Функции операционной системы

К основным функциям, выполняемым операционными системами, можно отнести:

• обеспечение выполнения программ – загрузка программ в память, предоставление программам процессорного времени, обработка системных вызовов;

• управление оперативной памятью – эффективное выделение памяти программам, учет свободной и занятой памяти;

• управление внешней памятью – поддержка различных файловых систем;

• управление вводом-выводом – обеспечение работы с различными периферийными устройствами;

• предоставление пользовательского интерфейса;

• обеспечение безопасности – защита информации и других ресурсов системы от несанкционированного использования;

• организация сетевого взаимодействия.

• 1.Функции ядра по восстановлению В случае внезапного прерывания питания в обычных ОС могут произойти сбои в памяти(недозаписанные участки памяти, некорректные данные, наложение данных). Поэтому в таком случае запускается процедура восстановления(recovery). Ядро любой ОС делает recovery (восстановление). И при следующей загрузке ОС всегда выполняется recovery. Потому что чтобы мы не делали, мы должны быть уверены, что последний блок либо записался весь, либо не записался никак, это делают все ОС. Кто-то делает копии и реплики, кто-то делает специальные protection при помощи логирований, но в любом случае все делают специальные типы доступа. 2. Мультипроцессинг, мультипрограмминг, мультитаскинг что это и в чем различия multiprogramming - одновременный режим выполнения. multitasking - если переключаем на каждый процесс менее, чем за секунду Многопроцессорность — использование пары или большего количества физических процессоров в одной компьютерной системе.(гугл) 2. SCSI скайзи это один из типов технологий шины ввода-вывода. Это основная технология для передачи данных от контроллера, который находится на motherboard (извините, не знаю как по русски, материнская плата) до контроллера, который находится на диске.Так сделаны все компьютеры. 3. функции роутеров и коммутаторов в ос (лекция 8) ОС роутера поддерживает таблицу маршрутизации На коммутаторах – защита от несанкционированного доступа. Защищают только порты коммутатора(протоколы, фильтры, ViLAN ) для защиты доступа к центральному устройству (Схема звезда, коммутатор в центре) скорее всего тут спросят про ieee По центру звезды есть не только коммутаторы, но и роутеры. Сервер никак не выделяется, потому что сервер = обычный порт = сегмент. Соединение сегментов между собой делают роутеры. Роутеры соединяют сегменты сети. Роутеры осуществляют InterNetworking(соединение сетей между собой). Для доставки пакетов данных в своем сегменте ничего не требуется, потому что коммутатор передает инфо по МАС-адресам, а IP в МАС переделывает протокол ARP А для соединения сетей между собой необходима маршрутизация. Нужен роутер, который дает маршрут к другому сегменту. В этом случае должен быть конфигурационный файл, в котором указан gateway-by-default. Он является «шлюзом» с точки зрения сетевого разработчика и роутером с точки зрения сетевых технологий. 4. специальные и специализированные ос что это и в чем отличие Специализированные ОС – для управления определенными устройствами. (коммутаторы, роутеры) Специализированные информационные системы предполагают что мы будем выполнять очень обычные с точки зрения операционных систем функции, то есть мы не будем перестраивать её архитектуру. Но эти функции будут нестандартными В специальных операционных системах мы переделываем внутри всю операционную систему(переделывание архитектуры ядра). Специальные операционные системы-это операционные системы, которые обязаны обеспечивать работу в режиме реального времени(real time) и это системы, которые работают с мультимедиа(прежде всего передача видео). 5.Функции ОС. Что делают РОС? (1 лекция) Функции ОС: Предоставление пользователю вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины Повышение эффективности использования компьютера путем рациональным управлением его ресурсами в соответствии с некоторым критерием Основные функции ОС: управление устройствами компьютера (ресурсами), т.е. согласованная работа всех аппаратных средств ПК: стандартизованный доступ к периферийным устройствам, управление оперативной памятью и др. управление процессами, т.е. выполнение программ и их взаимодействие с устройствами компьютера. управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жесткий диск, компакт-диск и т.д.), как правило, с помощью файловой системы. ведение файловой структуры. пользовательский интерфейс, т.е. диалог с пользователем. Дополнительные функции: параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность). взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация. защита самой системы, а

