Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Шпаргалка - Операционные системы, среды и оболочки - файл 1.doc


Шпаргалка - Операционные системы, среды и оболочки
скачать (426.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc427kb.08.12.2011 17:32скачать

содержание

1.doc

  1   2   3

  1. Определение операционной системы. ОС как расширенная машина. ОС как система управления ресурсами.

  2. Эволюция операционных систем (4 периода развития)

  3. Основные характеристики ОС

  4. Принципы построения ОС

  5. Структура ОС. Управление процессами

  6. Структура ОС. Управление основной памятью

  7. Структура ОС. Управление внешней памятью

  8. Структура ОС. Подсистема управления устройствами ввода/вывода

  9. Структура ОС. Подсистема управления файлами

  10. Структура ОС. Защита системы

  11. Структура ОС. Сетевое обеспечение

  12. Структура ОС. Командный интерфейс системы

  13. Сервисы операционных систем

  14. Управление процессами. Основные состояния процесса

  15. Управление процессами. Дополнительные состояния процесса

  16. Управление процессами. Операции над процессами

  17. Управление процессами. Основная концепция обработки прерываний

  18. Управление реальной  памятью. Основные задачи подсистемы управления памятью

  19. Управление реальной  памятью. Стратегия выборки

  20. Управление реальной  памятью. Стратегия размещения

  21. Управление реальной  памятью. Стратегия замещения

  22. Управление реальной  памятью. Страничная организация памяти

  23. Управление реальной  памятью. Общие недостатки реальной ОП

  24. Концепция виртуальной памяти

  25. Четыре способа организации виртуальной памяти

  26. Управление виртуальной памятью. Стратегия вталкивания

  27. Управление виртуальной памятью. Стратегия размещения

  28. Управление виртуальной памятью. Стратегия выталкивания (замещения)

  29. Динамическая страничная организация виртуальной памяти

  30. Сегментная организация виртуальной памяти

  31. Комбинированная странично-сегментная организация виртуальной памяти

  32. Двухуровневая страничная организация виртуальной памяти

  33. Алгоритмы планирования процессов. Планирование на верхнем уровне или планирование заданий.

  34. Алгоритмы планирования процессов. Планирование на нижнем уровне или диспетчирование процессов.

  35. Алгоритмы планирования процессов. Планирование на промежуточном уровне.

  36. Алгоритмы планирования процессов. Сеть многоуровневых очередей.

  37. Два вида мультипроцессорных вычислительных систем

  38. Мультипроцессорные системы   с подчиненными процессорами

  39. Мультипроцессорные системы с равноправными процессорами

  40. Физическая организация периферийных устройств

  41. Организация программного обеспечения ввода-вывода

  42. Независимый от устройств слой операционной системы

  43. Обработка прерываний периферийных устройств

  44. Драйверы устройств

  45. Пользовательский слой программного обеспечения

  46. Способы доступа и организации файлов



  1. Определение операционной системы. ОС как расширенная машина. ОС как система управления ресурсами.

Это набор программ (обычных и микро), которые обеспечивают возможность использования аппаратуры компьютера. При этом аппаратура предоставляет сырую вычислительную мощность, а задача операционной системы состоит в предоставлении аппаратуры для пользователя в удобном для него виде.

Главные цели разработчиков операционной системы:

  1. Эффективное использование всех компьютерных ресурсов.

  2. Повышение производительности труда программистов.

  3. Простота, гибкость, эффективность и надежность организации вычислительного процесса.

  4. Обеспечение независимости прикладных программ от аппаратного обеспечения (АО).

Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, дисков, накопителей на магнитных лентах (МЛ), сетевой коммуникационной аппаратуры, принтеров и других устройств. Функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины, обеспечивая максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы. Таким образом, ОС реализует:

  • интерфейс пользователя (команды в MS DOS, UNIX; графический интерфейс в ОС Windows);

  • разделение аппаратных ресурсов между пользователями (в многопользовательской и многозадачной ОС);

  • работу в локальных и глобальных сетях;

  • возможность работы с общими данными в режиме коллективного пользования;

  • планирование доступа пользователей к общим ресурсам;

  • эффективное выполнение операций ввода-вывода;

  • восстановление данных и вычислительного процесса в случае ошибок.




