Билет №50. Дисковые утилиты.
Частью системного программного обеспечения является сервисное ПО, к которому относятся различные утилиты (utilities) – служебные программы для обслуживания компьютера и периферийных устройств, расширяющие возможности ОС. Утилиты – программы, предназначенные для решения узкого круга вспомогательных задач.
Утилиты используются для осуществления следующих операций:
мониторинга показателей датчиков и производительности оборудования – мониторинг температур процессора, видеоадаптера; чтения S.M.A.R.T. жестких дисков;
управления параметрами оборудования – ограничение максимальной скорости вращения DVD-привода; изменение скорости вращения вентиляторов;
контроля показателей – проверка ссылочной целостности; правильности записи данных и т.д.
Типы утилит:
дисковые утилиты (работа с диском);
утилиты работы с реестром;
утилиты мониторинга оборудования;
утилиты для тестирования оборудования.
Среди дисковых утилит можно выделить следующие:
дефрагментаторы – перераспределение файлов на диске, при котором они будут располагаться в непрерывных областях;
проверка диска – поиск неправильно записанных либо поврежденных различным путем файлов и участков диска и их последующее удаление для эффективного использования дискового пространства;
очистка диска – удаление временных файлов, ненужных файлов, чистка "корзины";
разметка диска – деление диска на логические диски, которые могут иметь различные файловые системы и восприниматься операционной системой как несколько различных дисков;
резервное копирование – создание резервных копий целых дисков и отдельных файлов, а также восстановление из этих копий;
сжатие дисков – сжатие информации на дисках для увеличения вместимости жестких дисков.
Билет №51. Компоненты ОС, их отличие от прикладного ОС.
Компоненты ОС: ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система; системные библиотеки; оболочка с утилитами.
Главное отличие между операционной системой и прикладным программным обеспечением является то, что операционная система - это системное программное обеспечение, которое работает как интерфейс между пользователем и оборудованием, а прикладное программное обеспечение - это программа, которая выполняет определенную задачу.
Билет №52. Основные классы прикладного ПО. Инструментальное ПО.
Прикладное ПО – это компьютерные программы, написанные для пользователей или самими пользователями и реализующие конкретные прикладные задачи. Сюда относятся графические и текстовые редакторы, браузеры, базы данных и все, что люди используют в привычной работе за компьютером. Здесь же находятся антивирусные пакеты, бухгалтерия и различные архивы. Смысл этой разновидности в выполнении четко поставленной задачи: рисовать, учитывать, открывать сетевые страницы, набирать текст. Если утилита нужна для конкретного выполнения действия, то она является прикладным ПО.
Инструментальное ПО (средства разработки программного обеспечения) – это программное обеспечение, которое используется в процессе проектирования, разработки и сопровождения программ. К этому классу относят системы программирования, а также системы управления базами данных (СУБД), которые имеют служебное назначение. Инструментальное ПО можно считать подмножеством прикладного ПО.
Рисунок – Классификация программного обеспечения
Билет №53. Файловые менеджеры. Операции над файлами. Архиваторы.
Файловый менеджер— компьютерная программа, предоставляющая интерфейс пользователя для работы с файловой системой и файлами. Файловый менеджер позволяет выполнять наиболее частые операции: копирование, перенос, удаление, редактирование текстовых файлов, а также изменение их размеров.
Существует два вида файловых менеджеров — навигационные и ортодоксальные. Основное отличие — в последних имеется две панели.
Действия с файлами: открывать, удалять, создавать, перемещать, копировать, переименовывать, редактировать, изменять размер.
Архиваторы: Архивация предполагает упаковку и сжатие данных. Упаковка и сжатие (компрессия) — не одно и то же. Упаковка — это слияние нескольких файлов или папок в единый файл, который называется архивом. Сжатие же — сокращение объема выходного файла или группы файлов. В разных архиваторах применяют различные способы сжатия, поэтому размер файла архива по сравнению с исходным файлом может различаться в зависимости от программы-архиватора, с помощью которой он был создан. Архивировать можно через «Проводника».
Билет №54. Понятие виртуализации. Примеры.
Виртуализация — это сокрытие реализации за абстрактным интерфейсом.
Виртуализация — сокрытие конкретной реализации за универсальным стандартизованным методом обращения к ресурсам / данным.
