- •1. Предназначение операционных систем. Основные понятия ос. (Лекция 1)
- •2. Системные вызовы. (Лекция 1)
- •3. Аппаратные особенности выполнения программ. (Лекция 1)
- •4. Аппаратные прерывания. Выполнение операций ввода/вывода. (Лекция 1)
- •5. Обработка прерываний в Windows. (Лекция 1)
- •6. Процессы и потоки (определения). Отличия методов klt и ult. (Лекция 2)
- •7. Состояния потока (модели с двумя и с пятью состояниями). (Лекция 2)
- •8. Планирование процессов (потоков). (Лекция 2)
- •9. Состояние потоков в Windows. (Лекция 3)
- •10. Уровни приоритета, квант потока в Windows. (Лекция 3)
- •11. Сценарии планирования потоков в Windows. (Лекция 3)
- •12. Динамическое управление приоритетом потоков в Windows. (Лекция 3)
- •13. Проблема переключения контекста. Виртуальная память процесса в Windows. (Лекция 3)
- •14. Проблема разделяемых ресурсов. Требования к реализации механизма взаимных исключений. (Лекция 4)
- •15. Взаимное исключение с активным ожиданием. Алгоритмы переменной-замка, строгого чередования, флагов готовности, Петерсона. (Лекция 4)
- •16. Взаимное искл. С активным ожиданием. Алгоритм Петерсона. Недост. Алгоритмов с активным ожиданием. (Лекция 4)
- •17. Решение задачи о производителях и потребителях с помощью примитивов (функций ядра) блокирования и запуска процессов. (Лекция 4)
- •18. Семафоры и мьютексы. (Лекция 5)
- •19. Применение семафоров и мьютексов в задаче о производителях и потребителях. (Лекция 5)
- •20. Передача данных как метод синхронизации. (Лекция 5)
- •2 1. Применение сообщений в задаче о производителях и потребителях. (Лекция 5)
- •22. Проблема взаимоблокировки, траектории ресурсов, граф распределения. Стратегии устранения взаимоблокировок. (л6)
- •23. Алгоритм поиска взаимоблокировок. (Лекция 6)
- •24. Алгоритм предотвращения взаимоблокировок. (Лекция 6)
- •25. Восстановление при взаимной блокировке. Исключение условий появления взаимоблокировок. (Лекция 6)
- •26. Проблемы управления оперативной памятью. Физическая и логическая адресация. (Лекция 7)
- •27. Сегментная логическая адресация. (Лекция 7)
- •28. Страничная логическая адресация. (Лекция 7)
- •29. Распределение физической памяти. (Лекция 7)
- •30. Страничная логическая адресация. Виртуальная память. (Лекция 7)
- •31. Управление памятью: Стратегии виртуальной памяти. Замещение страниц. (Лекция 7)
- •32. Управление памятью: Управление резидентным множеством. (Лекция 7)
- •33. Принципы организации ввода-вывода. Компоненты ядра Windows, относящиеся к вводу-выводу. (Лекция 8)
- •34. Функции базовой подсистемы и интерфейс драйверов. (Лекция 8)
- •35. Буферизация ввода-вывода. (Лекция 8)
- •36. Система ввода-вывода Windows. (Лекция 8)
- •37. Типы драйверов. Запрос к одноуровневому и многоуровневому драйверу. (Лекция 9)
- •38. Системные механизмы dpc и apc. (Лекция 9)
- •39. Объекты ввода-вывода. Связи между объектами "файл", "устройство" и "драйвер". (Лекция 9)
- •40. Дерево устройств, узлы устройств. (Лекция 9)
- •41. Стек драйверов и объектов ввода-вывода (на примере устройства "джойстик")
- •42. Файлы и каталоги. Жесткие и символьные ссылки. Общие сведения о размещении файловой системы на диске. (Лек 10)
- •43. Реализация файла (непрерывные файлы, связные списки, I-узел). Методы учета свободных блоков.. (Лекция 10)
- •44. Основы резервного копирования (основные режимы резервного копирования). (Лекция 10)
- •45. Основы технологии raid. (Лекция 10)
- •46. Дисковые массивы raid0, raid1, raid10. (Лекция 10)
- •47. Дисковые массивы raid3, raid5. (Лекция 10)
- •48. Общая дисковая структура ntfs. (Лекция 11)
- •49. Запись mft файловой системы ntfs. Атрибуты. (Лекция 11)
- •50. Структура атрибутов данных и индексов в ntfs. (Лекция 11)
- •51. Разреженные и сжатые файлы ntfs. (Лекция 11)
- •52. Проблемы надежности и производительности файловых систем. Метод опережающего протоколирования. (Лекция 11)
- •53. Журнал lfs (структура, типы записей) для протоколирования работы ntfs. (Лекция 11)
- •54. Восстановление ntfs. Повтор и отмена транзакций. (Лекция 11)
- •55. Локальный и удаленный драйверы файловой системы Windows. (Лекция 12)
- •56. Преобразование пути в обращение к драйверу файловой системы в Windows. Объекты «устройство» тома и файловой системы, их связь. (Лекция 12)
- •5 7. Компоненты операций ввода-вывода файловой системы Windows. (Лекция 12)
- •58. Обзор диспетчера кэша Windows. (Лекция 12)
- •59. Внешняя память в Windows. Базовый жесткий диск. (Лекция 12)
- •60. Динамические диски в Windows. (Лекция 12)
- •61. Драйверы дисков, объекты дисков, иерархия драйверов в Windows. (Лекция 12)
- •62. Присвоение имен устройствам, управление дисками в Windows. (Лекция 12)
- •64. Сетевые компоненты Windows. (Лекция 13)
- •65. Именованные каналы, почтовые ящики, cifs в Windows. (Лекция 13)
- •66. Сетевые api Winsock и rpc в Windows. (Лекция 13)
- •67. Поддержка сетей в Windows: стандарты tdi, ndis. (Лекция 13)
- •68. Участник системы безопасности, проверка подлинности и авторизация, структура идентификатора безопасности в Windows. (Лекция 14)
- •69. Маркер доступа и его формирование в Windows. (Лекция 14)
- •Составляющие маркера доступа:
- •70. Дескриптор безопасности ресурса, состав ace, наследование доступов в Windows. (Лекция 14)
- •71. Доступ к ресурсу с использованием маркера в Windows. (Лекция 14)
- •72. Разрешения в дескрипторах безопасности Windows. (Лекция 14)
- •73. Права пользователя, взаимодействие прав и разрешений в Windows. (Лекция 14)
- •74. Группы безопасности и их роль, механизм управления правами и разрешениями в Windows. (Лекция 14)
4. Аппаратные прерывания. Выполнение операций ввода/вывода. (Лекция 1)
Прерывание (interrupt) – сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.