  1. Эволюция операционных систем (4 периода развития)

Поколения ОС также как и аппаратные средства отражают достижения в области электронных компонентов: 1 поколение – лампы, 2 поколение – транзисторы, 3 поколение – интегральные микросхемы (ИС), 4 поколение большие и сверхбольшие интегральные схемы – БИС и СБИС. Поколения компьютеров отличаются:

  • стоимостью, габаритами, мощностью;

  • быстродействием и объемом памяти.

Рассмотрим эволюцию операционных систем.

0 поколение (40 - 50 годы) - ОС отсутствует. Полный доступ к ресурсам ЭВМ на машинном языке, все программы разрабатываются в двоичном коде. Этот период характеризуется высокой стоимостью приобретения и эксплуатации компьютеров и низкой стоимостью труда программистов. Компьютеры использовались в монопольном интерактивном режиме. Основная цель – максимизировать использование аппаратного обеспечения. Основной режим работы компьютера – простой и ожидание каких-либо действий программиста. При этом наблюдается недостаточное использование дорогостоящего вычислительного оборудования.

1 поколение (60-е годы). Возникла система пакетной обработки. В каждый момент времени ЭВМ использовалась для решения одной прикладной программы. Пользователи уже не работают с ЭВМ на физическом уровне. Программы и данные принимает человек-оператор. Задание на обработку формируется в виде пакета, представляющего собой совокупность отдельных программ и данных, разделенных специальными символами. Пакет может быть составлен на перфокартах или МЛ. Управляющая программа должна выполнять внутрисистемные операции управления, которые пользователь осуществлял ранее на физическом уровне. Дополнительно эта программа должна автоматически переключать машину на исполнение программ из пакета по последовательной схеме (FIFO). Такую системную программу можно назвать простейшей ОС, обеспечивающей обработку программ в однопрограммном пакетном режиме.

Недостатки:

  1. Использование части машинного времени (времени процессора) на выполнение системной управляющей программы.

  2. Программа, получившая доступ к процессору, обслуживается до ее завершения. При этом если возникает потребность в передаче данных между внешними устройствами и ОП, то процессор простаивает, ожидая завершения операции обмена. С другой стороны при работе процессора простаивают внешние устройства. Для персонального компьютера проявление фактора простоя процессора не столь существенно, так как стоимость его не велика, чего не скажешь о больших и дорогих ЭВМ.

Этот недостаток однопрограммного режима был устранен в мультипрограммном пакетном режиме (65-75 г.г.) в ОС второго поколения. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для этой цели в начале работы формируется пакет заданий, содержащих требования к системным ресурсам. Из этого пакета формируется мультипрограммная смесь из заданий, предъявляющих отличающиеся требования к ресурсам для того, чтобы обеспечить сбалансированную нагрузку всех устройств ЭВМ. В системах пакетной обработки переключение процессов с выполнения одной задачи на другую происходит только в том случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, для выполнения операции ввода/вывода, что делает невозможным выполнение интерактивных задач.

Особенностью этого поколения было и то, что ОС создавались как системы коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы и как первые системы мультипроцессорного типа. В таких системах несколько пользовательских программ одновременно присутствуют в оперативной памяти компьютера и центральный процессор (ЦП) динамически переключается с решения одной задачи на решение другой задачи. При этом появляется возможность одновременной загрузки ЦП и устройств ввода-вывода. В случае многопроцессорных систем единый вычислительный комплекс (ВК) содержит несколько процессоров, что повышает вычислительную мощность вычислительной системы (ВС).

^ В то же время появились методы, обеспечивающие независимость программирования от внешних устройств. В программе необходимо указывать только тип устройства, а не программировать его физический адрес. Конкретный адрес устройства определялся в процессе выполнения программы. Это было серьезное достижение в развитии ОС.

