1. Понятие СПО. Основные компоненты СПО.

СПО- комплекс программ, которые обеспечивают управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой — приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные практические задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, предоставляя им сервисные функции, абстрагирующие детали аппаратной и микропрограммной реализации вычислительной системы, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы.

 

Как правило, к системному программному обеспечению относятся операционные системы, утилиты, системы программирования, системы управления базами данных, широкий класс связующего программного обеспечения.

2. Утилиты: классификация, описание.

Утилита (англ. utility или tool) — вспомогательная компьютерная программа в составе общего программного обеспечения для выполнения специализированных типовых задач, связанных с работой оборудования и операционной системы (ОС) .  Утилиты предоставляют доступ к возможностям (параметрам, настройкам, установкам) , недоступным без их применения, либо делают процесс изменения некоторых параметров проще (автоматизируют его) .  На практике различные образцы утилит используются для очистки места на диске, защиты данных и обеспечения конфиденциальности, оптимизации производительности системы, настройки диспетчера загрузки, восстановления повреждённых данных и др.  Классификация утилит по связи с ОС:  - независимые утилиты (не требующие наличия установленной ОС для своей работе)  - системные утилиты (входят в состав ОС или требуют её наличия)

Пример классификации утилит по функциям:  - Диспетчеры файлов;  - Архиваторы (с возможным сжатием данных) ;  - Просмотрщики;  - Утилиты для диагностики аппаратного или программного обеспечения;  - Утилиты восстановления после сбоев;  - Оптимизатор диска — вид утилиты для оптимизации размещения файлов на дисковом накопителе, - --например, путём дефрагментации диска;  - Деинсталляторы;  - Утилиты управления процессами. 

3. Основные функции ОС

Операционная система— комплекс системных программ, расширяющий возможности вычислительной системы, а также обеспечивающий управление её ресурсами, загрузку и выполнение прикладных программ, взаимодействие с пользователями. В большинстве вычислительных систем операционные системы являются основной, наиболее важной (а иногда единственной) частью системного программного обеспечения.

Функции операционных систем

Основные функции (простейшие операционные системы):

• Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение.

• Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

• Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальная память).

• Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск,компакт-диски т. д.), организованным в той или инойфайловой системе.

• Пользовательский интерфейс.

• Сетевые операции, поддержка стека протоколов.

4. Системы программирования: понятие, состав.

Системы программирования системные программы, предназначенные для разработки программного обеспечения:

- ассемблеры — компьютерные программы, осуществляющие преобразование программы в форме исходного текста на языке ассемблера в машинные команды в виде объектного кода;

• трансляторы — программы или технические средства, выполняющее трансляцию программы;

  • компиляторы — Программы, переводящие текст программы на языке высокого уровня, в эквивалентную программу на машинном языке.

  • интерпретаторы — Программы (иногда аппаратные средства), анализирующие команды или операторы программы и тут же выполняющие их;

• компоновщики (редакторы связей) — программы, которые производят компоновку — принимают на вход один или несколько объектных модулей и собирают по ним исполнимый модуль;

• препроцессоры исходных текстов — это компьютерные программы, принимающие данные на входе, и выдающие данные, предназначенные для входа другой программы, например, такой, как компилятор;

• отла́дчики (англ. debugger) — модули среды разработки или отдельные программы, предназначенные для поиска ошибок в программах;

• текстовые редакторы — компьютерные программы, предназначенные для создания и изменения текстовых файлов, а также их просмотра на экране, вывода на печать, поиска фрагментов текста и т. п.;

  • специализированные редакторы исходных текстов — текстовые редакторы для создания и редактирования исходного кода программ. Специализированный редактор исходных текстов может быть отдельным приложением, или быть встроен в интегрированную среду разработки;

• библиотеки подпрограмм — сборники подпрограмм или объектов, используемых для разработки программного обеспечения;

• редакторы графического интерфейса.

5. Процесс. Диаграмма состояний процесса.

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 основныхсостояниях: §      выполнение – активное состояние, во время которого поток обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором; в однопроцессорной вычислительной системе в этом состоянии в каждый момент времени может находиться только один поток;

§      ожидание или блокирование – пассивное состояние, в котором поток заблокирован по своим внутренним причинам (ждет выполнения какого-либо события, например, завершения операции ввода-вывода или предоставления необходимого ресурса);

§      готовность – тоже пассивное состояние, в котором поток заблокирован по внешним причинам – процессор занят другой задачей.

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. 

6. Потоки(треды):описание, свойства, связь с процессами.

Для организации мультизадачности были введены так называемые легковесные процессы – потоки или треды.

