- •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
5.4.4. Операции над файлами
В многих операционных системах операции над файлами имеют много общего, хотя отличаются по форме выражения требований.
Общие операции над файлами можно разделить на три группы:
операции над файлами как над единым целым;
операции для обмена данными между файлом и программой, инициирующей обмен;
служебные операции.
К первой группе относятся следующие файловые операции: открытие файла; закрытие файла; копирование файла; объединение файлов; перемещение файла; удаление файла.
Операции открытия и закрытия файла являются наиболее важными среди операций первой группы, поэтому рассмотрим их подробно.
Для процесса, который желает работать с файлом, файл выступает как ресурс, который необходимо получить, прежде чем начать с ним работать. Поэтому пользователь обязан выполнить операцию открытия файла в своей программе, прежде чем начать выполнять с файлом некоторые допустимые действия.
Действия, выполняемые операционной системой при обработке операции открытия файла, чрезвычайно разнообразны и объемны. По отношению к другим операциям над файлами операция открытия файла является самой длительной операцией, обеспечивающей возможность выполнения последующих действий над файлом достаточно быстро (в предположении их частого выполнения). Действия по открытию файла связаны с проведением подготовительных работ в составе файловой системы к дальнейшему взаимообмену между данными и программой или по управлению файлом. Одними из основных являются действия по подготовке к пересылке информации, которые осуществляются средствами программного или аппаратного канала. Чтобы составить программу для работы канала, система должна располагать информацией о соответствующих характеристиках открываемого файла. Прежде всего необходимо знать его месторасположение. Поэтому, если файл каталогизирован, то осуществляется обращение к системе каталогов, находится и считывается необходимая информация о файле (в каталоге или дескрипторе). Если система не обнаруживает при поиске требуемый файл, то она выдает об этом соответствующее сообщение.
Характерным приемом, применяемым при открытии файла, является копирование учетной информации о нем из каталога или из дескриптора файла в некоторую структуру данных (различную в разных файловых системах), расположенную в первичной памяти. Это позволяет далее оперативно работать с учетной информацией при организации фактического доступа пользователя к файлу, без многократного обращения к внешней памяти.
Операция закрытия файла противоположна по смыслу операции открытия. Ее назначение – разорвать логическую связь между файлом и соответствующей программой.
Ко второй группе относятся следующие операции над файлами: чтение составных элементов файла; запись составных элементов файла.
Если файловая система поддерживает файлы с различной структурой, то команды записи и чтения будут разными по форме и содержанию. Можно использовать асинхронный и синхронный способ доступа к данным.
Синхронный способ чтения или записи данных в файл возможен только в случае, если файл имеет последовательную структуру. После выдачи запроса, реализованного в виде макрокоманды, на ввод или вывод одной логической записи (минимально различимый элемент файла) программный процесс переводится системой принудительно в состояние ожидания. Перевод программного процесса обратно в активное состояние операционная система выполняет только тогда, когда файловая система ОС закончит пересылку данных между файлом и указанной в макрокоманде областью первичной памяти.
При асинхронном способе файловая система после восприятия запроса от программного процесса на ввод или вывод данных передает управление программному процессу без перевода его в состояние ожидания. Вместе с тем файловая система предоставляет программному процессу средства для последующей проверки окончания операции ввода-вывода. Используя асинхронный способ, можно работать с любой структурой файлов, допустимой в файловой системе.
Состав операций, составляющих третью группу, в разных файловых системах различен. Например, к этой группе относят операции по переименованию файлов, изменению атрибутов файлов, управлению правами доступа к файлам, созданию и удалению каталогов. К этой же группе можно отнести операции, обеспечивающие просмотр и печать содержимого каталогов и файлов, поиска файлов и каталогов по дереву каталогов и т.п.