В этот период были разработаны системы с разделением времени (РВ), предоставляющие пользователям возможность непосредственно взаимодействовать с компьютером при помощи терминалов телетайпного типа (электронная пишущая машинка, имеющая интерфейс с ЭВМ), а в последующем и с помощью дисплея. При работе с такими ОС используется диалоговый или интерактивный режим. в режиме разделения времени (РРВ) каждый пользователь имеет непосредственный доступ к ЭВМ через свой терминал. Суть разделения времени: Каждой программе, готовой к исполнению, для работы выделяется фиксированный, заранее определенный интервал времени, называемый квантом. Программа в течение одного кванта может быть не выполнена до конца, тогда она прерывается в момент окончания кванта и помещается в конец очереди. Из начала очереди извлекается другая программа, которой планируется фиксированный интервал. При этом ни один из пользователей, работающих за дисплеем, параллельно друг с другом, никак не ощущает, что процессор мультиплексируется несколькими программами.

К этому же периоду относится появление первых систем реального времени (СРВ), в которых ЭВМ применяется для управления техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, и т.п. Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария. Характерным для СРВ является обеспечение заранее заданных интервалов времени реакции на предусмотренные события для получения управляющего воздействия. Поскольку в технологических процессах промедление может привести к не желаемым и даже опасным последствиям, СРВ работают со значительной недогрузкой, так как важнейшей характеристикой является постоянная готовность системы – ее реактивность.

Системное программное обеспечение (СПО) ОС этого периода решало множество проблем, связанных с защитой данных и результатов работы различных программ, защитой данных в оперативной памяти и распределением устройств. Кроме того, ОС должна управлять новыми устройствами, входящими в состав аппаратного обеспечения. ОС третьего поколения (70-80 г.г.) были многорежимными системами, обеспечивающими пакетную обработку, разделение времени, режим реального времени и мультипроцессорный режим. Они были громоздкими, дорогостоящими (монстры операционных систем). Например, фирме IBM разработка ОС/360 стоила 6 млрд. долларов. Такие ОС, будучи прослойкой, между пользователем и аппаратурой ЭВМ, привели к значительному усложнению вычислительной обстановки. Для выполнения простейшей программы необходимо было изучать сложные языки управления заданием (JCL – Job Control Language). К этому периоду относится появление вытесняющей многозадачности (Preemptive scheduling), и использование концепции баз данных для хранения больших объемов информации для организации распределенной обработки. Вводится приоритетное планирование (Prioritized scheduling) и выделение квот на использование ограниченных ресурсов компьютеров (процессорного времени, дисковой памяти, физической (оперативной) памяти). При использовании компьютеров широкое распространение получила концепция распределения времени (time sharing) , но ограниченность ресурсов приводила к перегрузке компьютеров и к неприемлемому времени ожидания ответа или результатов работы. Программистам приходилось компенсировать это неудобство работой в ночное время.

Четвертое поколение с середины 70-х. Период характеризуется уменьшением стоимости компьютеров и увеличением стоимости труда программиста. Появление персональных компьютеров позволило установить компьютер практически каждому пользователю на рабочем столе. Благодаря широкому распространению вычислительных сетей и средств оперативной обработки (режим on-line), пользователи получают доступ к территориально распределенным компьютерам. Появились микропроцессоры, на основе которых создаются все новые и новые PC, которые могут быть использованы, как автономно, так и в качестве терминалов более мощных вычислительных систем. При передаче информации по линиям связи усложняются проблемы защиты информации, шифрования данных. Возникло понятие сетевого компьютера (Network computer) , способного получать все ресурсы через компьютерную сеть. Понятие файловой системы распространяется на данные, доступные по различным сетевым протоколам.

Число людей, пользующихся компьютером, значительно возросло, что выдвигает требование дружественного интерфейса пользователя, ориентации на неподготовленного пользователя. Появились системы с управлением с помощью меню и элементов графического интерфейса. Начала широко распространяться концепция виртуальных машин. Пользователь более не заботится о физических деталях построения ЭВМ или сетей. Он имеет дело с функциональным эквивалентом компьютера, создаваемым для него ОС, представляющим виртуальную машину. Таким образом, возникла концепция виртуализации ресурсов ЭВМ. Виртуальным ресурсом называется функциональный программно моделируемый эквивалент реального монопольного ресурса, допускающий его совместное использование многими процессами. Мультипрограммирование – виртуализация центрального процессора (ЦП – CPU). Буферный ввод/вывод – виртуализация устройств ввода и вывода.