У каждого процесса имеется свое адресное пространство и выделенные ресурсы. Такая обособленность нужна для того, чтобы защитить один процесс от другого. поскольку они совместно используют все ресурсы вычислительной системы, конкурируют друг с другом. В общем случае процессы никак не связаны между собой и могут принадлежать даже различным пользователям. ОС считает процессы несвязанными и независимыми при  этом ОС берет на себя роль арбитра в конкуренции по поводу ресурсов.

Треды или потоки легковесными эти задачи называют потому, что ОС не должна для них организовывать полноценную виртуальную машину. Эти задачи не имеют собственных ресурсов. Они развиваются в том же виртуальном адресном пространстве, могут пользоваться теми же файлами, виртуальными устройствами и иными ресурсами, что и данный процесс. Единственное, что необходимо треду – процессорный ресурс. В однопроцессорной системе треды разделяют между собой процессорное время также, как это делают обычные процессы. В мультипроцессорной системе треды могут выполняться одновременно если не  встречают конкуренции из-за обращения к другим ресурсам.

Сущность поток – была введена для того чтобы распределять процессорное время между возможными работами.

Каждый поток выполняется строго последовательно и имеет свой собственный программный счетчик и стек.

Для эффективной организации параллельного выполнения в процессах и тредах, в архитектурах совр. Процессов вкл. Возможность работать со специальной информационной структурой описывающей ту или иную сущность. Для этого на уровне архитектуры микропроцессора используется понятие задача(Task) . она объединяет обычные и легковесные процессы.

7. Понятие ресурса. Основные виды и типы ресурсов выч.с-мы.

Термин ресурс обычно применяется по отношению к повторно использующимся, относительно стабильным и часто недостающим объектам, которые запрашиваются, используются и освобождаются процессами в период их активности. Ресурсы могут быть разделяемыми, когда несколько процессов могут использовать

их одновременно (в один и тот же момент времени) или параллельно (в течение некоторого времени процессы используют ресурс попеременно) и неразделяемыми.

1) Процессорное время

2) Память. Оперативная память может быть разделена одновременным способом, в этом сл-е в памяти может располагаться одновременно несколько процессов, либо целиком, либо текущие фрагменты; и попеременно – в разные моменты времени она может предоставляться для различных вычислительн

процессов. В каждый конкретный момент времени процессор при выполнении вычислений обращается опять к ограниченному числу ячеек оперативной памяти.

3) Программные модули. Системные программные ресурсы. Могут быть разделены между выполняющимися процессами. Программные модули могут быть

однократно исполняемыми (исполняются правильно только один раз, и являются

неделимыми ресурсами, более того их вообще можно не рассматривать как ресурс

системы. Такие модули используются, как правило, при загрузке системы.) и многократно исполняемыми. Многократно исполняемые программные модули могут

быть непривилегированные, привилегированные и реентерабельные. Привилегированные модули – работают при откл.системе прерываний. Никакие внешние события не могут нарушать естественный порядок вычисления. Непривилегированный – обычный модуль который может быть прерван во время работы. Реентерабельные модули – предусматривают повторное прерывание и запуск сохр.промежуточные вычисления и возвр-ся. 4) инф.ресурсы

8. Системный программный модуль: описание, классификация. Программные модули. Системные программные ресурсы. Могут быть разделены между выполняющимися процессами. Программные модули могут быть однократно исполняемыми (исполняются правильно только один раз, и являются неделимыми ресурсами, более того их вообще можно не рассматривать как ресурс системы. Такие модули используются, как правило, при загрузке системы.) и многократно исполняемыми. Многократно исполняемые программные модули могут быть непривилегированные, привилегированные и реентерабельные.

Привилегированный программный модуль работает в так называемом привилегированном режиме, при отключенной системе прерываний, и ничто не может нарушить естественный порядок вычислений. В результате программный модуль выполняется до конца. после чего он может быть вызван из другой задачи на исполнение. Такой модуль можно рассматривать как попеременно разделяемый ресурс.

Структура модуля:

Отключение Прерываний

Тело программного Модуля

Включение прерываний

Непривилегированные модули – обычные программные модули. которые могут быть

прерваны во время своей работы. Следовательно их нельзя в общем случае

считать разделяемыми, потому что если после прерывания вычисления такого модуля запустить его исчо раз по требованию вычислительно процесса, то промежуточные расчеты для прерванных вычислений могут быть потеряны.

