5.Планы проведения семинарских, лабораторных занятий

Методические указания для выполнения лабораторных занятий

Тема 1 Структура операционной системы. Схема работы и взаимодействие элементов ос. Типы управляющих структур. Многозадачность.

План практического занятия

1. Ознакомление со структурой операционной системы на примерах современных ОС.

2. Рассмотрение схемы работы и взаимодействие элементов ОС на примере WindowsXP.

3. Знакомство типами управляющих структур ОС Minix, Linux WindowsNT.

4. Изучение многозадачность на основе диспетчера задач ОС WindowsXP.

1.Ознакомление со структурой операционной системы на примерах современных ос.

В большинстве многопользовательских операционных систем приложения отделены от собственно операционной системы: кол ее ядра выполняется в привилегированном режиме процессора (называемом режимам ядра), который обеспечивает доступ к системным данным и оборудованию. Код приложений выполняется в непривилегированном режиме процессора (называемом пользовательским') с неполным набором интерфейсов, ограниченным доступом к системным данным и без прямого доступа к оборудованию. Когда программа пользовательского режима вызывает системный сервис, процессор перехватывает вызов и переключает вызывающий поток в режим ядра. По окончании работы системного сервиса операционная система переключает контекст потока обратно в пользовательский режим и продолжает его выполнение.

Windows, как и большинство UNIX-систем, является монолитной операционной системой — в том смысле, что большая часть ее кода и драйверов использует одно и то же пространство защищенной памяти режима ядра. Это значит, что любой компонент операционной системы или драйвер устройства потенциально способен повредить данные, используемые другими компонентами операционной системы.

Рис. 2.1. Упрощенная схема архитектуры Windows

2. Рассмотрение схемы работы и взаимодействие элементов ос на примере WindowsXp.

Ознакомившись с высокоуровневой архитектурой Windows, рассмотрим роль каждого ключевого компонента системы. На рис. 2.3 отражена более подробная схема системной архитектуры Windows.

Рис. 2.3. Архитектура Windows

3. Знакомство типами управляющих структур ос Minix, Linux WindowsNt.

Ядро состоит из низкоуровневых, четко определенных и хорошо предсказуемых примитивов и механизмов операционной системы, позволяющих компонентам исполнительной системы более высокого уровня выполнять свои функции. Ядро отделено от остальной части исполнительной системы; оно реализует системные механизмы и не участвует в принятии решений, связанных с системной политикой. Практически все такие решения, кроме планирования и диспетчеризации потоков, принимаются исполнительной системой.

Вне ядра исполнительная система представляет потоки и другие разделяемые ресурсы в виде объектов. Управление этими объектами требует определенных издержек, так как нужны описатели, позволяющие манипулировать объектами, средства защиты и квоты ресурсов, резервируемых при их создании. В ядре можно избежать таких издержек, поскольку оно реализует набор более простых объектов, называемых объектами ядра (kernel objects). Эти объекты позволяют ядру контролировать обработку данных процессором и поддерживают объекты исполнительной системы. Большинство объектов уровня исполнительной системы инкапсулирует один или более объектов ядра, включая в себя их атрибуты, определенные ядром.

Одна из групп объектов ядра, называемых управляющими (control objects), определяет семантику управления различными функциями операционной системы. В эту группу входят объекты АРС, DPC (deferred procedure call) и несколько объектов, используемых диспетчером ввода-вывода (например, объект прерывания).

Другая группа объектов под названием объекты диспетчера (dispatcher objects) реализует средства синхронизации, позволяющие изменять планирование потоков. В группу таких объектов входят поток ядра (kernel thread), мьютекс (mutex), событие (event), семафор (semaphore), таймер (timer), ожидаемый таймер (waitable timer) и некоторые другие. С помощью функций ядра исполнительная система создает объекты ядра, манипулирует ими и конструирует более сложные объекты, предоставляемые в пользовательском режиме.

4. Изучение многозадачность на основе диспетчера задач ОС WindowsXP.

Код Windows, отвечающий за планирование, реализован в ядре. Поскольку этот код рассредоточен по ядру, единого модуля или процедуры с названием «планировщик» нет. Совокупность процедур, выполняющих эти обязанности, называется диспетчером ядра (kernel's dispatcher). Диспетчеризация потоков может быть вызвана любым из следующих событий.

Поток готов к выполнению — например, он только что создан или вышел из состояния ожидания.

Поток выходит из состояния Running (выполняется), так как его квант истек или поток завершается либо переходит в состояние ожидания.

Приоритет потока изменяется в результате вызова системного сервиса или самой Windows.

Изменяется привязка к процессорам, из-за чего поток больше не может работать на процессоре, на котором он выполнялся.

В любом случае Windows должна определить, какой поток выполнять следующим. Выбрав новый поток. Windows переключает контекст. Эта операция заключается в сохранении параметров состояния машины, связанных с выполняемым потоком, и загрузке аналогичных параметров для другого потока, после чего начинается выполнение нового потока.

Как уже говорилось, планирование в Windows осуществляется на уровне потоков. Этот подход станет понятен, если вы вспомните, что сами процессы не выполняются, л лишь предоставляют ресурсы и контекст для выполнения потоков. Поскольку решения, принимаемые в ходе планирования, касаются исключительно потоков, система не обращает внимания на то, какому процессу принадлежит тот или иной поток. Так. если у процесса А есть 10, у процесса В — 2 готовых к выполнению потока, и все 12 имеют одинаковый приоритет, каждый из потоков теоретически получит 1/12 процессорною времени, потому что Windows не станет поровну делить процессорное время между двумя процессами.

Контрольные задания для СРС (тема 1) [(1;4-37,38-90),(3;33-66)]

1. Описать ключевые компоненты системы WindowsXP

2. Системные вызовы применяемые в управлении ОС.

Рекомендуемая литература

1. Руссинович М., Соломон Д. Внутреннее устройство Microsoft Windows

2. Гордеев А.В, Молчанов А.Ю. Системное программное обеспечение.

3. Таненбаум Э, Вудхал А Операционные системы: разработка и реализация.

4. Столингс Операционные системы