1 пример: Если попробовать применить на практике данное определение, то окажется, что оно вполне работает на совершенно неожиданных предметах. Скажем, часы. Вот были придуманы несколько тысяч лет назад солнечные часы, а в средневековье были придуманы механические.
Суть в том, что мы имеем стандартный интерфейс — стрелочный или цифровой указатель, который в универсальной стандартной форме указывает текущее время. Но имеет ли для нас значение как конкретно реализован этот механизм внутри коробки, если время указывается с достаточной для нас точностью?
2 пример: Примером использования виртуализации является возможность запуска нескольких операционных систем на одном компьютере: при том каждый из экземпляров таких гостевых операционных систем работает со своим набором логических ресурсов.
Билет №55. Виртуализация системы хранения данных.
Виртуализация хранения данных — это представление ресурсов хранения в абстрактном виде, как логические пространства хранения (тома) и без привязки к физическим накопителям. Технология обеспечивает удобный и прозрачный способ управления хранением, когда реальные устройства хранения, подключенные по различным протоколам, воспринимаются как единый пул.
Первый, наверное, вид виртуализации, с которым сталкивается начинающий компьютерщик — виртуализация системы хранения данных.
FS -> LBA -> CHS
Возьмем простейший случай с системой хранения на единичном жестком магнитном диске. Привычный нам формат работы с данными — это файлы, которые лежат на логическом диске. Файл можно открыть, прочитать, закрыть. Но такого объекта, как файл, физически попросту не существует — существует лишь способ обратиться к определенным блокам данных, используя способ адресации вида “диск:\папка1\папка2\файл”. Т.е. мы встречаемся с первым слоем виртуализации — из мнемонического и понятного человека переводим все в системно-понятные адреса. В таблицах метаданных драйвер файловой системы ищет, что же там за блоки с данными, и мы получаем адрес в системе LBA (logical block addressing). В системе LBA блоки имеют фиксированный размер и идут друг за другом линейно, т.е. еще как-то это может иметь отношение к хранению данных на магнитной ленте, но жесткий диск-то устроен совершенно иначе! И здесь мы переходим на второй слой виртуализации — трансляции адресации LBA в CHS (cylinder / head / sector).
CHS в свою очередь уже в контроллере жесткого диска начинает транслироваться в физические параметры для прочтения, но это совсем другая история.
Даже в простом обращении к файлу, мы встретились с тремя слоями виртуализации сходу.
Все было бы слишком просто, если бы слои не начали накладываться друг на друга в произвольном порядке и самым различным образом.
RAID
Следующий слой виртуализации, который за виртуализацию правда многие ошибочно не считают — это RAID (redundant array of inexpensive/independent disks).
Ключевая особенность RAID в контексте обсуждаемых понятий — не его способность защитить данные от выхода того или иного физического диска из строя. RAID обеспечивает второй уровень LBA-адресации поверх нескольких (иногда очень многих) независимых LBA-адресаций. Поскольку обращаться к RAID мы можем, независимо от уровня RAID, ровно так же, как и к одиночному диску без RAID, то можно с уверенность сказать:
RAID — это виртуализация дисковой системы.
Более того, RAID контроллер не просто создаёт один большой виртуальный диск из нескольких физических, а может создать произвольное их количество, добавив еще один слой виртуализации.
Билет №56. Виртуализация представлений. Rdp.
RDP (Remote Desktop Protocol) — протокол удаленного рабочего стола, предназначен для подключения и работы пользователя с удаленным сервером. На операционных системах Windows — RDP доступен из коробки.
Следующий вид виртуализации, который многие из нас используют практически каждый день, но не считают это виртуализацией — удаленное подключение к рабочему столу.
Терминальные серверы, VDI и даже просто RDP (протокол удаленного рабочего стола, предназначен для подключения и работы пользователя с удаленным сервером) через VPN к серверу — это все виртуализация сессий. Через стандартный интерфейс (монитор, клавиатура, мышь) мы работаем то ли с настоящей машиной, то ли с непонятным конструктом из виртуального десктопа на линкованном клоне с контейнеризованным приложением, из которого мы переносим данные через буфер в приложение с потоковой доставкой.
Компьютер, а конкретно процессор, на самом деле ничего не исполняет — он всего лишь ожидает некоторых входных параметров в определенных местах, а после, посредством страшной черной магии, выдает некоторые результаты в определенных местах.
Программа в данном случае — это некоторый поток команд, исполняемых строго последовательно, в результате которых мы ожидаем увидеть определенный результат.