Реентерабельные программные модули (reenter able) допускают повторное многократное прерывание своего исполнения и повторный их запуск при обращении из других задач. Для чего такие программные модули должны быть созданы таким образом, чтобы было обеспечено сохранение промежуточных вычислений для прерываемых вычислений и возврат к ним, когда вычислительный

процесс возвращается к прерванной ранее точке.

9. Классификация ОС. Примеры

1)По назначению. Прежде всего ОС разделяют

на системы общего и специального назначения. ОС специального назначения в свою очередь разделяют на ОС для переносных микрокомпьютеров (карманные PC) и различных встроенных систем.

2)По режиму обработки задач. Различают ОС обеспечивающие однопрограммный и мультипрограммный режимы. Мультизадачный режим наоборот предполагает, что забота о параллельном выполнении и взаимодействии приложений ложится на прикладных программистов. Современные ОС для персональных компьютеров реализуют как мультипрограммный, так и мультизадачный режимы.

При организации работы с вычислительной системой в диалоговом режиме можно говорить об однопользовательских (однотерминальных и мультитерминальных ОС) в мультитерминальных ОС могут работать одновременно несколько пользователей, каждый со своего терминала. Для организации мультитерминального доступа к вычислит. системе необходимо обеспечить мультипрограммный режим работы. Примером мультитерминальной ОС явл. Linux.

3) По способу взаимодействия с системой. Основной особенностью ОС реального времени является обеспечение обработки поступающих заданий в течение заданных интервалов времени, которые нельзя превышать. Мультипрограммирование является основным средством повышения производительности системы. Лучшие характеристики по производительности обеспечиваются для систем реального времени однотерминальными ОС реального времени. Средства организации мультипрограммного режима всегда замедляют работу системы в целом, но расширяют функциональные возможности системы. Одной из таких систем является QNX.

4) По способу построения. По своему архитектурному принципу ОС разделяются на микроядерные и монолитные, примером микроядерной является ОС QNX, примером монолитной – Windows 9.XX,200.

10. Основные принципы построения ОС: принцип модульности, принцип функциональной избирательности.

Принцип модульности

Под модулем в общем случае понимают функционально законченный элемент системы, выполненный в соответствии с принятыми межмодульными интерфейсами. По своему определению модуль предполагает возможность без труда заменить его на другой при наличии заданных интерфейсов. Способы обособления составных частей ОС в отдельные модули могут существенно различаться, но чаще всего разделение происходит именно по функциональному признаку. В значительной степени разделение системы на модули определяется используемым методом проектирования ОС (восходящее или нисходящее проектирование).

Принцип функциональной избирательности

В ОС выделяется некоторая часть важных модулей, которые должны постоянно находиться в оперативной памяти для более эффективной организации вычислительного процесса. Эту часть вОС называют ядром, так как это действительно основа системы. При формировании состава ядра требуется учитывать два противоречивых требования. В состав ядра должны войти наиболее часто используемые системные модули. Количество модулей должно быть таковым, чтобы объем памяти, занимаемый ядром, был бы не слишком большим. В состав ядра, как правило, входят модули по управлению системой прерываний, средства по переводу программ из состояния счета в состояние ожидания, готовности и обратно, средства по распределению таких основных ресурсов, как оперативная память и процессор. Помимо программных модулей, входящих в состав ядра и постоянно располагающихся в оперативной памяти, может быть много других системных программных модулей, которые получают название транзитных. Транзитные программные модули загружаются в оперативную память только при необходимости и в случае отсутствия свободного пространства могут быть замещены другими транзитными модулями. В качестве синонима к термину "транзитный" можно использовать термин "диск-резидентный".

11. Основные принципы построения ОС: принцип генерируемости, принцип функциональной избыточности.

Принцип генерируемости ос

Основное положение этого принципа определяет такой способ исходного представления центральной системной управляющей программы ОС, который позволял бы настраивать эту системную часть, исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач. Эта процедура проводится редко, перед достаточно протяженным периодом эксплуатации ОС. Процесс генерации осуществляется с помощью специальной программы-генератора и соответствующего входного языка для этой программы, позволяющего описывать программные возможности системы и конфигурацию машины. В результате генерации получается полная версия ОС. Сгенерированная версия ОС представляет собой совокупность системных наборов модулей и данных.

В современных ОС для персональных компьютеров конфигурирование ОС под соответствующий состав оборудования осуществляется на этапе инсталляции, а потом состав драйверов и изменение некоторых параметров ОС может быть осуществлено посредством редактирования конфигурационного файла.

