- •Раздел 1. Архитектура операционных систем Тема 1. Принципы построения операционных систем
- •1.1. Понятие об архитектуре аппаратных средств
- •1.1.1. Вводные замечания
- •1.1.2. Классификация программных средств
- •1.1.3. Место и функции системного программного обеспечения
- •1.2. Принципы работы вычислительной системы
- •1.3. Режимы работы операционных систем
- •1.3.1. Режимы обработки данных
- •1.3.1.1. Однопрограммные режимы обработки данных
- •1.3.1.2. Многопрограммные режимы обработки данных
- •1.3.2. Режимы и дисциплины обслуживания
- •1.3.2.1. Режимы обслуживания
- •1.3.3.2. Дисциплины обслуживания
- •1.4. Классификация операционных систем
- •1.4.1. Особенности алгоритмов управления ресурсами
- •1.4.1.1. Поддержка многозадачности
- •1.4.1.2. Поддержка многонитевости
- •1.4.2. Особенности аппаратных платформ
- •1.4.3. Особенности областей использования
- •1.4.4. Особенности методов построения
- •1.5. Основные принципы построения операционных систем
- •1.6. Пользовательский интерфейс операционных систем
- •1.6.1. Классификация интерфейсов
- •1.6.2. Пакетная технология.
- •1.6.3. Технология командной строки.
- •1.6.4. Графический интерфейс
- •1.6.4.1. Простой графический интерфейс.
- •1.6.4.2. Wimp-интерфейс
- •1.6.5. Речевая технология
- •1.6.6. Биометрическая технология)
- •1.6.7. Семантический интерфейс.
- •Контрольные вопросы к теме 1
- •Тема 2. Концептуальные основы операционных систем
- •2.1. Концепция процесса
- •2.2. Концепция ресурса
- •2.3. Концепция виртуальности
- •2.4. Концепция прерывания
- •2.5. Понятие ядра и микроядра ос
- •2.5.1. Понятие ядра ос
- •2.5.2. Понятие микроядра ос
- •Контрольные вопросы к теме 2
- •Тема 3. Понятие управления задачами
- •3.1. Организация управления задачами
- •3.2. Средства и механизмы управления задачами
- •3.2.1. Средства управления задачами на уровне внешнего планирования
- •3.2.2. Средства управления задачами на уровне внутреннего планирования
- •3.3. Алгоритмы управления задачами
- •3.3.1. Алгоритмы управления задачами на уровне внешнего планирования
- •3.3.2. Алгоритмы управления задачами на уровне внутреннего планирования
- •3.3.2.1. Мультизадачность, процессы и нити Мультизадачность
- •Процессы
- •Контекст и дескриптор процесса
- •3.3.2.2. Состав алгоритмов внутреннего планирования
- •3.3.2.3. Алгоритм управления количеством процессов в рабочей смеси
- •3.3.2.4. Алгоритмы выбора очередности обработки
- •3.3.2.5. Алгоритмы выбора величины кванта
- •3.4. Взаимосвязанные и конкурирующие задачи
- •3.4.1. Средства управления ресурсами
- •3.4.2. Механизмы синхронизации процессов
- •3.4.2.1. Параллельные процессы и критические участки
- •3.4.2.2. Примитивы взаимоисключения
- •3.4.2.3. Программная реализация примитивов взаимоисключения
- •3.4.2.4. Реализация примитивов взаимоисключения с использованием аппаратных средств
- •3.4.2.5. Семафоры
- •3.4.2.6. Мониторы
- •3.4.3. Алгоритмы управления ресурсами
- •3.4.3.1. Вводные замечания
- •3.4.3.2. Алгоритм предоставления ресурса по первому обращению
- •3.4.3.3. Алгоритмы предотвращения тупиков
- •3.4.3.3.1. Стратегии предотвращения тупиков
- •3.4.3.3.2. Алгоритм предварительного распределения ресурсов
- •3.4.3.3.3. Алгоритм распределения ресурсов с освобождением при отказе
- •3.4.3.3.3. Алгоритм распределения с линейным упорядочением по типам ресурсов
- •3.4.3.3. Алгоритмы обхода тупиков
- •Контрольные вопросы к теме 3
- •Тема 4. Управление памятью в операционных системах
- •4.1. Понятие об организации и управлении физической памятью
- •4.2. Методы связного распределения основной памяти (без использования дискового пространства)
- •4.2.1. Связное распределение памяти для одного пользователя
- •4.2.2. Связное распределение памяти при мультипрограммной обработке
- •4.2.3. Стратегии размещения информации в памяти
- •4.3. Организация виртуальной памяти (с использованием дискового пространства)
- •4.3.1. Основные концепции виртуальной памяти
- •4.3.2. Схема прямого отображения адресов
- •4.3.3. Отображения адресов при страничной организации виртуальной памяти
- •4.3.4. Отображения адресов при сегментной организации виртуальной памяти
- •4.3.4. Отображения адресов при странично-сегментной организации виртуальной памяти
- •4.4. Управление виртуальной памятью
- •4.4.1. Стратегии управления виртуальной памятью
- •4.4.2. Стратегии вталкивания (подкачки)
- •4.4.3. Стратегии размещения
- •4.4.4. Стратегии выталкивания
- •Контрольные вопросы к теме 4
- •Тема 5. Управление файлами и вводом-выводом в ос
- •5.1.Методы организации данных в операционных системах
- •5.2. Методы доступа к данным
