- •0.1 Что такое операционная система?
- •0.1.1 Структура вычислительной системы
- •0.1.2 Что такое ос?
- •Раздел 1 Основные понятия ос Тема 1.1. Основные понятия. Эволюция ос.
- •1.1.1 Основные понятия
- •1.1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем
- •Темак 1.2 Принципы построения ос. Состав ос. Функции ос.
- •1.2.1 Принципы построения ос
- •Принцип модульности
- •Принцип функциональной избирательности
- •Принцип генерируемости ос
- •Принцип функциональной избыточности
- •Принцип виртуализации
- •Принцип независимости программ от внешних устройств
- •Принцип совместимости
- •Принцип открытой и наращиваемой ос
- •Принцип переносимости
- •Принцип обеспечения безопасности вычислений
- •1.2.2 Назначение и состав операционной системы компьютера.
- •1.2.3 Функции ос
- •1.2.4 Классификация ос
- •Тема 1.3 Архитектура ос (монолитные и микроядерные ос).
- •1.3.1 Монолитное ядро
- •1.3.2 Слоеные системы (Layered systems)
- •1.3.3 Виртуальные машины
- •1.3.4 Микроядерная архитектура.
- •1.3.5 Смешанные системы
- •1.6 Резюме
- •Раздел 2 Машинно-зависимые свойства ос Тема 2.1 Управление процессами (планирование и диспетчеризация)
- •2.1.1 Понятие процесса
- •2.1.2. Состояния процесса
- •2.1.3. Операции над процессами и связанные с ними понятия
- •2.1.3.1. Набор операций
- •2.1.3.2. Process Control Block и контекст процесса
- •2.1.3.3. Одноразовые операции
- •2.1.3.4. Многоразовые операции
- •2.1.3.5. Переключение контекста
- •2.1.4. Резюме
- •Тема 2.2 Управление памятью Часть 1 Физическая память
- •2.2.1 Основы управления памятью
- •2.2.2 Связывание адресов.
- •2.2.3 Простейшие схемы управления памятью.
- •2.2.3.1 Схема с фиксированными разделами.
- •2.2.3.2 Свопинг
- •2.2.3.3 Мультипрограммирование с переменными разделами.
- •2.2.4 Резюме
- •Часть 2 Виртуальная память
- •2.2.5. Проблема размещения больших программ. Понятие виртуальной памяти.
- •2.2.6 Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти.
- •2.2.7 Страничная память
- •2.2.8 Сегментная и сегментно-страничная организации памяти
- •2.2.9 Таблица страниц
- •2.2.10 Ассоциативная память.
- •2.2.11 Иерархия памяти
- •2.2.12 Размер страницы
- •Тема 2.3 Обработка прерываний
- •2.3.1. Механизм общей обработки прерывания
- •2.3.2. Программные прерывания или системные вызовы
- •2.3.3.Аппаратные или внешние прерывания
- •2.3.3.1. Немаскируемые внешние прерывания
- •2.3.3.2. Маскируемые внешние прерывания
- •2.3.4. Внутренние прерывания или исключения.
- •2.3.5. Таблица прерываний
- •2.3.6. Уровни приоритета прерываний
- •Тема 2.4 Обслуживание ввода-вывода
- •2.4.1 Основные понятия и концепции организации ввода/вывода в ос
- •2.4.2 Менеджер ввода-вывода
- •2.4.2.1.Основные задачи супервизора следующие:
- •2.4.2.2. Состав супервизора:
- •2.4.3. Основные режимы ввода/вывода:
- •2.4.5. Виды ввода-вывода:
- •2.4.6. Функции ос по обслуживанию ввода-вывода:
- •Раздел 3 Машинно-независимые свойства ос Тема 3.1 Планирование заданий
- •3.1.1. Стратегия планирования
- •3.1.2. Дисциплины диспетчеризации
- •3.1.3. Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы диспетчеризации
- •3.1.4. Качество диспетчеризации и гарантии обслуживания
- •3.1.5. Диспетчеризация задач с использованием динамических приоритетов
- •Тема 3.2. Организация файловых систем. Типы файловых систем fat16, fat32, vfat, ntfs и другие.
- •Часть 1 Основные понятия
- •3.2.1 Введение в ос
- •3.2.2 Имена файлов
- •3.2.3 Структура файлов
- •3.2.4 Типы и атрибуты файлов
- •3.2.5 Доступ к файлам
- •3.2.6 Операции над файлами.
- •3.2.7 Директории. Логическая структура файлового архива.
- •3.2.9 Защита файлов.
- •3.2.9.1 Контроль доступа к файлам
- •3.2.9.2 Списки прав доступа
- •3.2.10 Резюме
- •Часть 2 Реализация файловой системы
- •3.2.11 Интерфейс файловой системы.
- •3.2.12 Общая структура файловой системы
- •3.2.13 Структура файловой системы на диске.
- •3.2.13.1 Методы выделения дискового пространства
- •3.2.13.2 Управление свободным и занятым дисковым пространством.
