- •Челябинск
- •2002 Предисловие
- •От издательства
- •Часть 1 Операционные системы и среды
- •Глава 1 Основные понятия Понятие операционной среды
- •Понятия вычислительного процесса и ресурса
- •Диаграмма состояний процесса
- •Реализация понятия последовательного процесса в ос
- •Процессы и треды
- •Прерывания
- •Основные виды ресурсов
- •Классификация операционных систем
- •Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
- •Глава 2 Управление задачами и памятью в операционных системах
- •Планирование и диспетчеризация процессов и задач Стратегии планирования
- •Дисциплины диспетчеризации
- •Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы диспетчеризации
- •Качество диспетчеризации и гарантии обслуживания
- •Диспетчеризация задач с использованием динамических приоритетов
- •Память и отображения, виртуальное адресное пространство
- •Простое непрерывное распределение и распределение с перекрытием (оверлейные структуры)
- •Распределение статическими и динамическими разделами
- •Разделы с фиксированными границами
- •Разделы с подвижными границами
- •Сегментная, страничная и сегментно-страничная организация памяти
- •Сегментный способ организации виртуальной памяти
- •Страничный способ организации виртуальной памяти
- •Сегментно-страничный способ организации виртуальной памяти
- •Распределение оперативной памяти в современных ос для пк
- •Распределение оперативной памяти вMs-dos
- •Распределение оперативной памяти вMicrosoftWindows95/98
- •Распределение оперативной памяти вMicrosoftWindowsNt
- •Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
- •Глава 3 Особенности архитектуры микропроцессоровi80x86
- •Реальный и защищённый режимы работы процессора
- •Новые системные регистры микропроцессоров i80x86
- •Адресация в 32-разрядных микропроцессорахi80х86 при работе в защищённом режиме Поддержка сегментного способа организации виртуальной памяти
- •Поддержка страничного способа организации виртуальной памяти
- •Режим виртуальных машин для исполнения приложений реального режима
- •Защита адресного пространства задач
- •Уровни привилегий для защиты адресного пространства задач
- •Механизм шлюзов для передачи управления на сегменты кода с другими уровнями привилегий
- •Система прерываний 32-разрядных микропроцессоровi80x86
- •Работа системы прерываний в реальном режиме работы процессора
- •Работа системы прерываний в защищённом режиме работы процессора
- •Обработка прерываний в контексте текущей задачи
- •Обработка прерываний с переключением на новую задачу
- •Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
- •Глава 4 Управление вводом/выводом и файловые системы
- •Основные понятия и концепции организации ввода/вывода в ос
- •Режимы управления вводом/выводом
- •Закрепление устройств, общие устройства ввода/вывода
- •Основные системные таблицы ввода/вывода
- •Синхронный и асинхронный ввод/вывод
- •Кэширование операций ввода/вывода при работе с накопителями на магнитных дисках
- •Функции файловой системы ос и иерархия данных
- •Структура магнитного диска (разбиение дисков на разделы)
- •Файловая системаFat
- •Структура загрузочной записиDos
- •Файловые системыVfaTиFat32
- •Файловая система hpfs
- •Файловая система ntfs (New Technology File System)
- •Основные возможности файловой системы ntfs
- •Структура тома с файловой системой ntfs
- •Возможности файловой системыNtfSпо ограничению доступа к файлам и каталогам
- •Основные отличияFaTи ntfs
- •Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
- •Задания
- •Глава 5 Архитектура операционных систем и интерфейсы прикладного
- •Принцип функциональной избирательности
- •Принцип генерируемости ос
- •Принцип функциональной избыточности
- •Принцип виртуализации
- •Принцип независимости программ от внешних устройств
- •Принцип совместимости
- •Принцип открытой и наращиваемой ос
- •Принцип мобильности (переносимости)
- •Принцип обеспечения безопасности вычислений
- •Микроядерные операционные системы
- •Монолитные операционные системы
- •Требования, предъявляемые к ос реального времени
- •Мультипрограммность и многозадачность
- •Приоритеты задач (потоков)
- •Наследование приоритетов
- •Синхронизация процессов и задач
- •Предсказуемость
- •Принципы построения интерфейсов операционных систем
- •Интерфейс прикладного программирования
