- •6.080401 “Інформаційні управляючі системи та технології”
- •6.080402 “Інформаційні технології проектування”
- •6.080401 “Інформаційні управляючі системи та технології” 1
- •Розділ 1 Основні концепції операційних систем
- •1.1 Поняття операційної системи, ії призначення та функції
- •1.1.1 Поняття операційної системи
- •1.1.2 Призначення операційної системи
- •1.1.3 Операційна система як розширена машина
- •1.1.4 Операційна система як розподілювач ресурсів
- •1.2 Класифікація сучасних операційних систем
- •1.3 Функціональні компоненти операційних систем
- •1.3.1 Керування процесами і потоками
- •1.3.2 Керування пам’яттю
- •1.3.3 Керування введенням-виведенням
- •1.3.4 Керування файлами та файлові системи
- •1.3.5 Мережна підтримка
- •1.3.6 Безпека даних
- •1.3.7 Інтерфейс користувача
- •Розділ 2 Архітектура операційних систем
- •2.1 Базові поняття архітектури операційних систем
- •2.1.1 Ядро системи. Привілейований режим і режим користувача
- •2.2 Реалізація архітектури операційних систем
- •2.2.1 Монолітні системи
- •2.2.2 Багаторівневі системи
- •2.2.3 Системи з мікроядром
- •2.2.4 Концепція віртуальних машин
- •2.3 Особливості архітектури: unix і Linux
- •2.3.1 Базова архітектура unix
- •2.3.2 Архітектура Linux
- •Розділ 3 Керування процесами і потоками
- •3.1 Базові поняття процесів і потоків
- •3.1.1 Процеси і потоки в сучасних ос
- •3.1.2 Моделі процесів і потоків
- •3.1.3 Складові елементи процесів і потоків
- •3.2 Стани процесів і потоків
- •3.3 Опис процесів і потоків
- •3.3.1 Керуючи блоки процесів і потоків
- •3.3.2 Образи процесу і потоку
- •3.4 Створення і завершення процесів і потоків
- •3.4.1 Створення процесів
- •3.4.2 Керування адресним простором під час створення процесів
- •3.4.3 Особливості завершення процесів
- •3.4.4 Синхронне й асинхронне виконання процесів
- •3.4.5 Створення і завершення потоків
- •3. 5 Керування процесами в unix і Linux
- •3. 5. 1 Образ процесу
- •3. 5. 2 Ідентифікаційна інформація та атрибути безпеки процесу
- •3. 5.3 Керуючий блок процесу
- •3. 5. 4Створення процесу
- •3. 5. 5 Завершення процесу
- •3. 5. 6 Очікування завершення процесу
- •3. 5. 7 Сигнали
- •3.6 Керування потоками в Linux
- •3. 6. 1 Базова підтримка багатопотоковості
- •3. 6. 2 Потоки ядра Linux
- •3. 6. 2 Програмний інтерфейс керування потоками Створення потоків
- •Очікування завершення виконання потоків
- •Висновки
- •Розділ 4 Планування процесів і потоків
- •4. 1 Загальні принципи планування
- •4. 1. 1 Особливості виконання потоків
- •4. 1.2 Механізми і політика планування
- •4. 1. 3 Застовність принципів планування
- •4. 2 Види планування
- •4. 2. 1 Довготермінове планування
- •4. 2. 2 Середньотермінове планування
- •4. 2. 3 Короткотермінове планування
- •4. 3 Стратегії планування. Витісняльна і невитісняльна багатозадачність
- •4. 4 Алгоритми планування
- •4. 4. 1 Планування за принципом fifo
- •4. 4. 2 Кругове планування
- •4. 4. 3 Планування із приоритетами
- •4. 4. 4 Планування на підставі характеристик подальшого виконання
- •4. 4. 5 Багаторівневі черги зі зворотним зв’язком
