольких процессов, то такая ОС называется многозадачной

Винда – пример

Каждый процесс, зарегистрированный в ОС, получает свой идентификатор (PID), различный для разных процессов.

Помимо пида, процессы различаются идентификатором владельца (UID)

Владелец это некоторое реально существующее физическое лицо или некоторый условный пользователь, который регистрируется админом ОС. Например, в убунте предполагается админ, способный управлять всеми ресурсами и осуществлять задачи системного администрирования

Привилегии процесса определяются привилегиями пользователя

Есть ОС многопользовательские, и есть однопользовательские

Процесс получает значение приоритета. Приоритет определяет степень важности такого процесса, то есть чем

Выше приоритет, тем чаще и на больший срок он получит требуемые ресурсы. Т.е. ОС стремится их обслужить в первую очередь. Обычно ОС различает статический и динамический приоритет. Статический приоритет получает процесс при его создании и в дальнейшем не меняется (может назначаться администратором или пользователем), а динамический приоритет-переменная величина, которая пересчитывается самой ОС для реализации дисциплины обслуживания процессов.

Процесс характеризуется и своим состоянием. От момента активации и до его завершения, процесс может переходить в разные состояния.

1. Процесс может быть в состоянии счета (RUN)-процесс обладает всеми необходимыми ресурсами.

В традиционной, однопроцессорной ВС в таком состоянии может быть только 1 процесс.

2. Процесс может быть в состоянии ожидания (Waiting).

Например, процесс потребовал операцию ввода данных. Пока данные не будут введены, процесс не сможет дальше продолжаться.

3. Процесс может быть приостановлен (Suspend).

Может приостановиться по каким то внутренним причинам.

4. Процесс готов к выполнению (Ready).

Процесс обладает всеми ресурсами, кроме процессора.

Логика перехода процесса из одного состояния в другое задается графом перехода состояний процесса.

В каждом состоянии может быть несколько процессов, и они накапливаются в определенных структурах хранения.

Информация о процессе сохраняется в специальной структуре данных, которая называется «Дескриптор» или паспортом программы.

В распространенных ОС существуют средства для получения информации об активных процессах. В винде диспетчер задач (Ctrl+alt+del). Показывает ИД процесса, файл, определяющий код процесса, инфу о потребляемых ресурсах. Сконфигурировать показ сложной информации можно командой верхнего меню «Вид». Можно осуществить мониторинг потребления основных ресурсов системы. В убунте для просмотра инфы о процессе в терминале вводится: ps (опции (ИД)). Для справки используется команда man имя команды. Для всех своих процессов: ps –a. Вылетит табличка со всеми процессами. А для своих и системных: ps –ax. Команда top осуществляет показ наиболее активных процессов системы. В убунте процессы называются daemon. Как правило, системные процессы находятся в режиме ожидания поступления заявок на обслуживание со стороны других процессов. При поступлении заявки демон выполняет назначенную ему функцию и снова переходит в режим ожидания. В ОС как правило можно управлять теми возможностями которые ОС предоставляет. Это делается путем администрирования сервисов. Можно активировать панель управления, выбрать категорию «администрирование» и в ней выбрать категорию «службы». В открывшемся окне можно посмотреть службы, остановить их или запустить.

Образ процесса

Для активного процесса ОС создает в выделенной процессу памяти образ процесса. Это позволяет ОС образ кодового сегмента хранить во внешней памяти и при необходимости загружать этот образ в оперативку. Сегмент данных предназначен для хранения значений переменных, которые заданы в программе определяющей процесс. Именно в этой части хранятся значения переменных (var). И есть СТЕК. Он предназначен для хранения значений временных переменных, существование которых связанно с выполнением процедуры функций. СТЕК - линейная структура хранения, запись и чтение значений которой осуществляются только с одного конца. В дескрипторе процесса хранится адрес образа процесса. Для обеспечения корректного возобновления счета ОС с каждым процессом связывает еще одну структуру, которая называется контекстом процесса. У разных процессов контексты разные. В нем сохраняется такая инфа как: адрес команды, которая должна быть выполнена как следующая, текущие значения логических условий, с которыми работает процесс, местоположение текущего активного каталога, с файлами которого работает процесс, состояние внешних устройств с которыми работает процесс. ОС организует специальные списочные структуры, в узлах которых хранятся дескрипторы зарегистрированных процессов и специальные компоненты ОС (диспетчер задач) осуществляют управление такими списочными структурами. Для ОС создать процесс означает:

1. Сформировать дескриптор процесса. Задать значение его полей.

2. Создает память и помещает образ процесса

Для надежной работы ОС процессор имеет 2 режима работы: пользовательский и привилегированный. В первом режиме выполняются команды обычной программы. В привилегированном режиме выполняются команды ОС. В таком режиме системы процессор способен выполнять некоторые особые привилегированные процессы, которые недоступны в обычном пользовательском. С помощью таких команд управляют системными списками процессов, а так же создание и управление виртуальной памяти.

Понятие потока

В последние 20 лет помимо процессов в ОС стало возможным управлять потоками. Это часть активности процесса, направленная на выполнение какой-то части задачи перед процессом в целом. Например, в редакторе word отдельный поток отвечает за проверку орфографии и пунктуации. Или в плеере отдельный поток отвечает за генерацию визуализации.

С точки зрения ОС поток может быть понят как облегченный процесс. У потока все ресурсы берутся у процесса-родителя. Единственный ресурс, который ОС распределяет потокам явным образом это процессор. Соответственно образуется очередь готовых потоков, которые получают на определенный интервал времени (квант) для выполнения команд.