В настоящее время концепция виртуальных машин находит все большее распространение. Виртуальная машина – это функциональный эквивалент реальной ЭВМ, обеспечивающий пользователей на основе одной ЭВМ множество функционально эквивалентных ей ЭВМ.

Широкое внедрение получила концепция распределенной обработки данных. Развитием распределенной обработки данных стала технология Клиент - Сервер, в которой серверный процесс предоставляет возможность использовать свои ресурсы клиентскому процессу по соответствующему протоколу взаимодействия.



  1. Основные характеристики ОС

Вычислительный процесс представляет собой программу или задачу в стадии выполнения. Вычислительным ресурсом называется любой объект вычислительной системы, необходимый для выполнения процесса. Вычислительные ресурсы по способу возможного использования подразделяются на:

  • монопольные, которые могут использоваться только одной программой (печать, МЛ);

  • разделяемые, которые допускают их совместное использование одновременно несколькими процессами (НМД, ОП).

В мультипрограммных и мультипроцессорных системах требуется разделение всех ресурсов, что и породило их виртуализацию.

^ Особенности алгоритмов управления ресурсами. От эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами компьютера во многом зависит эффективность всей ОС в целом. Так, например, в зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором, операционные системы делят на многозадачные и однозадачные, многопользовательские и однопользовательские, на системы, поддерживающие многонитевую обработку и не поддерживающие ее, на многопроцессорные и однопроцессорные системы.

^ Поддержка многозадачности. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:

однозадачные (например, MS-DOS, MSX) и

многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

^ Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

^ Вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).

невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);

^ Основным различием между вытесняющим и не вытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во втором - распределен между системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

^ Поддержка многонитевости. Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).

^ Многопроцессорная обработка. Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами.

В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell.

Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой: асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

Важное влияние на облик операционной системы в целом, на возможности ее использования оказывают особенности и других подсистем управления локальными ресурсами – подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-вывода.

Специфика ОС проявляется и в том, каким образом она реализует сетевые функции: распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам, передача сообщений по сети, выполнение удаленных запросов. При реализации сетевых функций возникает комплекс задач, связанных с распределенным характером хранения и обработки данных в сети: ведение справочной информации обо всех доступных в сети ресурсах и серверах, адресация взаимодействующих процессов, обеспечение прозрачности доступа, тиражирование данных, согласование копий, поддержка безопасности данных.


  1. Принципы построения ОС

ОС различаются по назначению, выполняемым функциям, формам реализации. Тем не менее, в основу их создания заложены общие принципы.

  1. Частотный принцип. Для действий, которые часто встречаются при работе с ОС, обеспечиваются условия их быстрого выполнения.

  2. ^ Принцип модульности. Модуль – функциональный элемент системы, имеющий оформление, законченное и выполненное в пределах требований системы, и средства сопряжения с другими модулями. Модули бывают однократными, многократными и реентерабельными.

  3. ^ Принцип функциональной избирательности. Используется при формировании ядра ОС. Модули "под рукой".

  4. Принцип генерируемости. Настройка средств ОС, исходя из конкретной конфигурации ЭВМ и круга решаемых проблем (OS/2, Windows, UNIX).

  5. Принцип функциональной избыточности. Проведение одной и той же работы различными средствами ОС -MFT, MVT, SVM.

  6. Принцип умолчания. Он основан на хранении в системе некоторых данных, которые назначаются объектам ОС в случае их не указания.

  7. Принцип перемещаемости. Построение модулей, исполнение которых не зависит от места расположения в ОП.

  8. Принцип защиты. Он предполагает необходимость разработки мер, ограждающих программы и данные пользователей от нежелательных влияний друг на друга. (Привилегированные команды. Границы области адресации.).

