- •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
2.4.3. Основные режимы ввода/вывода:
1. режим обмена с опросом готовности Центральный процессор посылает устройству управления команду для ввода/вывода, которую оно исполняет, преобразуя в сигнал, понятный ему самому. Устройства ввода/вывода намного медленнее центрального процессора, поэтому сигнал готовности приходится очень долго ждать, постоянно опрашивая устройство интерфейса. В режиме опроса готовности драйвер, управляющий процессом обмена данными с внешним устройством, выполняет в цикле команду «проверить готовность устройства». Центральный процессор в таком режиме используется нерационально.
2. режим обмена с прерываниями Режим обмена с прерываниями является режимом асинхронного управления. Драйверы, работающие в режиме прерываний, представляют собой сложный комплекс программ и могут иметь несколько секций, а именно, секцию запуска, которая инициирует операцию ввода/вывода, включает устройство или инициирует очередь ввода/вывода; одну или несколько секций продолжения, которые являются обработчиками прерываний; секцию завершения, которая выключает устройство и завершает операцию.
2.4.5. Виды ввода-вывода:
Синхронный ввод/вывод характеризуется тем, что задача, выдавшая запрос на операцию ввода/вывода, переводится супервизором в состояние ожидания завершения указанной операции. Когда супервизор получает от секции завершения сообщение о завершении, он переводит задачу в состоянье готовности к выполнению, и она продолжает свою работу. Синхронный ввод/вывод является стандартным для большинства ОС.
Асинхронный вывод – буферизованный вывод данных на внешнее устройство, при котором данные из приложения передаются не непосредственно на устройство ввода/вывода, а в специальный системный буфер. В этом случае логически операция вывода считается законченной, и задача может не ожидать реального процесса вывода данных на устройство. Процессом реального вывода занимается супервизор ввода/вывода. Асинхронный вывод возможен при наличии двух условий, когда в запросе на вывод было указано на необходимость буферизации данных; и когда устройство вывода допускает асинхронные операции.
Для организации асинхронного ввода необходимо:
выделить область памяти для временного хранения считываемых с устройства данных;
связать выделенный буфер с задачей, заказавшей операцию ввода;
запрос на операцию ввода разбить на две части (два запроса).
В первом запросе указывается операция на ввод данных и имя буфера для вводимых данных, после чего задача или продолжает выполнение или переводится в режим ожидания выполнения, но не переводится в ожидание завершения операции ввода/вывода, как при синхронном вводе. После выполнения некоторого объема программного кода задача выдает второй запрос на завершение операции ввода и, если операция ввода данных завершена к этому времени, то выбирает данные из системного буфера, если операция ввода не завершена, то задача приостанавливается до завершения ввода, как при синхронном вводе.
Накопители на магнитных дисках обладают крайне низкой скоростью по сравнению с быстродействием центральной части процессора. С учетом того, что операции чтения/записи на диск производятся несколькими большими процессами или сегментами памяти, средняя скорость работы процессора с оперативной памятью на 2 – 3 порядка выше, чем скорость передачи данных из внешней памяти на магнитных дисках в оперативную память. Чтобы сгладить такое несоответствие в производительности основных подсистем, используется буферирование и/или кэширование данных.
Простейший вариант – использование двойного буферирования: пока в один буфер заносятся данные с магнитного диска, из второго буфера ранее считанные данные могут быть прочитаны запросившей их программой. Аналогичный процесс происходит при записи. Буферирование используется во всех ОС.
Кэширование полезно в том случае, когда программа неоднократно читает с диска одни и те же данные. После того как они один раз будут помещены в кэш, обращение к диску больше не потребуется, и скорость работы программы значительно возрастет. Под КЭШем понимается некий пул буферов, управление которым производится с помощью системного процесса.