Операционные системы

Понятие «Операционная система». (1-1)

Операционная система (ОС) – это набор программ, который обеспечивает возможность использования аппаратных средств компьютера и предоставляет пользователю интерфейс для реализации прикладного ПО и управления информацией.

Расположение ос в общей структуре компьютера

Самый нижний уровень содержит физические устройства, состоящие из интегральных микросхем, проводников, источников тока и т.д.

Выше у некоторых компьютеров расположен микроархитектурный (микропрограммный) уровень – примитивная программная прослойка, напрямую работающая с оборудованием и располагающаяся в ПЗУ. Основное его назначение – интерпретация машинных команд. Нужен, чтобы безболезненно переходить с одной архитектуры на другую.

Система команд содержит 50-300 команд, предназначенных для перемещения данных, выполнения арифметических и сдвиговых операций, сравнения величин. Управление устройствами на этом уровне осуществляется с помощью специальных регистров устройств, методов адресации и оперативной памяти компьютера.

Уровень операционной системы состоит из ядра ОС и системных программ. Ядро – это та часть программ, которые всегда находятся в оперативной памяти. Системные программы загружаются в оперативную память по мере необходимости.

Прикладные программы – приобретаются или пишутся самим пользователем.

Функции ос

1. Определяет интерфейс пользователя.

2. Обеспечивает распределение аппаратных ресурсов между процессами (пользователями).

3. Планирует доступ пользователей к общим ресурсам.

4. Обеспечивает эффективное выполнение операций ввода/вывода.

5. Осуществляет восстановление информации и вычислительных процессов в случае ошибок.

ОС управляет следующими ресурсами:

1. Память (оперативная и внешняя).

2. Устройства ввода/вывода (периферийные).

3. Данные.

4. Программы.

Ресурсы бывают:

• Выгружаемые – такие ресурсы можно безболезненно забирать у владеющего ими процесса (например, оперативная память).

• Невыгружаемые. Например, компакт-диски.

• Исчерпаемые (память, файл).

• Неисчерпаемые (круговой конвеер).

Последовательность событий, необходимых для использования ресурса, можно представить в следующем виде:

1. Запрос ресурса

2. Использование

3. Возврат

ОС взаимодействует с:

• Пользователями

• Программами (прикладными и системными)

• Аппаратными средствами

Понятие ядра операционной системы. Функции ядра. (27-1)

Все операции, связанные с процессами выполняются под управлением той части ОС, которая называется ядром.

Ядро представляет собой небольшую часть кода ОС в целом. Однако оно относится к числу наиболее интенсивно используемых компонент системы. По этой причине ядро обычно резидентно размещается в оперативной памяти, в то время как другие части ОС перемещаются во внешнюю память и обратно по мере необходимости.

Функции ядра ОС

Ядро ОС, как правило, содержит программы для реализации следующих функций:

• Управление процессами и потоками;

• Обработка прерываний;

• Поддержка операций ввода/вывода;

• Управление оперативной памятью;

• Поддержка работы файловой системы;

• Функции учета работа компьютера (различная статистическая информация).

Понятие процесса. Состояния процесса. (14-1)

Процесс – это программа в стадии выполнения (вместе с текущими значениями счетчика команд, регистров и переменных).

Состояния процесса

В период своего существования процесс проходит через ряд дискретных состояний:

1. Выполняется – если в данный момент времени ему выделен ЦП.

2. Готов – если он мог бы использовать ЦП, предоставленный в его распоряжение.

3. Блокирован – если он ожидает появления некоторого события (например, ввода).

4. (Приостановлен) – промежуточное состояние, не называть!

Когда в систему поступает некоторое задание, она создает соответствующий процесс, который затем устанавливается в конец списка готовых процессов. Этот процесс постепенно продвигается к головной части списка по мере завершения выполнения предыдущих процессов. Когда процесс окажется первым в списке готовых процессов и когда освобождается ЦП, этому процессу выделяется ЦП, и происходит смена состояния процесса из состояния готовности в состояние выполнения.

Чтобы предотвратить либо случайный, либо умышленный монопольный захват ресурсов компьютера каким-то одним процессом, ОС устанавливает в специальном аппаратном таймере прерываний временной интервал, в течение которого любому процессу разрешается занимать ЦП.

Если процесс добровольно не освобождает ЦП в течение указанного временного интервала, таймер вырабатывает сигнал прерывания, по которому управление будет передано ОС. После этого ОС переведет ранее выполнявшийся процесс в состояние готовности, а первый процесс из списка готовых – в состояние выполнения.

С каждым процессом связывается его адресное пространство: список адресов от минимума до максимума, который процесс может прочесть и в который он может писать. В адресном пространстве содержится сама программа, данные к ней, ее стек.

Со всяким процессом связываются регистры, включая счетчик команд, указатель стека и другие регистры.

Понятие процесса базируется на двух независимых концепциях: группирования ресурсов и выполнения программ. С одной стороны у процесса есть адресное пространство, содержащее текст программы, данные, открытые файлы, дочерние процессы и т.д. С другой стороны, процесс можно рассматривать как поток исполняемых команд. У потока есть счетчик команд, регистры, стек и т.д. Хотя поток должен исполняться внутри процесса, следует различать концепции потока и процесса. Процесс используется для группирования ресурсов, а потоки являются объектами, поочередно исполняющимися на ЦП.

Концепция потока добавляет процессу возможность выполнения нескольких программ достаточно независимо.