  9. ^ Принцип независимости программ от внешних устройств. Связь программы с конкретным устройством устанавливается не на уровне трансляции, а в период ее исполнения.




  1. Структура ОС. Управление процессами

В состав операционной системы входят следующие подсистемы:

  1. Управление процессами;

  2. Управление основной памятью;

  3. Управление внешней памятью;

  4. Управление устройствами ввода/вывода;

  5. Управление файлами;

  6. Защита системы;

  7. Сетевая поддержка;

  8. Командный интерфейс системы.

Процесс - это программа в стадии выполнения. Процессу необходимы определенные ресурсы, включая процессорное время, память, файлы и устройства ввода/вывода для выполнения своих задач. ОС отвечает за следующие действия в связи с управлением процессами:

  • создание и удаление процессов;

  • приостановка и возобновление процессов;

  • обеспечение механизмов для синхронизации процессов;

  • обеспечение механизмов для взаимодействия процессов.




  1. Структура ОС. Управление основной памятью

В состав операционной системы входят следующие подсистемы:

Управление процессами;

Управление основной памятью;

Управление внешней памятью;

Управление устройствами ввода/вывода;

Управление файлами;

Защита системы;

Сетевая поддержка;

Командный интерфейс системы.

^ Память представляет собой большой массив слов или байт, каждый из которых имеет собственный адрес. Это хранилище данных, к которым обеспечивается быстрый доступ, распределенный между процессором и устройствами ввода/вывода. Основная память энергозависимое устройство и теряет содержимое в случае разрушения системы. ОС отвечает за следующие действия в связи с управлением памятью:

  • ведет учет о том, какая часть памяти в настоящий момент используется;

  • принимает решение о загрузке процессов при освобождении пространства ОП;

  • распределяет и освобождает пространство ОП в соответствии с действующими стратегиями.




  1. Структура ОС. Управление внешней памятью

В состав операционной системы входят следующие подсистемы:

Управление процессами;

Управление основной памятью;

Управление внешней памятью;

Управление устройствами ввода/вывода;

Управление файлами;

Защита системы;

Сетевая поддержка;

Командный интерфейс системы.

Поскольку основная память (первичная память) энергозависима и слишком мала для размещения всех данных и программ постоянно, ВС должна обеспечить вторичную память для сохранения основной памяти. Большинство современных ВС используют диски как средство оперативного хранения, как программ так и данных. ОС отвечает за следующие действия в связи с управлением внешней памятью:

  • управление свободным пространством;

  • распределение памяти;

  • управление диском.


  1. Структура ОС. Подсистема управления устройствами ввода/вывода

Подсистема ввода/вывода состоит из:

  • системы кэширования - буферирования;

  • общего интерфейса драйверов устройств;

  • драйверов специализированных устройств.


  1. Структура ОС. Подсистема управления файлами

В состав операционной системы входят следующие подсистемы:

Управление процессами;

Управление основной памятью;

Управление внешней памятью;

Управление устройствами ввода/вывода;

Управление файлами;

Защита системы;

Сетевая поддержка;

Командный интерфейс системы.
Файл представляет собой набор взаимосвязанной информации, определенной при создании. Кроме собственно данных, файлы представляют программы, как в исходном, так и в объектном виде.

Подсистема ОС отвечает за следующие действия в связи с управлением файлами:

  • создание файлов;

  • создание и удаление подкаталогов;

  • поддержка операций для манипулирования с файлами и подкаталогами;

  • представление файлов во внешней памяти;

  • выгрузка файлов на другие внешние устройства.

  1. Структура ОС. Защита системы

В состав операционной системы входят следующие подсистемы:

Управление процессами;

Управление основной памятью;

Управление внешней памятью;

Управление устройствами ввода/вывода;

Управление файлами;

Защита системы;

Сетевая поддержка;

Командный интерфейс системы.

Защита системы предполагает наличие механизма для управления доступом программ, процессов и пользователей к системным и пользовательским ресурсам.

Механизм защиты должен:

  • различать авторизованное и не авторизованное использование;

  • определить элементы управления, которые будут задействованы;

  • обеспечить средства реализации.