- •4. 4. 6 Лотерейне планування
- •4. 5 Реалізація планування в Linux
- •4. 5. 1 Планування процесів реального часу в ядрі
- •4. 5. 2 Традиційний алгоритм планування
- •Умови виклику процедури планування
- •Процедура планування
- •Початок нової епохи
- •Розрахунок динамічного пріоритету
- •Перерахування кванта під час створення нового процесу
- •4. 5. 3 Сучасні підходи до реалізації планування
- •4. 5. 4 Програмний інтерфейс планування
- •Висновки
- •Розділ 5 Взаємодія потоків
- •5. 1 Основні принципи взаємодії потоків
- •5. 2 Основні проблеми взаємодії потоків
- •5. 2. 1 Проблема змагання
- •5. 2. 2 Критичні секції та блокування Поняття критичної секції
- •Блокування
- •Проблеми із реалізацією блокувань
- •5. 3 Базові механізми синхронізації потоків
- •5. 3. 1 Семафори
- •Особливості використання семафорів
- •Реалязація задачі виробників-споживачів за допомогою семафорів
- •5. 3. 2 М’ютекси
- •Висновки
- •Розділ 6 Міжпроцесова взаємодія
- •6. 1 Види міжпроцесової взаємодії
- •6. 1. 1 Технологія відображуваної пам’яті (mapped memory)
- •Розділ 7 Керування оперативною пам’яттю
- •7. 1 Основи технології віртуальної пам’яті
- •7. 1. 1. Поняття віртуальної пам’яті
- •7. 1. 2. Проблеми реалізації віртуальної пам’яті. Фрагментація пам’яті
- •7. 1. 3. Логічна і фізична адресація пам’яті
- •7. 1. 4 Підхід базового і межового регістрів
- •7. 2 Сегментація пам’яті
- •7.2. 1. Особливості сегментації пам’яті
- •7.2.2. Реалізація сегментації в архітектурі іа-32
- •7. 3 Сторінкова організація пам’яті
- •7.3.1. Базові принципи сторінкової організації пам’яті
- •7.3.2. Порівняльний аналіз сторінкової організації пам’яті та сегментації
- •7.3.3. Багаторівневі таблиці сторінок
- •7.3.4. Реалізація таблиць сторінок в архітектурі іа-32
- •7.3.5. Асоціативна пам’ять
- •7. 4. Сторінково-сегментна організація пам’яті
- •7. 5. Реалізація керування основною пам’яттю: Linux
- •7.5.1. Використання сегментації в Linux. Формування логічних адрес
- •7.5.2. Сторінкова адресація в Linux
- •7.5.3. Розташування ядра у фізичній пам’яті
- •7.5.4. Особливості адресації процесів і ядра
- •7.5.5. Використання асоціативної пам’яті
- •Розділ 8 Логічна організація файлових систем
- •8. 1. Поняття файла і файлової системи
- •8.1.1. Поняття файла
- •8.1.2. Поняття файлової системи
- •8.1.3. Типи файлів
- •8.1.4. Імена файлів
- •8. 2. Організація інформації у файловій системі
- •8.2.1. Розділи
- •8.2.2. Каталоги
- •8.2.3. Зв’язок розділів і структури каталогів
- •Єдине дерево каталогів. Монтування файлових систем
- •8. 3. Зв’язки
- •8. 3. 1. Жорсткі зв’язки
- •8. 3. 2. Символічні зв’язки
- •Підтримка символічних зв’язків на рівні системних викликів
- •8. 4. Атрибути файлів
- •8. 5. Операції над файлами і каталогами
- •8. 5. 1. Підходи до використання файлів процесами
- •8. 5. 2. Загальні відомості про файлові операції
- •8. 5. 3. Файлові операції posix
- •Література
1.3.7 Інтерфейс користувача
Розрізняють два типи засобів взаємодії користувача з ОС: командний інтерпретатор (shell) і графічний інтерфейс користувача (GUI).