также пользовательских данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений. разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация). Распределенные ОС Распределенная система – это коллекция физически разделенных и возможно гетерогенных (реализованных при помощи различных стандартов и различными вендорами) компьютерных систем, которые соединены при помощи сетевых (networking) решений для того, чтобы пользователи получали доступ к различным ресурсам внутри всей этой сети. (увеличивает производительность, доступность и надежность) C точки зрения техники - расп. система это коллекция связанных между собой процессоров с помощью сетевых решений то есть обязательно связь с помощью сети!! Основная задача - делить ресурс (общий принтер, общ файловая система, канал, общую подсистему ввода-вывода и cpu (центральный процессор)) в этом плане «дележки» распределенные системы делятся на два подтипа: distributed network operating system (подвид РОС) Если операционная система предполагает, что войду в сессию (сделать логин) - я пользуюсь всеми ресурсами операционной системы по обеспечению security например: Windows NT - login - connection - распределить файловую систему для меня и обеспечивать безопасность Если я сделала логин, значит такая операционная система позволяет мне быть сетевой. Но есть операционные системы, которые говорят «не надо делать ко мне логин» - значит пользуемся какими-то ресурсами - это делает распределенная система. 6.Как осуществляется синхронизация РОС (лекция 3) У нас есть синхронная передача и асинхронная передача. Асинхронная передача – это когда любой символ, который мы собираемся передавать, передается отдельно. Часы передающего устройства и принимающего устройства должны быть синхронизированы на время передачи. Старт-стопная передача. Старт говорится часам принимающего устройства, синхронизируя на какое-то время. Стоп – заканчивается передача символа. Такое время – это обычно какое-то количество тиков ОС, обычно от 8 до 11 тиков. Но это медленно. В синхронной ноде находимся 8-11 тиков для ОС. Вводится бит четности для проверки правильности передачи. Синхронный протокол передачи – перед передачей блока информации мы говорим synch (синхронизируй часы) и передаем блок информации, но расстояние между символами в битах. На время передачи часы работают одинаково. Когда закончили передавать блок, передается специальный символ end. Для того, чтобы проверить четность используется CRC (алгоритм нахождения контрольной суммы). CRC проверяет блок данных и вычисляет определенные значения специальным образом, если они одинаковые – мы правильно передали. Передавать можно и побитно, и побайтно. Часы должны быть синхронизированы, либо передаются часы (clock) и они передаются отдельно (baud rate) и битовая скорость (скорость передачи данных), либо часы включаются в сам сигнал (Каждые пол периода перемена фазы). Все протоколы передачи синхронные и bit oriented. 7.Подсистемы ввода вывода.

Из чего устроена/состоит (гугл:Обмен данными между пользователями, приложениями и периферийными устройствами компьютера выполняет специальная подсистема ОС – подсистема ввода-вывода.) Диск-драйв присоединен к компьютеру при помощи шины ввода-вывода IO BUS. Это специальная шина, которая идет от контроллер, находящегося на motherboard до контроллера, находящегося на диске и выполняющий свой набор команд. Контроллер, находящегося на motherboard называется host bus adapter (HBA) . Подсистема ввода-вывода – адаптер, специальная шина, которая подключает к диску Канал ввода-вывода — это основная скорость работы ОС, состоящая из: 1. host bus adapter (HBA) 2. Шины 3. Соответствующего контроллера на диске Таким образом, ОС может поддерживать не один канал ввода-вывода, а несколько и соответственно взаимодействовать с кучей соответствующих дисков. Например, Window имеет 4 канала ввода-вывода, Novel - 6 8.Подсистема ввода вывода для систем хранения данные SAN 8.1 SAN SAN - Storage Area Network сеть хранения