  1. Структура ОС. Сетевое обеспечение

В состав операционной системы входят следующие подсистемы:

Управление процессами;

Управление основной памятью;

Управление внешней памятью;

Управление устройствами ввода/вывода;

Управление файлами;

Защита системы;

Сетевая поддержка;

Командный интерфейс системы.

^ Распределенная система - набор процессоров, которые не распределяют память или каждый процессор имеет свою локальную память. Процессоры в системе соединены посредством компьютерной сети и обеспечивают пользователям доступ к различным системным ресурсам, позволяющим:

  • увеличить скорость вычислений;

  • увеличить объем доступной информации;

  • повысить надежность

  1. Структура ОС. Командный интерфейс системы

В состав операционной системы входят следующие подсистемы:

Управление процессами;

Управление основной памятью;

Управление внешней памятью;

Управление устройствами ввода/вывода;

Управление файлами;

Защита системы;

Сетевая поддержка;

Командный интерфейс системы.
Множество команд в ОС предназначено для выполнения функций управления, которые имеют дело с:

  • созданием и управлением процессов;

  • управлением вводом/выводом;

  • управлением внешней памятью;

  • управлением основной памятью;

  • доступом к файловой системе;

  • защитой;

  • сетевым обеспечением.

Программа, которая читает и интерпретирует команды управления, называется различным образом:

  • интерпретатор управляющих карт;

  • процессор команд консолей

  • shell ( в Unix)

Их функцией является принять и выполнить очередное утверждение.



  1. Сервисы операционных систем

  • выполнение программ - способность системы загружать программу в память и выполнять ее;

  • операции ввода/вывода, поскольку пользовательские программы не могут исполнять операции ввода/вывода непосредственно, ОС должна обеспечивать некоторые средства для их выполнения;

  • манипуляции с файловой системой выражаются в обеспечении способности читать, писать, создавать и удалять файлы;

  • взаимодействие и обмен информацией между выполняющимися процессами на одном компьютере или на различных системах, связанных посредством сети применяется через распределенную память или передачу сообщений;

  • обнаружение ошибок - гарантия правильности вычислений посредством обнаружения ошибок в процессоре, памяти, устройствах ввода/вывода или в пользовательских программах.

  1. Управление процессами. Основные состояния процесса

  1. Состояние активности, когда процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором.

  2. Состояние готовности, когда процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса.

Состояние блокировки или ожидания, когда процесс не может выполняться по своим внутренним причинам, он ждет осуществления некоторого события, например, завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого процесса, освобождения какого-либо необходимого ему ресурса.

  1. Управление процессами. Дополнительные состояния процесса

  1. Приостановка готовности, когда процесс готов, но задержан и не конкурирует за ЦП.

  2. Приостановка блокировки, когда процесс блокирован и задержан. То есть также не будет конкурировать за ЦП.

^ Дополнительные состояния процессов кратковременны и обычно используются в ОС РВ (реального времени при перегрузках ЦП.

В однопроцессорных ЭВМ в каждый момент времени может выполняться только один процесс и поэтому, когда один процесс активен, то несколько процессов могут находиться в других состояниях, т.е. находятся в соответствующих очередях (готовности, блокировки и др.). Очередью называется упорядоченный по приоритетам список процессов, ожидающих доступ к некоторому вычислительному ресурсу.

В ходе жизненного цикла каждый процесс переходит из одного состояния в другое в соответствии с алгоритмом планирования процессов, реализуемым в данной операционной системе. Когда в ОС поступает задание на обслуживание, создается процесс, который устанавливается в очередь готовых процессов.

  1. Процесс постепенно продвигается в очереди и, когда очередь подходит при освобождении ЦП, процесс переходит в состояние активности. Предоставление ЦП процесса называется запуском или выбором процесса для выполнения. Эту функцию выполняет системная программа, называющаяся диспетчером.