- •Реализация функцийApIна уровне ос
- •Реализация функцийApIна уровне системы программирования
- •Реализация функцийApIс помощью внешних библиотек
- •Платформенно-независимый интерфейс posix
- •Пример программирования в различныхApiос
- •Текст программы дляWindows(WinApi)
- •Текст программы дляLinux(posixapi)
- •Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
- •Глава 6 Проектирование параллельных взаимодействующих вычислительных процессов
- •Независимые и взаимодействующие вычислительные процессы
- •Средства синхронизации и связи при проектировании взаимодействующих вычислительных процессов
- •Использование блокировки памяти при синхронизации параллельных процессов
- •Возможные проблемы при организации взаимного исключения посредством использования только блокировки памяти
- •Алгоритм Деккера
- •Синхронизация процессов посредством операции «проверка и установка»
- •Семафорные примитивы Дейкстры
- •Мьютексы
- •Использование семафоров при проектировании взаимодействующих вычислительных процессов
- •Задача «поставщик – потребитель»
- •Пример простейшей синхронизации взаимодействующих процессов
- •Решение задачи «читатели – писатели»
- •Мониторы Хоара
- •Почтовые ящики
- •Конвейеры и очереди сообщений Конвейеры (программные каналы)
- •Очереди сообщений
- •Примеры создания параллельных взаимодействующих вычислительных процессов
- •Пример создания многозадачного приложения с помощью системы программированияBorlandDelphi
- •Пример создания комплекса параллельных взаимодействующих программ, выступающих как самостоятельные вычислительные процессы
- •Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
- •Глава 7 Проблема тупиков и методы борьбы с ними
- •Понятие тупиковой ситуации при выполнении параллельных вычислительных процессов
- •Примеры тупиковых ситуаций и причины их возникновения
- •Пример тупика на ресурсах типаCr
- •Пример тупика на ресурсах типаCRиSr
- •Пример тупика на ресурсах типаSr
- •1: P(s2); 5: p(s1);
- •Формальные модели для изучения проблемы тупиковых ситуаций
- •Сети Петри
- •Вычислительные схемы
- •Модель пространства состояний системы
- •Методы борьбы с тупиками
- •Предотвращение тупиков
- •Обход тупиков
- •Обнаружение тупика
- •Обнаружение тупика посредством редукции графа повторно используемых ресурсов
- •Методы обнаружения тупика по наличию замкнутой цепочки запросов
- •Алгоритм обнаружения тупика по наличию замкнутой цепочки запросов
- •Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
- •Глава 8 Современные операционные системы
- •Семейство операционных системUnix Общая характеристика семейства операционных систем unix, особенности архитектуры семейства осunix
- •Основные понятия системыUnix
- •Виртуальная машина
- •Пользователь
- •Интерфейс пользователя
- •Привилегированный пользователь
- •Команды и командный интерпретатор
- •Процессы
- •Функционирование системыUnix
- •Выполнение процессов
- •Подсистема ввода/вывода
- •Перенаправление ввода/вывода
- •Файловая система
- •Структура файловой системы
- •Защита файлов
- •Межпроцессные коммуникации вUnix
- •Сигналы
- •Семафоры
- •Программные каналы
- •Очереди сообщений
- •Разделяемая память
- •Вызовы удаленных процедур (rpc)
- •Операционная системаLinux
- •Семейство операционных систем os/2WarpкомпанииIbm
- •Особенности архитектуры и основные возможности os/2Warp
- •Особенности интерфейса os/2Warp
- •Серверная операционная система os/2Warp4.5
- •Сетевая ос реального времениQnx
- •Архитектура системыQnx
- •Основные механизмы qnx для организации распредёленных вычислений
- •Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
- •Приложение а Тексты программы параллельных взаимодействующих задач
- •Приложение б Тексты программ комплекса параллельных взаимодействующих приложений
- •Текст программы а
- •Текст программы в
- •Текст программы d
- •Текст программы g
- •Список литературы
- •Часть 1 6
- •Глава 5 Архитектура операционных систем и интерфейсы прикладного 240
- •Глава 6 Проектирование параллельных взаимодействующих вычислительных 279
- •Глава 7 Проблема тупиков и методы 348
- •Глава 8 Современные операционные 391
Контрольные вопросы и задачи Вопросы для проверки
1 Почему создание подсистемы ввода/вывода считается одной из самых сложных областей проектирования операционных систем?
