МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

Факультет вычислительной математики и кибернетики

Курынин Р.В., Машечкин И.В., Терехин А.Н.

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Конспект лекций

МОСКВА

2006

Содержание

Содержание 2

1 Введение 5

1.1 Основы архитектуры вычислительной системы 10

1.1.1 Структура ВС 11

1.1.2 Аппаратный уровень ВС 12

1.1.3 Управление физическими ресурсами ВС 13

1.1.4 Управление логическими/виртуальными ресурсами 14

1.1.5 Системы программирования 17

1.1.6 Прикладные системы 23

1.1.7 Выводы, литература 28

1.2 Основы компьютерной архитектуры 31

1.2.1 Структура, основные компоненты 31

1.2.2 Оперативное запоминающее устройство 33

1.2.3 Центральный процессор 37

1.2.3.1 Регистровая память 37

1.2.3.2 Устройство управления. Арифметико-логическое устройство 38

1.2.3.3 КЭШ-память 39

1.2.3.4 Аппарат прерываний 41

1.2.4 Внешние устройства 45

1.2.4.1 Внешние запоминающие устройства 46

1.2.4.2 Модели синхронизации при обмене с внешними устройствами 50

1.2.4.3 Потоки данных. Организация управления внешними устройствами 51

1.2.5 Иерархия памяти 52

1.2.6 Аппаратная поддержка операционной системы и систем программирования 54

1.2.6.1 Требования к аппаратуре для поддержки мультипрограммного режима 54

1.2.6.2 Проблемы, возникающие при исполнении программ 57

1.2.6.3 Регистровые окна 59

1.2.6.4 Системный стек 61

1.2.6.5 Виртуальная память 61

1.2.7 Многомашинные, многопроцессорные ассоциации 65

1.2.8 Терминальные комплексы (ТК) 68

1.2.9 Компьютерные сети 70

1.2.10 Организация сетевого взаимодействия. Эталонная модель ISO/OSI 72

1.2.11 Семейство протоколов TCP/IP. Соответствие модели ISO/OSI 74

1.3 Основы архитектуры операционных систем 78

1.3.1 Структура ОС 80

1.3.2 Логические функции ОС 84

1.3.3 Типы операционных систем 85

2 Управление процессами 88

2.1 Основные концепции 88

2.1.1 Модели операционных систем 88

2.1.2 Типы процессов 90

2.1.3 Контекст процесса 91

2.2 Реализация процессов в ОС Unix 92

2.2.1 Процесс ОС Unix 92

2.2.2 Базовые средства управления процессами в ОС Unix 94

2.2.3 Жизненный цикл процесса. Состояния процесса 101

2.2.4 Формирование процессов 0 и 1 102

2.3 Планирование 105

2.4 Взаимодействие процессов 105

2.4.1 Разделяемые ресурсы и синхронизация доступа к ним 105

2.4.2 Способы организации взаимного исключения 107

2.4.3 Классические задачи синхронизации процессов 109

3 Реализация межпроцессного взаимодействия в ос Unix 116

3.1 Базовые средства реализации взаимодействия процессов в ОС Unix 116

3.1.1 Сигналы 118

3.1.2 Неименованные каналы 123

3.1.3 Именованные каналы 130

3.1.4 Модель межпроцессного взаимодействия «главный–подчиненный» 131

3.2 Система межпроцессного взаимодействия IPC (Inter-Process Communication) 135

3.2.1 Очередь сообщений IPC 137

3.2.2 Разделяемая память IPC 143

3.2.3 Массив семафоров IPC 145

3.3 Сокеты — унифицированный интерфейс программирования распределенных систем 149

4 Файловые системы 156

4.1 Основные концепции 156

4.1.1 Структурная организация файлов 157

4.1.2 Атрибуты файлов 158

4.1.3 Основные правила работы с файлами. Типовые программные интерфейсы 159

4.1.4 Подходы в практической реализации файловой системы 162

4.1.5 Модели реализации файлов 164

4.1.6 Модели реализации каталогов 166

4.1.7 Соответствие имени файла и его содержимого 167

4.1.8 Координация использования пространства внешней памяти 168

4.1.9 Квотирование пространства файловой системы 169

4.1.10 Надежность файловой системы 170

4.1.11 Проверка целостности файловой системы 171

4.2 Примеры реализаций файловых систем 173

4.2.1 Организация файловой системы ОС Unix. Виды файлов. Права доступа 174

4.2.2 Логическая структура каталогов 175

4.2.3 Внутренняя организация файловой системы: модель версии System V 176

4.2.3.1 Работа с массивами номеров свободных блоков 177

4.2.3.2 Работа с массивом свободных индексных дескрипторов 177

4.2.3.3 Индексные дескрипторы. Адресация блоков файла 178

4.2.3.4 Файл-каталог 179

4.2.3.5 Достоинства и недостатки файловой системы модели System V 181

4.2.4 Внутренняя организация файловой системы: модель версии Fast File System (FFS) BSD 181

4.2.4.1 Стратегии размещения 182

4.2.4.2 Внутренняя организация блоков 183

4.2.4.3 Выделение пространства для файла 184

4.2.4.4 Структура каталога FFS 184

4.2.4.5 Блокировка доступа к содержимому файла 185