Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

А.Ю. Кручинин

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Рекомендовано Учёным советом к изданию государственного образовательного высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению «Информатика и вычислительная техника»

Оренбург 2009

УДК 004(07)

ББК 32.81я7

К 84

Рецензент

кандидат технических наук А.Л. Коннов

Кручинин А.Ю.

К 84 Операционные системы: учебное пособие / А.Ю. Кручинин. – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2009. – 132 с.

Данное пособие содержит цикл лекций по дисциплине «Операционные системы», охватывающий основные разделы курса в соответствии с требованиями утвержденной программы.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

УДК 004(07)

ББК 32.81я7

© А.Ю. Кручинин, 2009

© ГОУ ОГУ, 2009

Содержание

1 Начальные сведения об операционных системах…………………………………..5

1.1 Назначение и функции операционных систем……………………………………5

1.2 История развития операционных систем………………………………………….6

1.3 Классификация операционных систем…………………………………………….7

1.4 Обзор аппаратного обеспечения компьютера……………………………………..8

1.5 Архитектура операционной системы……………………………………………...13

1.5.1 Классическая архитектура………………………………………………………..14

1.5.2 Микроядерная архитектура………………………………………………………17

Контрольные вопросы по разделу………..……………………………………………20

2 Процессы и потоки……………………………………………………………………21

2.1 Процессы…………………………………………………………………………….21

2.2 Потоки……………………………………………………………………………….24

2.3 Межпроцессное взаимодействие…………………………………………………..25

2.3.1 Взаимное исключение с активным ожиданием…………………………………27

2.3.2 Примитивы межпроцессного взаимодействия………………………………….29

2.4 Планирование……………………………………………………………………….32

2.4.1 Планирование в системах пакетной обработки данных………………………..34

2.4.2 Планирование в интерактивных системах………………………………………35

2.4.3 Планирование в системах реального времени…………………………………..37

2.5 Понятие взаимоблокировки………………………………………………………...38

Контрольные вопросы по разделу..…………………………………………………….40

3 Управление памятью………………………………………………………………….41

3.1 Основы управления памятью………………………………………………………41

3.2 Методы распределения памяти без использования подкачки…………………...44

3.2.1 Метод распределения с фиксированными разделами………………………….44

3.2.2 Метод распределения с динамическими разделами……………………………45

3.2.3 Метод распределения с перемещаемыми разделами…………………………...47

3.3 Методы распределения памяти с подкачкой на жесткий диск…………………..47

3.3.1 Страничная организация памяти………………………………………………....49

3.3.2 Сегментная организация памяти…………………………………………………56

3.3.3 Сегментно-страничная организация памяти…………………………………….58

3.4 Кэширование данных……………………………………………………………….59

Контрольные вопросы по разделу..…………………………………………………….61

4 Аппаратная поддержка мультипрограммирования на примере процессора

Pentium………………….……………………………………………………………...62

4.1 Регистры……………………………………………………………………………..62

4.2 Привилегированные команды……………………………………………………...65

4.3 Сегментация с использованием страниц…………………………………………..65

4.4 Защита данных в процессоре Pentium……………………………………………..70

4.5 Средства вызова процедур и задач………………………………………………...74

4.6 Механизм прерываний……………………………………………………………...78

4.7 Кэширование в процессоре Pentium…….………………………………………….80

Контрольные вопросы по разделу...……………………………………………………81

5 Ввод-вывод…………………………………………………………………………….82

5.1 Принципы аппаратуры ввода-вывода……………………………………………...82

5.2 Принципы программного обеспечения ввода-вывода…………………………....86

Контрольные вопросы по разделу..…………………………………………………….88

6 Файловые системы……………………………………………………………………90

6.1 Основы файловых систем…………………………………………………………..90

6.2 Файловая система FAT……………………………………………………………...95

6.3 Файловая система NTFS……………………………………………………………97

6.4 Файловые системы Ext2, Ext3 и UFS……………………………………………..100

Контрольные вопросы по разделу..…………………………………………………...102

7 Безопасность операционных систем………………………………………………..103

7.1 Основы безопасности……………………………………………………………...103

7.2 Аутентификация пользователей…………………………………………………..104

7.3 Атаки изнутри операционной системы…………………………………………..106

7.4 Атаки операционной системы снаружи………………………………………….108

Контрольные вопросы по разделу..…………………………………………………..110

8 Обзор современных операционных систем………………………………………..111

8.1 Операционная система Windows 2000……………………………………………111

8.1.1 Структура Windows 2000………………………………………………………..112

8.1.2 Реализация интерфейса Win32………………………………………………….115

8.1.3 Эмуляция MS-DOS………………………………………………………………117

8.2 Архитектура UNIX-образных операционных систем…………………………...118

8.3 Мультипроцессоры и мультипроцессорные операционные системы………….122

8.4 Операционные системы реального времени и мобильные операционные

системы……………………………………………………………………………..126

8.4.1 Операционная система Windows CE 5.0………………………………………..128

Контрольные вопросы по разделу..…………………………………………………...131

Список использованных источников...……………………………………………….132