Но если программа исполняется, то как можно данные вообще ввести? И вообще как-то взаимодействовать с компьютером?
Для этого были придуманы аппаратные прерывания. Пользователь нажимает на клавишу — контроллер клавиатуры сигнализирует об этом, и возникает прерывание исполнения текущей нити кода. В определенной области памяти записаны адреса обработчиков прерываний, и после сохранения текущего состояния управление передается обработчику прерывания. В свою очередь, обработчик должен, по идее, все быстро обработать, на то он и обработчик, записать в нужный буфер нажатую клавишу, и вернуть управление назад. Таким образом, вроде бы и исполняется приложение, и мы можем взаимодействовать с системой.
У обработчиков прерываний (а основной вид обработчиков — драйверы устройств) есть возможность войти в специальный режим работы процессора, когда другие прерывания не могут осуществиться до выхода из этого режима. Что в итоге часто приводило к проблеме зависания — ошибка в драйвере не позволяла выйти из прерывания.
Билет №57. Многозадачность. Реальный режим.
Многозадачность — свойство операционной системы или среды выполнения обеспечивать возможность параллельной обработки нескольких задач.
Что же делать в ситуации, если необходимо выполнять несколько программ (потоков кода с их данными и структурами памяти) одновременно? Очевидно, что если потоков кода больше, чем устройств, способных их исполнять, то это проблема.
Появляется псевдо-многозадачность — когда задача выполняется при непосредственном на нее переключении.
В дальнейшем появляется кооперативная (невытесняющая многозадачность) — исполняемая задача сама понимает, что ей больше не нужны процессорные ресурсы и она отдает управление кому-то другому. Но всего этого недостаточно.
И тут нам снова приходят на помощь прерывания + умение делать вид. Пользователю на самом деле неважно, чтобы они исполнялись строго одновременно, достаточно, чтобы так выглядело.
Поэтому на прерывание таймера просто вешается обработчик, который начинает управлять тем, какой поток кода должен выполняться следующим. Если таймер срабатывает достаточно часто (скажем раз в мс), то для пользователя все выглядит как параллельная работа. И так появляется современная вытесняющая многозадачность.
Реальный режим
Реальный режим процессора в рамках данной статьи можно охарактеризовать достаточно просто — вся память доступна всем. Любое приложение может получить доступ куда угодно как на чтение, так и на запись.
Это изначальный режим работы процессоров семейства Intel x86.
Билет №58. Защищённый режим. Кольца защиты.
Защищённый режим — режим работы x86-совместимых процессоров. Частично был реализован уже в процессоре 80286, но там существенно отличался способ работы с памятью, так как процессоры ещё были 16-битными и не была реализована страничная организация памяти.
Кольца защиты — архитектура информационной безопасности и функциональной отказоустойчивости, реализующая аппаратное разделение системного и пользовательского уровней привилегий. Структуру привилегий можно изобразить в виде нескольких концентрических кругов.
В 1982 году в процессоре Intel 80286 (далее просто 286) появилось нововведение — защищенный режим работы, принесший с собой нововведения в организации работы с памятью (например выделение типов сегментов памяти — код, данные, стек). Но самое главное, что принес 286 процессор в мир x86 — это концепцию колец защиты, которой мы пользуемся до сих пор.
Концепция колец защиты изначально появилась в ОС Multics для мейнфрейма GE645 (1967 года) с частично программной реализацией, и полностью аппаратной уже в 1970 году в системе Honeywell 6180.
Основная идея колец защиты напоминает многоуровневые средневековые крепости, самое ценное лежит в самом центре за множественными стенами. В данном случае самое ценное — неограниченный прямой доступ к любой области оперативной памяти и контролю над всеми процессами. Ими обладают процессы, работающие в нулевом кольце защиты. За стеной, в первом кольце, работают менее важные процессы, как например драйверы устройств, а в самом последнем — пользовательские приложения. Принцип прост — изнутри можно выйти наружу, а вот снаружи внутрь запрещено. Т.е. никакой пользовательский процесс не может получить доступ к памяти ядра ОС, как это было возможно в реальном режиме ранее.
В самой первой полной реализации Honeywell 6180 было реализовано 8 колец защиты, а вот в Intel решили упростить схему до 4, из которых на практике производители ОС стали использовать всего два — нулевое и третье.