  2. Процесс, получивший ЦП, выполняется. Для предотвращения случайного, либо умышленного монопольного захвата ресурсов ЭВМ каким-либо процессом устанавливается временной интервал, называющийся квантом времени, в течение которого процессу разрешено занимать ЦП. Этот интервал устанавливается аппаратным таймером прерываний. По истечении кванта времени диспетчер возвращает процесс в состояние готовности и выбирает следующий готовый процесс.

  3. Если выполняемый процесс до истечения кванта запрашивает какое-либо внешнее событие (обычно ввод/вывод), то добровольно освобождает ЦП, переводится в очередь блокировки до наступления события, безвозвратно теряет остаток кванта.

  4. При наступлении события (завершении операции ввода/вывода) процесс переводится в состояние готовности.

^ Операции приостановки и возобновления играют важную роль в ОС РВ и используются в следующих случаях:

  • при пиковой нагрузке ВС, когда она не может обеспечить требуемое быстродействие, когда расходы времени на смену состояний превышают полезную работу;

  • при ненадежной работе системы и возможном ее отказе;

  • когда промежуточные результаты работы процесса вызывают сомнение в правильности работы программы.

При приостановке процесс обязательно освобождает ОП, его копия сбрасывается на диск, в специальный свопинг файл (swaping). Также могут быть освобождены и другие ресурсы.

  1. В активном состоянии инициатором приостановки в однопроцессорной системе может быть сам процесс, а в мультипроцессорной – и другие процессы. В остальных состояниях – другие процессы (внешние события).

  2. Возобновление (или активизация) процесса это операция подготовки процесса к повторному запуску с точки приостановки.

  1. По завершении выполнения задания процесс уничтожается.

Все смены состояний происходят по прерываниям.

Прерывание – это событие/сигнал, привлекающий внимание ЦП и заставляющий его изменить текущий порядок исполнения команд процесса. Существуют аппаратные и программные прерывания.Аппаратные прерывания инициируются аппаратурой (например, сигнал микросхемы таймера в IBM PC вырабатывается 18.2 раза в секунду), сигналом принтера, нажатием клавиш клавиатуры и многими другими причинами.Программные прерывания инициируются процессом и на самом деле ничего не прерывают. Это обычные процедуры, которые используются программами для выполнения стандартной рутиной работы. Однако, эти программы содержатся в ОС, и механизм прерываний дает возможность обратиться к ним из программ пользователей. Программные прерывания могут выдаваться внутри друг друга (быть вложенными). Например, аппаратные прерывания могут возникнуть при выполнении программных прерываний. Когда разрешенное прерывание вызывается, то ЦП оставляет свою работу, выполняет прерывание, а затем возвращается в место прерывания. Управляет прерываниями обработчик прерываний (Interrupt Handler)


  1. Управление процессами. Операции над процессами

В соответствии с жизненным циклом процесса его выполнение может быть многократно прервано и продолжено. ^ Для того, чтобы возобновить выполнение процесса, необходимо восстановить состояние его операционной среды. Состояние операционной среды отображается состоянием регистров и программного счетчика, режимом работы процессора, указателями на открытые файлы, информацией о незавершенных операциях ввода-вывода, кодами ошибок выполняемых данным процессом системных вызовов и т.д. Эта информация называется контекстом процесса.Кроме этого, операционной системе для реализации планирования процессов требуется дополнительная информация: идентификатор процесса, состояние процесса, данные о степени привилегированности процесса, место нахождения кодового сегмента и другая информация. В некоторых ОС (например, в ОС UNIX) информацию такого рода, используемую ОС для планирования процессов, называют дескриптором или блоком управления процесса.

Дескриптор процесса по сравнению с контекстом содержит более оперативную информацию, которая должна быть легко доступна подсистеме планирования процессов. Контекст процесса содержит менее актуальную информацию и используется операционной системой только после того, как принято решение о возобновлении прерванного процесса.

^ Очереди процессов представляют собой дескрипторы отдельных процессов, объединенные в списки. Таким образом, каждый дескриптор, кроме всего прочего, содержит, по крайней мере, один указатель на другой дескриптор, соседствующий с ним в очереди. Такая организация очередей позволяет легко их переупорядочивать, включать и исключать процессы, переводить процессы из одного состояния в другое.