Принцип функциональной избыточности

Этот принцип учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами. В состав ОС может входить несколько типов мониторов (модулей супервизора, управляющих тем или другим видом ресурса), различные средства организации коммуникаций между вычислительными процессами. Наличие нескольких типов мониторов, нескольких систем управления файлами позволяет пользователям быстро и наиболее адекватно адаптировать ОС к определенной конфигурации вычислительной системы, обеспечивать максимально эффективную загрузку технических средств при решении конкретного класса задач, получать максимальную производительность при решении заданного класса задач.

12. Основные принципы построения ОС: принцип вирт

Принцип виртуализации: построение виртуальных ресурсов, их распределение и использование в настоящее время применяется практически в любой ОС. Этот принцип позволяет представить структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распределителей ресурсов (мониторов) и использовать единую централизованную схему распреде-ления ресурсов.

Наиболее естественным и законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины. Виртуальная машина, предоставляемая пользователю, воспроизводит архитектуру реальной машины, но архитектурные элементы в таком представлении выступают с новыми или улучшенными характеристиками, как правило, упрощающими работу с системой. Характеристики могут быть произвольными, но чаще всего пользователи желают иметь собственную «идеальную» по архитектурным характерис-тикам машину в следующем составе:

- единообразная по логике работы виртуальная память практически неограниченного объема.

- произвольное количество виртуальных процессоров, способных работать параллельно и взаимодействовать во время работы.

- произвольное количество внешних виртуальных устройств, способных работать с памятью виртуальной машины параллельно или последовательно, асинхронно или синхронно по отношению к работе того или иного виртуального процессора, инициирующего работу этих устройств.

Одним из аспектов виртуализации является организация возможности выполнения в данной ОС приложений, которые разра-батывались для других ОС. Другими словами, речь идет об организации нескольких операционных сред.

13. Основные принципы построения ОС: принцип независимости программ от внешних устройств, принцип совместимости.

Принцип независимости программ от внешних устройств.

Принцип позволяет одинаково осуществлять операции управления внешними устройствами независимо от их конкретных физических характеристик.

Принцип совместимости

способность ОС выполнять программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной ОС, а также для другой аппаратной платформы.

Необходимо разделять вопросы двоичной совмести-мости и совместимости на уровне исходных текстов приложений.

Двоичная совместимость достигается в том случае, когда можно взять исполняемую программу и запустить ее на выполнение на другой ОС. Для этого необходимы совместимость на уровне команд процессора, и совместимость на уровне системных вызовов, и даже на уровне библиотечных вызовов, если они являются динамически связываемыми.

Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего транслятора в составе системного программного обеспечения, а также совместимости на уровне библиотек и системных вызовов. При этом необходима перекомпиляция имеющихся исходных текстов в новый выполняемый модуль.

14. Основные принципы построения ОС: принцип открытой и наращиваемой ОС, принцип мобильности.

Принцип открытости и наращиваемости

Принцип открытости и наращиваемости : Открытая операционная система доступна для анализа как пользователям, так и системным специалистам, обслуживающим вычислительную систему. Наращиваемая (модифицируемая, развиваемая) ОС позволяет не только использовать возможности генерации, но и вводить в ее состав новые модули, совершенствовать существующие и т.д. следует обеспечить возможность легкого внесения дополнений и изменений в необходимых случаях без нарушения целостности системы.

Основная часть ОС остается неизменной, и в то же время могут быть добавлены новые серверы или улучшены старые. Этот принцип иногда трактуют как расширяемость системы.

Принцип мобильности операционная система относительно легко должна переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа, которая включает наряду с типом процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера (архитектуру вычислительной системы), на аппаратную платформу другого типа. Заметим, что принцип переносимости очень близок принципу совместимости, хотя это и не одно и то же. Создание переносимой ОС, аналогично написанию любого переносимого кода, при этом нужно следовать некоторым правилам:

- большая часть ОС должна быть выполнена на языке, имеющемся на всех системах, на которые планируется в дальнейшем ее переносить. - важно минимизировать или, если возмож-но, исключить те части кода, которые непосредственно взаимодействуют с аппаратными средствами

15. Основные принципы построения ОС: принцип обеспечения безопасности вычислений

Обеспечение безопасности при выполнении вычислений является желательным свойством для любой многопользовательской системы. Правила безопасности определяют такие свойства, как защита ресурсов одного пользователя от других и установление квот по ресурсам для предотвращения захвата одним пользователем всех системных ресурсов (таких, как память).

Обеспечение защиты информации от несанкционированного доступа является обязательной функцией сетевых операционных систем.

