- •Часть 1
- •В.Г.Олифер, н.А.Олифер. Сетевые операционные системы. Учебное пособие.-сПб.:бхв-Петербург, 2006.-536с.
- •В.А.Шеховцов. Операційні системи. Підручник .-к.:Виканавча група внv. 2005. 576с.
- •Столлингс в. Операционные системы. М.: Вильямс, 2001. -672с. Оглавление
- •Раздел 1 введение
- •1.1. Понятие операционной системы, ее назначение и функции
- •1.1.1. Понятие операционной системы
- •1.1.2. Назначение операционной системы
- •1.1.3. Операционная система как расширеная машина
- •1.1.4. Операционная система как распределитель ресурсов
- •1.2. История развития операционных систем
- •1.3. Классификация современных операционных систем
- •1.4. Функциональные компоненты операционных систем
- •1.4.1. Управление процессами и потоками
- •1.4.2. Управление памятью
- •1.4.3. Управление вводом-выводом
- •1.4.4. Управление файлами и файловые системы
- •1.4.5. Сетевая поддержка
- •1.4.6. Безопасность данных
- •1.4.7. Интерфейс пользователя
- •Раздел 2
- •2.1. Базовые понятия архитектуры операционных систем
- •2.2. Реализация архитектуры операционных систем
- •2.2.1. Монолитные системы
- •2.2.2. Многоуровневые системы
- •2.2.3. Системы с микроядром
- •2.2.4. Концепция виртуальных машин
- •2.3. Операционная система и ее окружение
- •2.3.1. Взаимодействие ос и аппаратного обеспечения
- •2.3.2. Взаимодействие ос и выполняемого программой
- •2.4. Особенности архитектур
- •Раздел 3
- •3.1. Базовые понятия процессов и потоков
- •3.1.1. Процессы и потоки в современных ос
- •3.1.2. Модели процессов и потоков
- •3.1.3. Составные элементы процессов и потоков
- •3.2. Многопотоковость и ее реализация
- •3.2.1. Понятие параллелизма
- •3.2.2. Виды параллелизма
- •3.2.3. Преимущества и недостатки многопотоковости
- •3.2.4. Способы реализации модели потоков
- •3.2.5 Состояния процессов и потоков
- •3.3 Описание процессов и потоков
- •3.3.1. Управляющие блоки процессов и потоков
- •3.3.2. Образы процесса и потока
- •3.4. Переключение контекста и обработка прерываний
- •3.4.1. Организация переключения контекста
- •3.4.2. Обработка прерываний
- •3.5 Создание и завершение процессов и потоков
- •3.5.1 Создание процессов
- •3.5.2. Иерархия процессов
- •3.5.3. Управление адресным пространством во время создания процессов
- •3.5.4. Особенности завершения процессов
- •3.5.5. Синхронное и асинхронное выполнение процессов
- •3.5.6. Создание и завершение потоков
- •3.6 Управление потоками в Linux
- •3.6.1. Базовая поддержка многотопотоковости
- •3.6.2. Особенности новой реализации многопоточности в ядре Linux
- •3.6.3. Потоки ядра Linux
- •3.7 Управление процессами в Windows хр
- •3.7.1. Составные элементы процесса
- •3.7.2. Структуры данных процесса
- •3.7.3. Создание процессов
- •3.7.4. Завершение процессов
- •3.7.5. Процессы и ресурсы. Таблица объектов процесса
- •3.8 Управление потоками в Windows хр
- •3.8.1. Составные элементы потока
- •3.8.2. Структуры данных потока
- •3.8.3. Создание потоков
- •Раздел 4
- •4.1. Виды межпроцесорного взаимодействия
- •4.1.1. Методы распределения памяти
- •4.1.2. Методы передачи сообщений
- •4.1.3. Технология отображаемой памяти
- •4.1.4. Особенности межпроцесорного взаимодействия
- •4.2. Базовые механизмы межпроцессового взаимодействия
- •4.2.1. Межпроцессовое взаимодействие на базе общей памяти
- •4.2.2. Основы передачи сообщений
- •4.2.3. Технологии передачи сообщений
- •Глава 5
- •5.1 Функции ос по управлению памятью
- •5.2 Типы адресов
- •5.3 Алгоритмы распределения памяти
- •5.3.1 Распределение памяти фиксированными разделами
- •5.3.2 Распределение памяти динамическими разделами
- •5.3.3 Перемещаемые разделы
- •5.4 Свопинг и виртуальная память
- •5.4.1 Страничное распределение
- •5.4.2 Сегментное распределение
- •5.4.3 Сегментно-страничное распределение
- •5.5 Разделяемые сегменты памяти
- •5.6 Кэширование данных
- •5.6.1 Иерархия запоминающих устройств
- •5.6.3 Принцип действия кэш-памяти
- •5.6.4 Проблема согласования данных
- •5.6.5 Способы отображения основной памяти на кэш
- •5.6.6 Схемы выполнения запросов в системах с кэш-памятью
- •Раздел 6 Логическая и физическая организация файловой системы
- •6.1 Логическая организация файловой системы
- •6.1.1 Цели и задачи файловой системы
- •5.1.2 Типы файлов
- •5.1.3 Иерархическая структура файловой системы
- •5.1.4 Имена файлов
- •5.1.5 Монтирование
- •5.1.6 Атрибуты файлов
- •5.1.7 Логическая организация файла
- •5.2 Физическая организация файловой системы
- •5.2.1 Диски, разделы, секторы, кластеры
- •5.2.2 Физическая организация и адресация файла
- •5.2.3 Физическая организация fat
- •5.2.4 Физическая организация ntfs
1.3. Классификация современных операционных систем
Рассмотрим классификацию современных операционных систем в зависимости от области их применения.