В этой связи подсистема Управление процессом должна выполнять следующие операции над процессами:

  1. Создание.

  2. Уничтожение.

  3. Запуск.

  4. Блокировка.

  5. Приостановка.

  6. Возобновление, а также

  7. Изменение диспетчерского приоритета процесса (работа с очередями).

Создание состоит из многих этапов:

  • присвоение идентификатора процессу;

  • включение его в список активных процессов, известных системе;

  • формирование блока управления процессом;

  • выделение процессу начальных ресурсов.

В общем случае существующий процесс может породить новый процесс и имеет место иерархическая структура процессов. Задача может порождать подзадачу в мультипрограммном режиме, и, в этом смысле, мы имеем родительский и дочерний процессы.

^ Уничтожение процесса означает удаление его из системы. Ресурсы возвращаются системе, имя процесса удаляется из списка, блок управления процессом освобождается.Блок управления процессом (Program Control Block – PCB) является центральным объектом в ОС, который определяет процесс и содержит всю необходимую информацию о процессе.

PCB содержит определенные сведения.

  1. Текущее состояние процесса (Program Status Word - PSW).(Всего 5 состояний)

  2. Уникальный идентификатор процесса.

  3. Приоритет.

  4. Указатели памяти процесса.

  5. Указатели выданных процессу ресурсов.

  6. Область сохранения регистров.

Когда ОС переключает ЦП с процесса на процесс, используется область сохранения регистров в PSB, чтобы запомнить информацию, необходимую для возобновления процесса, когда он снова получит ЦП.

Обработка прерываний состоит в следующем:

  1. При возникновении прерывания, управление передается в ОС.

  2. ОС запоминает состояние прерванного процесса, обычно в PCB прерванного процесса.

  3. ОС анализирует тип прерывания и передает управление соответствующему обработчику прерываний.

  4. После обработки прерывания ОС либо продолжает выполнять прерванный процесс, либо запускает готовый процесс с наивысшим приоритетом.

  1. Управление процессами. Основная концепция обработки прерываний

В различных ЭВМ существует различный набор типов прерываний, которые можно разделить на 6 классов.

  1. ^ Программы-прерывания по системной директиве. Инициатор – активный процесс, выполнивший команду SVC (обращение к супервизору), то есть запрос на предоставление ОС какой-либо системной вычислительной услуги.

  2. ^ Прерывания ввода-вывода. Инициируются устройством ввода/вывода (УВВ) и сигнализируют ЦП о том, что произошло изменение состояния канала ввода-вывода (КВВ) или УВВ (например: завершение операции, ошибка, переход устройства в состояние готовности).

  3. ^ Внешние прерывания. Причинами их является нажатие операторами клавиш на панели ЭВМ или прием сигнала прерывания от другого ЦП в мультипроцессорной системе, сигнала от модема.

  4. Прерывание по рестарту. Нажатие оператором на панели управления кнопки рестарта или Reset.

  5. ^ Логические прерывания по контролю программы вызываются программными ошибками, обнаруженными при выполнении программы (деление на ноль, попытка выполнить привилегированную команду в пользовательском режиме, неверный код операции, защита памяти и т.д.).

  6. ^ Прерывания по контролю машины вызываются аппаратными ошибками.

Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:

  1. определение момента времени для смены выполняемого процесса;

  2. выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов;

  3. переключение контекстов "старого" и "нового" процессов.

Первые две задачи решаются программными средствами и будут рассмотрены в следующих разделах, а последняя выполняется, как правило, аппаратно.


  1. Управление реальной  памятью. Основные задачи подсистемы управления памятью

Основная память (ОП), в которой размещаются процессы и которая имеет ограниченный объем, представляет собой самый ограниченный и дорогостоящий ресурс. Поэтому организация и управление ОП ЭВМ является одним из самых важнейших факторов, определяющих построение и развитие ОС.

Именно организация и управление ОП во многом определяют фактический уровень мультипрограммирования ОС, то есть возможности выполнения нескольких параллельных процессов. Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.
  1   2   3



Скачать файл (426.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации