Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 6

1 Понятие операционной системы 7

Контрольные вопросы 9

2 Организация компьютерной системы 10

2.1 Архитектура компьютера с общей шиной 10

2.2 Структура памяти 12

2.3 Структура ввода-вывода 14

Контрольные вопросы 16

3 Классификация Операционных Систем 17

Контрольные вопросы 20

4 Функциональные компоненты операционной системы 22

4.1 Управление процессами 22

4.2 Управление памятью 23

4.3 Управление файлами и внешними устройствами 23

4.4 Безопасность и защита данных 25

4.5 Интерфейс прикладного программирования 26

4.6 Пользовательский интерфейс 27

Контрольные вопросы 28

5 СТРУКТУРА операционной системы 29

5.1 Монолитные системы 29

5.2 Многоуровневые системы 30

5.3 Виртуальные машины 32

5.4 Экзоядро 35

5.5 Модель клиент-сервер 36

Контрольные вопросы 38

6 Процессы и потоки 39

6.1 Концепция процесса 39

6.2 Состояния процесса 39

6.3 Реализация процессов 41

6.4 Потоки 43

6.5 Операции над процессами 47

1 Создание процессов 47

2 Завершение процессов 51

Контрольные вопросы 52

7 ПЛАНИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОРА 54

7.1 Планирование процессов. Очереди 54

7.2 Планировщики 56

7.3 Моменты перепланировки. Вытеснение 57

7.4 Переключение контекста 59

7.5 Диспетчеризация 59

7.6 Критерии планирования процессора 60

7.7 Стратегии планирования процессора 61

3 Планирование в порядке поступления 61

4 Стратегия SJF 62

5 Приоритетное планирование 64

6 Карусельная стратегия планирования 66

7 Очереди с обратной связью 68

8 Гарантированное планирование 69

9 Лотерейное планирование 70

10 Планирование в системах реального времени 71

7.8 Планирование потоков 72

7.9 Оценка алгоритмов планирования 74

11 Детерминированное моделирование 74

12 Моделирование очередей 76

13 Имитация 77

Контрольные вопросы 77

8 Взаимодействие процессов 79

8.1 Разделяемая память. Проблема производителя и потребителя 80

8.2 Взаимодействие путем передачи сообщений 81

14 Буферизация 84

15 Исключительные ситуации 84

8.2.1 Вызов удаленных процедур (RPC) 85

Контрольные вопросы 86

9 Синхронизация процессов 87

9.1 Взаимное исключение и критические участки 88

9.2 Синхронизация с помощью элементарных приемов нижнего уровня 89

16 Запрещение прерываний 89

17 Переменные блокировки 90

18 Операция проверки и установки 90

9.3 Семафоры 92

19 Использование семафоров 92

20 Реализация семафоров 93

21 Тупики и зависания 94

9.4 Классические проблемы синхронизации 95

22 Проблема ограниченного буфера 95

23 Проблема читателей и писателей 95

24 Задача об обедающих философах 97

9.5 Двоичные семафоры 98

9.6 Сигналы 99

Контрольные вопросы 100

10 Тупиковые ситуации 101

10.1 Необходимые условия возникновения тупиков 101

10.2 Граф выделения и закрепления ресурсов 101

10.3 Методы решения проблемы тупиков 104

25 Предотвращение тупиков 105

26 Обход тупиков 107

27 Простейший алгоритм обхода тупика 107

28 Алгоритм банкира 108

29 Обнаружение тупиков 111

30 Восстановление после тупика 112

Контрольные вопросы 113

11 Управление памятью 114

11.1 Функции операционной системы по управлению памятью 114

11.2 Типы адресов 115

11.3 Физическое и логическое адресное пространство 115

11.4 Связывание адресов 116

11.5 Динамическая загрузка 118

11.6 Динамическое связывание 118

11.7 Перекрытие программ в памяти 119

11.8 Свопинг 121

11.9 Смежное размещение процессов 122

31 Простое непрерывное распределение 122

32 Распределение с несколькими непрерывными разделами 123

11.10 Фрагментация 124

11.11 Страничная организация памяти 126

11.12 Сегментная организация памяти 128

11.13 Сегментация в сочетании со страничной памятью 130

Контрольные вопросы 131

12 Управление виртуальной памятью 132

12.1 Подкачка страниц 132

12.2 Алгоритмы вытеснения страниц 133

33 Случайный выбор (Random) 133

34 «Первым пришел  первым ушел» (FIFO) 133

35 Вытеснение по давности использования (LRU) 134

36 Вытеснение редко используемых страниц (LFU) 135

37 Оптимальный алгоритм (OPT) 135

12.3 Аномалии в алгоритмах страничной реализации 135

38 «Толкотня» в памяти 135

39 Аномалия Биледи 136

12.4 Эффективность и применимость виртуальной памяти 137

Контрольные вопросы 137

13 Интерфейс файловой системы 138

13.1 Понятие файла. Атрибуты файла и операции с файлами 138

13.2 Операции над файлами 138

13.3 Типы файлов 140

13.4 Структура файлов 141

13.5 Методы доступа 142

40 Последовательный метод доступа 142

41 Прямой метод доступа 143

42 Другие методы доступа 144

13.6 Каталоги 144

13.7 Логическая структура каталога 146

43 Одноуровневая структура каталога 146

44 Двухуровневая структура каталога 146

45 Древовидная структура каталога 147

46 Организация каталога в виде графа без циклов 149

47 Организация каталога в виде произвольного (простого) графа 151

13.8 Проблемы защиты файлов 153

48 Типы доступа 153

49 Списки прав доступа 154

50 Другие подходы к защите 155

Контрольные вопросы 155