Во многих современных инф.сис-х гарантируется степень безопасности данных соотв.уровню С2

Безопасной считается система которая посредством специального механизма защиты контролирует доступ к информации т.о. что только имеющие полномочия лица или процессы выполняются от их имени могут получить доступ на чтение, опис.информации.

Основными свойствами, характерными для класса С, являются наличие подсистемы учёта событий, связанных с безопасностью, и избирательный контроль доступа. Класс С делится на 2 подуровня: С1 – обеспечивает защиту данных от ошибок пользователей, но не от действий злоумышленников, на более строгом уровне С2 должны присутствовать:

• Средства секретного входа, обеспечивающие идентификацию пользователей путем ввода уникального имени и пароля перед тем, как им будет разрешён доступ к системе;

• Избирательный контроль доступа, требуемый на этом уровне, позволяет владельцу ресурса определить, кто имеет доступ к ресурсу и что он может с ним делать;

• Средства аудита обеспечивают обнаружение и запись важных событий, связанных с безопасностью, или любых попыток создать системные ресурсы, получить доступ к ним или удалить их;

• Защита памяти заключается в том, что память перед её повторным использованием должна инициализироваться.

16. Реестр Windows. Ветви системного реестра

Реестр Windows – это по сути, древовидная база данных, которая содержит в себе информацию обо всех параметрах, которые требуются для правильной и бесперебойной работы операционной системы. В нем содержатся настройки для установленного аппаратного и программного обеспечения, личных профилей пользователей, имеющих доступ к компьютеру, типы файлов, которые программами могут быть созданы, а также информация о свойствах папок.

• – HKEY_CURRENT_CONFIG (HKCC) – в разделе находится вся информация об аппаратном профиле, который используется на локальной машине во время запуска системы;

• – HKEY_CURRENT_USER (HKCU) – в разделе хранится информация о конкретном пользователе, который вошел в систему и работает в ней в настоящий момент времени. В этой ветви сохраняются его папки, настройки экрана, установленные параметры для панели управления;

• – HKEY_CLASSES_ROOT (HKCR) – в разделе содержатся данные о расширениях типов файлов и приложениях, которые при их запуске будут открываться;

• – HKEY_USERS (HKU) – в этой ветви хранится информация обо всех загруженных активных профилях пользователей конкретного ПК;

• – HKEY_LOCAL_MACHINE (HKLM) – ветвь для хранения сведений о загрузке ОС Windows, информации о драйверах устройств и аппаратном обеспечении компьютера;

• – HKEY_USERS (HKU) – ветвь хранит индивидуальные настройки профиля каждого пользователя, который зарегистрирован в системе. Здесь же хранится информация о профиле «по умолчанию» для создаваемых новых пользователей.

17. Командная строкаWindows: понятие, сценарии, функционал.

Командная строка — это отдельный программный продукт, который обеспечивает прямую связь между пользователем и операционной системой.

Поддержка командной строки встроена в операционную систему Microsoft Windows и доступна через окно командной оболочки. Командная строка поддерживается во всех версиях Windows и служит для запуска встроенных команд, утилит и сценариев.

Среду командной оболочки Windows запускают разными способами, в частности указывая параметры при запуске Cmd.exe или используя собственный стартовый файл, хранящийся в каталоге %SystemRoot%\System32. Кроме того, командная строка может работать в пакетном режиме для выполнения набора команд. В пакетном режиме командная строка считывает и выполняет команды одну за другой. Работая с командной строкой Windows, вы должны понимать, откуда берутся используемые вами команды. «Родные» команды (встроенные в операционную систему) бывают двух видов: ■    внутренние — существуют внутри командной оболочки; у них нет отдельных исполняемых файлов; ■    внешние — реализованы в отдельных исполняемых файлах, которые обычно хранятся в каталоге %SystemRoot% \System32.

Сценарии командной строки — текстовые файлы с команда¬ми, которые вы хотите выполнить. Это те же команды, которые обычно вводятся в командной оболочке Windows. Одна¬ко, вместо того чтобы вводить команды каждый раз, когда они понадобятся, можно создать соответствующий сценарий и упростить себе жизнь. Поскольку сценарии состоят из стандартных текстовых символов, их можно создавать и редактировать в любом стандартном текстовом редакторе, скажем, в Notepad (Блокнот). Вводя команды, убедитесь, что каждая команда или группа команд, которые должны выполняться совместно, разметаются с новой строки. Это обеспечит их корректное выполнение. Закончив создание сценария командной строки, сохраните файл сценария с расширением .bat или .cmd.

В командной строке можно запускать команды разных типов: встроенные команды, утилиты Windows и версии приложений, рассчитанные на командную строку.