- •3.2.13.3 Размер блока
- •3.2.13.4 Структура файловой системы на диске
- •3.2.14 Реализация директорий
- •3.2.14.1 Примеры реализации директорий в некоторых ос
- •3.2.14.2 Поиск в директории
- •3.2.15 Монтирование файловых систем.
- •3.2.16 Связывание файлов.
- •3.2.16.1 Организация связи между каталогом и разделяемым файлом
- •3.2.17 Кооперация процессов при работе с файлами.
- •3.2.18 Надежность файловой системы.
- •3.2.18.1 Целостность файловой системы.
- •3.2.18.2 Управление плохими блоками
- •3.2.19 Производительность файловой системы
- •3.2.20 Реализация некоторых операций над файлами.
- •3.2.20.1 Системные вызовы, работающие с символическим именем файла.
- •3.2.20.2 Системные вызовы, работающие с файловым дескриптором
- •3.2.21 Современные архитектуры файловых систем
- •3.2.22 Резюме
- •Часть 3. Примеры файловых систем
- •3.2.23. Файловая система fat
- •3.2.24 Файловая система fat32
- •3.2.25. Файловая система vfat
- •3.2.26. Файловая система ntfs
- •Тема 3.3. Защищенность и отказоустойчивость ос
- •3.3.1. Введение в безопасность ос
- •3.3.2 Классификация угроз
- •3.3.3 Формализация подхода к обеспечению информационной безопасности. Классы безопасности
- •3.3.5 Криптография, как одна из базовых технологий безопасности ос.
- •3.3.6 Введение в защитные механизмы операционных систем
- •3.3.7. Идентификация и аутентификация
- •3.3.7.1 Пароли, уязвимость паролей
- •Шифрование пароля
- •3.3.8. Авторизация. Разграничение доступа к объектам ос
- •3.3.8.1 Домены безопасности
- •3.3.8..2 Матрица доступа
- •3.3.8.3 Недопустимость повторного использование объектов
- •3.3.9. Аудит, учет использования системы защиты
- •3.3.10. Анализ некоторых популярных ос с точки зрения их защищенности.
- •3.3.11. Резюме
- •Раздел 4 ос ms-dos Тема 4.1 Структура ос ms-dos
- •4.1.1. Структура dos
- •4.1.2. Загрузка. Dos
- •Тема 4.2 Команды ms-dos
2.1.3.5. Переключение контекста
До сих пор мы рассматривали операции над процессами изолированно, независимо друг от друга. В действительности же деятельность мультипрограммной операционной системы состоит из цепочек операций, выполняемых над различными процессами, и сопровождается переключением процессора с одного процесса на другой.
Давайте для примера упрощенно рассмотрим, как в реальности может проистекать операция разблокирования процесса, ожидающего ввода-вывода. При исполнении процессором некоторого процесса (на рисунке - процесс 1) возникает прерывание от устройства ввода-вывода, сигнализирующее об окончании операций на устройстве. Над выполняющимся процессом производится операция приостановка. Далее, операционная система разблокирует процесс, инициировавший запрос на ввод-вывод (на рисунке - процесс 2), и осуществляет запуск приостановленного или нового процесса, выбранного при выполнении планирования (на рисунке был выбран разблокированный процесс). Как видим, в результате обработки информации об окончании операции ввода-вывода возможна смена процесса, находящегося в состоянии исполнение.
Для корректного переключения процессора с одного процесса на другой необходимо сохранить контекст исполнявшегося процесса и восстановить контекст процесса, на который будет переключен процессор. Такая процедура сохранения/восстановления работоспособности процессов называется переключением контекста. Время, затраченное на переключение контекста, не используется вычислительной системой для совершения полезной работы и представляет собой накладные расходы, снижающие производительность системы. Оно меняется от машины к машине и обычно находится в диапазоне от 1 до 1000 микросекунд. Существенно сократить накладные расходы в современных операционных системах позволяет расширенная модель процессов, включающая в себя понятие threads of execution (нити исполнения или просто нити).
2.1.4. Резюме
Понятие процесса характеризует некоторую совокупность набора исполняющихся команд, ассоциированных с ним ресурсов и текущего момента его выполнения, находящуюся под управлением операционной системы. В любой момент времени процесс полностью описывается своим контекстом, состоящим из регистровой, системной и пользовательской частей. В операционной системе процессы представляются определенной структурой данных - PCB, отражающей содержание регистрового и системного контекстов. Процессы могут находиться в пяти основных состояниях: рождение, готовность, исполнение, ожидание, закончил исполнение. Из состояния в состояние процесс переводится операционной системой в результате выполнения над ним операций. Операционная система может выполнять над процессами следующие операции: создание процесса, завершение процесса, приостановка процесса, запуск процесса, блокирование процесса, разблокирование процесса, изменение приоритета процесса. Между выполнением операций содержимое PCB не изменяется. Деятельность мультипрограммной операционной системы состоит из цепочек перечисленных операций, выполняемых над различными процессами, и сопровождается процедурами сохранения/восстановления работоспособности процессов, т. е. переключением контекста. Переключение контекста не имеет отношения к полезной работе, выполняемой процессами, и время, затраченное на него, уменьшает полезное время работы процессора.