Командний інтерпретатор дає змогу користувачам взаємодіяти з ОС, викоритовуючи спеціальну командну мову (інтерактивно або через запуск
на виконання командних файлів). Команди такої мови змушують ОС виконувати певні дії (наприклад, запускати програми. Працювати із файлами).
Графічний інтерфейс користувача надає йому можливість взаємодіяти з ОС відкриваючи вікна і виконуючи команди за допомогою меню або кнопок. Підходи до реалізації графічного інтерфейсу доволі різноманітні: наприклад, у Windows-системах засоби його підтримки вбудовані в систему, а в UNIX вони є зовнішніми для системи і спираються на стандартні засоби керування введенням-виведенням.
Висновки
Операційна система – це рівень програмного забезпечення, що перебуває між рівнями прикладних програм й апаратного забезпечення комп’ютера. Головне її призначення – зробити використання комп’ютерної системи простішим і підвищити ефективність її роботи.
До основних функціональних компонентів ОС належать: керування процесами, керування пам’яттю, керування введенням-виведенням, керування файлами і підтримка файлових систем, мережна підтримка, забезпечення захисту даних, реалізація інтерфейсу користувача.
Розділ 2 Архітектура операційних систем
Операційну систему можна розглядати як сукупність компонентів, кожен з яких відповідає за певні функції. Набір таких компонентів і порядок їхньої взаємодії один з одним та із зовнішнім середовищем визначається архітектурою операційної системи.
Розглянемо основні поняття архітектури операційних систем, підходи до їх, особливості взаємодії ОС із зовнішнім середовищем. Реалізацію архітектури розглянемо на прикладі Linux.
2.1 Базові поняття архітектури операційних систем
2.1.1 Ядро системи. Привілейований режим і режим користувача
Базові компоненти ОС, які відповідають за найважливіши її функції, зазвичай перебувають у пам’яті постійно і виконуються у привілейованому режимі, називають ядром операційної системи (operating system kernel).
Існуючі на сьогодні підходи до проектування архітектури ОС по-різному визначають функціональність ядра. До найважливіших функцій ОС, викладання яких, звичайно, покладають на ядро, належать обробка переривань, керування пам’яттю, керування введенням-виведенням. До надійності та продуктивності ядра висувають підвищені вимоги.
Основною характерною ознакою ядра є те, що воно виконується у привілейованому режимі. Розглянемо особливості цього режиму.
Для забезпечення ефективного керування ресурсами комп’ютера ОС повинна мати певні привілеї щодо прикладних програм. Треба, щоб прикладні програми не втручалися в роботу ОС, і в одночас ОС повинна мати можливість втрутитися в роботубудь-якої програми, наприклад для перемикання процесора або розв’язання конфлікту в боротьбі за ресурси.
Для реалізації таких привілеїв потрібна апаратна підтримка: процесор має підтримувати принаймні два режими роботи – привілейований (захищений режим, режим ядра, kernel mode) і режим користувача (user mode). У режимі користувача недопустимі команди, які є критичними для роботи системи (перемикання задач, звертання до пам’яті за заданими межами, доступ до пристроїв введення-виведення тощо).
Розглянемо, яким чином використовуються різні режими процесора під час взаємодії між ядром і застосуваннями.
Після завантаження ядро перемикає процесор у привілейований режим і отримує цілковитий контроль над комп’ютером. Кожне застосування запускається і виконується в режимі користувача, де воно не має доступу до ресурсів ядра й інших програм. Коли потрібно виконати дію, реалізовану в ядрі, застосування робить системний виклик (system call). Ядро перехоплює його, перемикає процесор у привілейований режим, виконує дію, перемикає процесор назад у режим користувача і поветрає результат застосування.
Системний виклик виконується повільніше за виклик функції, реалізованої в режимі користувача, через те що процесор двічі перемикається між режимами. Для підвищення продуктивності в деяких ОС частина функціональності реалізована в режимі користувача, тому для доступу до неї системні виклики використовувати не потрібно.