данных– это личная внутренняя сеть со специальными протоколами, которая подсоединяет серверы к памяти. Серверы подсоединены к коммутатору при помощи Ethernet (топология звезда), но внутри серверов нет канала ввода-вывода, нет контроллеров, которые являются дисковыми, к диску они не подсоединены. Они имеют специальные адаптеры, которые являются сетевыми и адаптерами передачи данных к Storage ( обычно это fibre channel adapter)? но при помощи этих протоколов и этих адаптеров происходит подключение к коммутаторам, которые в свою очередь подключают нас к любой Mass Storage. Т.е. каналы ввода-вывода в старом варианте не существуют, а существует сетевой адаптер, который совмещен с host bus adapter, по которому он связывается с коммутатором, а они в свою очередь коммутируют нас к различным устройствам памяти. В данной системе ни коммутаторы, ни диски не бывают не доступны. Это делается при помощи расчета буфером. Однако, в старых системах образуется очередь новых запросов к драйверу, и новые запросы помещаются туда. 10.Способы синхронизации процессов thread – способ коммуникации и синхронизации, потому что с одним и тем же программным продуктом могут быть связаны разные процессы. Расписание тредов – способ синхронизации процессов. Если мы делаем shared memory (распределяемая память), то либо есть рестрикции (накладываются на определенную область памяти и процессы сами разбираются, могут они туда или не могут и ОС этим не занимается), либо это делается через вызовы ОС, что более правильно, потому что это контролирует доступ к определенным ресурсам при помощи ОС. Это менее быстрый способ. Делается это через контроль буферов. В этом случае, если буфер пустой, то тот, кто считывает должен ждать, пока буфер заполнится, а тот, кто пишет наоборот. Несколько процессов могут одновременно манипулировать одними и теми же данными и делать это в конкурентном варианте (race condition). Это надо преодолевать, иначе процессы не смогут работать, потому что они конкурируют за ресурсы. В распределенных системах тоже есть ресурсы (общий принтер, общий канал связи) – это деление ресурсов. Критическая секция – это некоторый кусок кода в каждом процессе, где процесс может менять сам те переменные, которые он использует. Если один процесс входит в критическую секцию, это означает, что остальные процессы не могут в этой критической секции сейчас находиться. Есть специальный протокол синхронизации – это разрешение входить в критическую секцию в определенные моменты исполнения кода. Любой код делится на entry section, exit section и remainder section (секция входа, секция выхода и секция остатка). В том случае, когда мы начинаем работать в этих секциях, у нас есть определенные правила – протоколы синхронизации. Только один процесс может находиться в критической секции. Есть ОС которые работают в режиме preemptive kernel, есть ОС, которые работают в режиме non-preemptive kernel (windows, unix, linux). Это значит что если ядро вошло в режим критической секции (оно само обновляет параметры, файлы, переменные для себя), то перехватить работу ядра другому процессу в это время нельзя. Это неправильно для современных систем, потому что есть процессы периодические. (у фри бсд нон-приемптив). Синхронизация процессов на нижнем уровне приводит к тому, что у нас разные ОС работают по разному. И в разных углах системы находятся разные варианты этих ОС. Есть другие способы решения проблем синхронизации: всевозможные логи, контрольные точки, протоколы сериализации, протоколы чекпоинтов. Проблемы синхронизации и транзакций ушли в СУБД. В распределенной системе эти проблемы решают отдельные узлы, которые работают под управлением СУБД. СУБД работают под управлением ОС, потому что все проблемы ввода-вывода оставлены в ОС. 11.Способы миграции процессов Миграция процессов – это перенос процессов между нодами во время исполнения. 2 вида миграции

Бесперебойная миграция процесса Миграция процесса, которая происходит перед запуском процесса (т. Е. Миграция, при которой процесс не нужно прерывать ). Этот тип миграции процесса относительно дешев, поскольку требует относительно небольших административных затрат. Упреждающая миграция процесса Миграция процесса, при которой процесс прерывается, переносится и продолжает обработку в другой среде выполнения. Этот тип миграции процесса является относительно дорогостоящим, поскольку он включает в себя запись, миграцию и воссоздание состояния процесса, а также реконструкцию любых каналов связи между процессами, к которым подключен процесс миграции. Миграция процесса - https://ru.xcv.wiki/wiki/Process_migration