Асинхронные или внешние (аппаратные) прерывания – события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение мыши. Факт возникновения в системе такого прерывания трактуется как запрос на прерывание (Interrupt request, IRQ);
Термин «ловушка» (trap) используется как синоним термина «прерывание». Ловушка – механизм передачи управления определенной части ОС - обработчику ловушек (trap handler).
Прерывания – асинхронные события (независимые от текущих команд). Могут быть включены и выключены. Программные прерывания генерируются ядром. Исключения (exceptions) – синхронное событие. Могут быть воспроизведены.
Фрейм ловушки (trap frame) – состояние прерываемого потока, сохраняемого в его стеке ядра. Обычно подмножество его полного контекста.
Программируемый контроллер прерываний (PIC – Programmable Interrupt Controller). Стандартный PIC – 15 прерываний, однопроцессорные системы. APIC (Advanced PIC) – 256 прерываний, многопроцессорные системы.
Запрос прерывания – поиск процессором адреса ISR. Таблица диспетчеризации прерываний (IDT – Interrupt Dispatch Table) – хранит адреса ISR, заполняется ОС при запуске.
Выполнение операций ввода/вывода
Шаг 1 – Системный вызов и переключение в режим ядра. Обмен с контроллером выполняет драйвер.
Шаг 2 – CPU передает управление обработчику прерывания, сохраняя PSW+PC. Другие регистры сохраняются обработчиком.
Шаг 3 – Восстановление регистров обработчиком. Восстановление PSW+PC.
Прерывание (interrupt) – сигнал устройства процессору об окончании работы устройства, сигнализирующий о завершении операции. Прерывает нормальный поток команд.
Обработчик прерывания (ISR – interrupt service routine) – программа, принимающая решение о порядке обработки результатов операции Input/Out.
5. Обработка прерываний в Windows. (Лекция 1)
Прерывание (interrupt) – сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.
Аппаратные прерывания – события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры. Факт возникновения в системе такого прерывания трактуется как запрос на прерывание (Interrupt request, IRQ);
Обработчик прерываний – специальная процедура, вызываемая по прерыванию для выполнения его обработки. Обработчики прерываний могут выполнять множество функций, которые зависят от причины, которая вызвала прерывание. Обработчик прерывания (ISR – interrupt service routine) – программа, принимающая решение о порядке обработки результатов операции I/O.
Уровни запросов прерывания (IRQL – IRQ Levels) – внутренняя система управления приоритетом выполнения ISR. Связывание номеров прерываний с IRQL производится в HAL (модуле уровня абстрагирования от оборудования hardware abstraction layer). В многопроцессорной системе связывание IRQL и номера прерывания – динамическое.
При обработке прерывания c IRQL28 уровень IRQL CPU повышается до этой величины, все меньшие прерывания не обрабатываются (маскируются – прерывания, которые можно запрещать установкой соответствующих битов в регистре маскирования прерываний (в x86-процессорах – сбросом флага IF в регистре флагов)).
Ядро всегда стремится к IRQL CPU = 0.
В режиме пользователя IRQL CPU = 0.
High – остановка ядра. Inter-processor interrupt – запрос операции от другого процессора. Clock – системные часы, для распределения времени между потоками. Profile – используется при измерении производительности. Device – обработка прерываний от устройств ввода-вывода Passive – обычная работа, допустимы любые прерывания. DPC/APC – программные прерывания, генерируются ядром и драйверами. Начиная c DPC/dispatch для ISR недоступна подкачиваемая память.
Для регистрации драйверами ISR применяется объект «прерывание», хранящий ISR, IRQL, запись в IDT. Драйвер способен как подключать, так и отключать ISR (connect/disconnect an interrupt object). Объекты позволяют привязать к одному прерыванию несколько устройств (при правильном проектировании драйвера).
Например прерывание с номером 9 — прерывание от клавиатуры, которое генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных с клавиатуры. Обозначается в ОС как IRQ1, где IRQ – обозначение прерывания, а 1 – приоритет прерывания. Данные о запросах на прерывание можно проанализировать в диспетчере устройств.