2021-07-07
47Операционные системы «Рабочих станций» Workstation и Серверные Server
Операционная система – набор программ, обеспечивающий организацию вычислительного процесса на ЭВМ.
ОС – набор программ, обеспечивающий взаимодействие программных и аппаратных средств и программ между собой.
Задачи, решаемые ОС:
1. Увеличение скорости обработки большого количества задач на ЭВМ, достигается за счет автоматического перехода от одной задачи к другой.
2. Сокращение времени реагирования ЭВМ на запросы пользователя.
3. Упрощение работы программистов за счет использования языков высокого уровня.
4. Количество пользователей ЭВМ становится больше. Для одного конкретного ПК (многопользовательночть).
5. Обеспечение защиты.
Программы ОС:
1. Управляющая программа – служит для формирования порядка выполнения обрабатывающих программ (пользовательских или системных).
Основными функциями управляющей программы является приоритетное выполнение программ, либо программных объектов или частей программ (задач), а также хранение, поиск данных (управление данными).
2. Программы управления задачами. Подчиняются управляющей программе (считывают задачи из очереди, в зависимости от приоритета, обрабатывают их, и т.д.)
3. Программа управления данными (подчиняется управляющей программе и служит для обработки всех данных, управление всем вводом и выводом данных).
4. Программа управления восстановлением. После любого сбоя обрабатывают прерывание от системы контроля, регистрируют сбой в процессоре и внешних устройствах (ВУ). Для контроля ОЗУ используется система CCS.
5. Программа конфигурации.
Управление данными в ОС включает в себя:
Долговременное планирование – организация хранения данных во внешней памяти.
Распределение ОЗУ под программы и данные. Реализация обмена данными между ОЗУ и ВУ.
Управление ВУ ввода/вывода и их портами и приводами.
ВУ ЭВМ.
Практически все ВУ представляют собой стандартного формата электронной платы, которые взаимозаменяемы и имеют предназначенный для них контроллер типового устройства. Контроллеры размещаются на системной плате и требуют для своей работы специальных программ – драйверов или более сложных прикладных программ (ПП). В более мощных ОС многие драйвера входят в состав ОС.
Работа ОС при обработке данных находящихся на накопителях.
НМД – накопитель на магнитном диске, бывают 2 видов:
1. НЖМД – жесткий диск
2. НГМД – гибкий диск
Как правило, ОС устанавливается на НЖМД.
Файл – набор данных на внешнем носителе, объединенных общим именем.
Файл рассматривается ОС как совокупность записей одинаковой структуры, каждая из которых представляет собой набор разнородных (в общем случае) данных. Понятие «файл» впервые появилось в ОС IBM/360 (ОС 360).
Цикл обработки файла.
1. Открытие файла – занятие (обращение) устройства, на котором размещен файл, например, магнитный диск. Создание в ОЗУ управляющей информации, в которую записывается справка о состоянии файла; создание в ОЗУ буфера или набора буферов (буферного пула) для хранения текущей, обрабатываемой записи файла. Размер буферного пула равен размеру записи.
2. Организация последовательного или произвольного чтения (записи из файла в файл) соответственно. Последовательное чтение заканчивается при исчерпании записей файла, при этом в самом конце файла всегда присутствует команда «EOF» (end of file).
3. Выполнение оператора по освобождению устройства, на котором находится файл.
4. Закрытие файла – выполнение операции по внесению всех окончательных изменений в файле и его реквизиты (св-ва); освобождение памяти, отведенной под файл в ОЗУ.
Траектория данных.
Считывание блока с накопителя – помещение его в буфер – извлечение данных из буфера процессором, обработка – помещение данных обратно в этот же буфер, либо в другой (выходной) – вывод (запись, отображение) результатов на выходной носитель.
ПО – это все, кроме аппаратуры. Буфер – место в оперативной памяти, выделенная под запись файла.
Жесткий диск HDD.