2 Почему операции ввода/вывода в ОС объявляются привилегированными?
3 Перечислите основные задачи, возлагаемые на супервизор ввода/вывода.
4 В каких случаях устройство ввода/вывода называется инициативным?
5 Какие режимы управления вводом/выводом вы знаете? Опишите каждый из них.
6 Что означает термин «spooling» и что означает термин «swapping»?
7 Чем обеспечивается независимость пользовательских программ от устройств ввода/вывода, подключенных к компьютеру?
8 Что такое синхронный и асинхронный ввод/вывод?
9 Расскажите о кэшировании операций ввода/вывода при работе с накопителями на магнитных дисках.
10 Что такое «файловая система»? Что обеспечивает использование той или иной файловой системы? Какие файловые системы, используемые в ОС и ПК, вы знаете?
11 Опишите структуру магнитного диска (разбиение дисков на разделы). Сколько (и каких) разделов может быть на магнитном диске?
12 Как в общем случае осуществляется загрузка ОС после включения компьютера? Что такое системный и внесистемный загрузчики? Где они располагаются?
13 Объясните общие принципы файловой системы FAT. Что такое кластер, от чего зависит его размер?
14 Сравните файловые системы FAT16 иFAT32. В чём заключаются их достоинства и недостатки?
15 За счёт чего в файловой системе HPFSобеспечена высокая производительность?
16 Что означает «журналирование» файловых операций? Что это даёт?
17 Расскажите о правилах, которые определяют состояние прав доступа при перемещении или копировании объектов, если используется NTFS.
18 Проведите сравнительный анализ файловых систем HPFS и NTFS; перечислите достоинства и недостатки каждой.
Задания
1 Используя ПК с установленной на нем ОС WindowsNT4.0, исследуйте ограничения доступа к файлам и каталогам, которыми обладает файловая система NTFS. Расскажите о результатах.
2 Используя ПК с установленной на нем ОС WindowsNT4.0, проверьте правила, которые определяют состояние прав доступа при перемещении или копировании объектов при использовании NTFS. Расскажите о результатах.
3 Используя специально выделенный для этих целей ПК, изучите структуру диска и освойте работу с программой DiskEditor. Выполните следующее задание:
Включите компьютер. Во время выполнения программы самотестирования войдите в BIOSи установите возможность загрузки с дискеты.
Загрузите операционную систему, расположенную на магнитном диске. Покажите преподавателю, что она работает.
Загрузитесь с системной дискеты (на ней должна быть MS-DOS6.2 или какая-нибудь другая версияDOS).
Запустите программу DiskEditorиз комплекта утилит от Питера Нортона. С помощью встроенных подсказок изучите основные возможности этой утилиты.
Посмотрите структуру диска. Сохраните MBRи загрузочный сектор на свою дискету.
Найдите таблицы размещения файлов для двух разделов магнитного диска. Сохраните их на дискете. Выйдите из программы DiskEditor.
Запустите программу FDISK. Посмотрите структуру диска – сколько и каких разделов на нём расположено?
Удалите все логические диски с помощью программы FDISK.
Перезапустите компьютер и убедитесь, что операционная система, расположенная раньше на магнитном диске, больше не функционирует. Покажите преподавателю.
Восстановите операционную систему и файлы, расположенные на магнитном диске, используя программу DiskEditorи файлы, которые вы ранее создали с её помощью. Покажите преподавателю.