- •5.3. Объединение записей в блоки и буферизация
- •5.4. Управление файлами
- •5.4.1. Понятие файлового способа хранения данных и файловой системы
- •5.4.2. Организация файлов
- •5.4.3. Организация хранения файлов
- •5.4.4. Операции над файлами
- •5.4.5. Файловая система
- •5.4.5.1. Общая модель файловой системы
- •5.4.5.2. Современные архитектуры файловых систем
- •5.5. Система ввода-вывода
- •5.5.1. Общие положения
- •5.5.2. Физическая организация устройств ввода-вывода
- •5.5.3. Организация программного обеспечения ввода-вывода
- •5.5.3.1. Уровни организации программного обеспечения ввода-вывода
- •5.5.3.2. Обработка прерываний
- •5.5.3.3. Драйверы устройств
- •5.5.3.4. Независимый от устройств слой операционной системы
- •5.5.3.5. Пользовательский слой программного обеспечения
- •Контрольные вопросы к теме 5
3.2.2. Средства управления задачами на уровне внутреннего планирования
По окончании своей работы инициатор передает управление системе управления процессами, называемую также супервизором (менеджером) процессов, которая отвечает за распределение ресурсов и координирует развитие всех процессов, находящихся в системе.
Управление процессами осуществляется с помощью внутреннего планирования, целью которого является организация оптимальной обработки задач в рабочей смеси.
Рабочей смесью называется совокупность задач, одновременно находящихся на обслуживании операционной системой.
С каждой задачей в ОС связана одна или несколько программ обработки данных, оформленных в виде загрузочных модулей, при выполнении которых в системе порождается один или несколько процессов. Порождение процессов осуществляется, как правило, с учетом внутренней структуры загрузочных модулей и способа их использования.
Загрузочные (выполняемые) модули прикладных программ подготавливаются с применением системных обрабатывающих программ (компиляторов, редакторов связей и т.п.).
По структуре различают простые, оверлейные и динамические загрузочные модули.
Модуль простой структуры загружается в ОЗУ как единое целое, выполняется как единое целое, выполняется и после своего завершения сразу освобождает память.
Модуль оверлейной структуры создается редактором связей как загрузочный модуль, где определены сегменты кода, которые не обязательно должны одновременно находиться в ОЗУ во время выполнения программы.
Модуль динамической структуры может загружаться в ОЗУ полностью или частично. Он может иметь переходы к другим загрузочным модулям. Различают модули с динамической последовательной и с динамической параллельной структурами.
По способу использования модули разделяют на однократно используемые, повторно (многократно) используемые и реентерабельные (от англ. re-enter – многовходовый). Реентерабельные модули сейчас называют также разделяемыми (от англ. share – разделять).
Представителем процесса в операционной системе является дескриптор процесса. Это структура данных, содержащая определенную важную информацию о процессе, в том числе: текущее состояние процесса; уникальный идентификатор процесса; приоритет процесса и т.п.
Системы управления процессами должны иметь возможность выполнять над процессами следующие основные операции:
создание (порождение, образование) процесса;
уничтожение процесса;
приостановка процесса;
возобновление процесса;
изменение приоритета процесса.
Реализация системы краткосрочного планирования представлена по разному в различных ОС. Основными компонентами краткосрочного планировщика являются: диспетчер процессов, супервизор процессов, супервизор памяти, супервизор таймера.
Диспетчер процессов для планирования использования центрального процессора вычислительной системы работает совместно с системой прерывания. Диспетчер процессов обслуживает две очереди – очередь готовности и очередь ожидания.
Супервизор процессов осуществляет функции по созданию, уничтожению и переводу процессов из состояния в состояние. Кроме того, он поддерживает механизмы синхронизации параллельных процессов и механизмы статического и динамического назначения приоритетов процессам, учитываемых при распределении главного ресурса системы – центрального процессора.
Супервизор памяти выполняет распределение оперативной памяти между процессами в соответствии с принятой в данной ОС дисциплиной.
Супервизор таймера обеспечивает управление интервальным таймером системы, исходя из требований параллельных процессов, обслуживаемых системой.
В некоторых ОС в отдельную подсистему выделяют супервизор ресурсов, задачей которого является распределение ресурсов (в первую очередь, внешних устройств) между процессами.