Прежде всего отметим ОС больших ЭВМ (мейнфреймов). Основной характеристикой аппаратного обеспечения, для которого их разрабатывают, это производительность ввода-вывода: большие ЭВМ оснащивают значительным количеством периферийных устройств (дисков, терминалов, принтеров и т.п.). Такие компьютерные системы используют для надежной обработки значительных объемов данных, при этом ОС должны эффективно поддерживать эту обработку (в пакетном режиме или в режиме распределения времени). Примером ОС такого класса может быть OS/390 фирмы ІВМ.
К следующей категории можно отнести серверные ОС. Главная характеристика таких ОС - способность обслуживать большое количество запросов пользователей к совместно используемым ресурсам. Важную роль для них сыграет сетевая поддержка. Есть специализированные серверные ОС, из которых исключенные элементы, не связанные с выполнением их основных функций (например, поддержка применений пользователя). Ныне для реализации серверов чаще применяют универсальные ОС (UNIX или системы линии Windows ХР).
Самая большая категория — персональные ОС. Некоторые ОС этой категории разрабатывали с расчетом на непрофессионального пользователя (линия Windows 95/98/Ме фирмы Microsoft, которую дальше будем называть Consumer Windows), другие являются упрощенными версиями универсальных ОС. Особое внимание в персональных ОС отводится поддержке графического интерфейса пользователя и мультимедиа-технологий.
Выделяют также ОС реального времени. В такой системе каждая операция должна быть гарантировано выполненная в заданном временном диапазоне. ОС реального времени могут руководить полетом космического корабля, технологическим процессом или демонстрацией видеороликов. Существуют специализированные ОС реального времени, такие как QNX и VxWorks.
Еще одной категорией есть встроенные ОС. К ним принадлежат управляющие программы для разнообразных микропроцессорных систем, которые используют в военной технике, системах бытовой электроники, смарт-картах и других устройствах. К таким системам ставят особые требования: размещение в малом объеме памяти, поддержка специализированных средств ввода-вывода, возможность прошивания в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Часто встроенные ОС разрабатываются под конкретное устройство; к универсальным системам принадлежат Embedded Linux и Windows CE.
1.4. Функциональные компоненты операционных систем
Операционную систему можно рассматривать как совокупность функциональных компонентов, каждый из которых отвечает за реализацию определенной функции системы.
1.4.1. Управление процессами и потоками
Одной из важнейших функций ОС есть выполнение прикладных программ. Код и данные прикладных программ сохраняются в компьютерной системе на диске в специальных выполняемых файлах. После того как пользователь или ОС решат запустить на выполнение такой файл, в системе будет создана базовая единица вычислительной работы, которая называется процессом (ргосезз).
Можно дать такое определение: процесс - это программа во время ее выполнения.
Операционная система распределяет ресурсы между процессами. К таким ресурсам принадлежат процессорное время, память, устройства введения-вывода, дисковое пространство в виде файлов. При распределении памяти с каждым процессом связывает его адресное пространство - набор адресов памяти, к которым ему разрешен доступ. В адресном пространстве сохраняются код и данные процесса. При распределении дискового пространства для каждого процесса формируется список открытых файлов, аналогичным образом распределяют устройства ввода-вывода.
Процессы обеспечивают защиту ресурсов, которыми они владеют. Например, к адресному пространству процесса невозможно непосредственно обратиться из других процессов (он является защищенным), а при работе с файлами может быть задан режим, который запрещает доступ к файла всем процессам, кроме текущего.
Распределение процессорного времени между процессами необходим из-за того, что процессор выполняет инструкции одну за одной (т.е. в конкретный момент времени на нем может физически выполняться только один процесс), а для пользователя процессы должны выглядеть как последовательности инструкций, выполняемые параллельно. Чтобы добиться такого эффекта, ОС предоставляет процессор каждому процессу на некоторое короткое время, после чего переключает процессор на другой процесс; при этом выполнение процессов восстанавливается из того места, где оно было прервано. В многопроцесорній системе процессы могут выполняться параллельно на разных процессорах.
Современные ОС кроме многозадачности могут поддерживать многопотоковость (multithreading), которая предусматривает в рамках одного процесса наличие нескольких последовательностей инструкций (потоков, threads), которые для пользователя выполняются параллельно, подобно самым процессам в ОС. В отличие от процессов потоки не обеспечивают защиты ресурсов (например, они совместно используют адресное пространство своего процесса).