ОС, находящиеся на жестких дисках (НЖМД) получили наибольшее распространение. В них каждая запись данных имеет собственный уникальный адрес, обеспечивающий непосредственный доступ к ним. НЖМД, как правило представляет собой пакет магнитных дисков закрепленных на одном стержне, вокруг которого они вращаются с постоянной скоростью. Диски металлические (бывают керамические) покрыты магнитным слоем. Каждый диск пакета имеет 2 рабочие поверхности: верхнюю и нижнюю. Каждая рабочая поверхность разбита на N окружности, которые называются дорожками. Дорожки нумеруются от 0 до N-1 от края к центру. На каждой дорожке находится маркер начала оборота. С его начинается область данных для считывания дорожки, располагающихся одна под другой, носит название цилиндра. Всего N цилиндров. Из N цилиндров некоторая часть цилиндров является резервной. Обычно она недоступна. Запись и считывание в HDD приводит механизм доступа, состоящий из маленького двигателя. Для каждой поверхности предусмотрен свой двигатель с блоком. Все эти держатели соединены друг с другом и перемещаются синхронно. Перемещая механизм доступа можно осуществить доступ к любому цилиндру.
Особенности гибких флоппи-дисков.
Первый жесткий диск IBM. Он содержит 30 дорожек и 30 секторов, и называется он IBM 30/30. Флоппи диск – разработка компании IBM – накопитель на съемном магнитном диске. Имеет пластиковую основу с нанесенным ферромагнитным слоем. Различают 2 типа флоппи-дисков: 5,25'' и 3,5''. Каждый магнитный диск разбивается на сектора.
Объем сектора составляет 512 байт. Первоначально 40 дорожек и 8 секторов. Информация наносится с обоих сторон дискеты. Таким образом, можно сосчитать информационный объем дискеты: V (5.25’’)=512 байт*40*8*2=320 кб. Для представления данных на жестком диске введено понятие кластер – минимальный размер места на диске, которое может быть выделено файловой системой для хранения одного файла. Размер кластера может определяться автоматически при форматировании или задаваться вручную. Размер файла в системном реестре можно узнать следующим образом: administrating tools – computer menegment – Storage → Disc Difrogmenter →выбрать диск →Analize
Файловая система – совокупность систематизированных данных на диске. Любая файловая система имеет 2 составляющие части: системная и составляющая данных. Файловая система создается при инициализации (разметке) НЖМД, затем корректируется ОС. Существует 2 способа адресации в файловой системе: прямая адресация и косвенная.
Прямая адресация.
Файловая система с прямой адресацией включает в себя таблицу содержания и область данных. Область данных – это совокупность блоков на диске идентифицируемых своими номерами (адресами). Адрес блока состоит: номер цилиндра, номер поверхности – номер дорожки, номер блока на дорожке.
Таблица содержания.
Присутствует в таких файловых системах, как FAT, FDT и др. таблица состоит из 3 областей: 1) область файлов – это таблица, имеющая ограниченное число строк. (пример) MS-DOS – количество строк 500, разбитых на столбцы. Первый столбец таблицы содержит имя файла. Все остальные ячейки содержат номера блоков, выделенных для размещения файлов в области данных.
2) область переполнения. Дополнительная таблица, в которую записываются номера блоков особо длинных файлов.
3) списки свободных и сбойных блоков. Необходимая информация для размещения файла. Атрибуты файла, такие как длина (в байтах), тип, содержатся в 1 колонке таблицы, там же, где имя.
Косвенная адресация.
Недостатками прямой адресации является следующее:
1. Таблица создается при инициализации диска. Она, будучи пустой, занимает определенный объем.
2. Создание файла, даже состоящего из одного блока приводит к занятию всей строки таблицы.
Косвенная адресация – это такая адресация, которая создает управляющие структуры по мере необходимости (при заполнении файла). Высвобождение памяти в списковой структуре, осуществляется автоматически при удалении любого промежуточного блока, содержащего адрес последующего блока файла. Недостаток косвенной адресации заключается в том, что при ошибочном удалении промежуточного блока возникает опасность потери нужных данных. Все ОС поддерживают иерархическую структуру файла, состоящую из каталогов и файлов.
 |
Прямая адресация
Косвенная адресация
Базовый ввод-вывод.
При работе с файлами на базовом уровне ввода-вывода обеспечивается обмен с файлами на прямом последовательном доступе. Система ведет указатель чтения/ записи. При чтении n-байт, указатель подвигается на n-позиций вперед для чтения следующего символа. При записи в файл, очередные байты располагаются в оперативной памяти, перемещаются в файл и указатель также изменяется, если очередной записываемый файл оказываются после записи EOF файла, происходит увеличение размера файла. Часть программы или ее части располагается в ОЗУ, а также данных, которые она считывает или готовиться записать, будем называть процессом. При последовательном доступе к файлу указатель перемещается от начала, до конца уменьшаясь или увеличиваясь на единицу. При прямом доступе к файлу указатель устанавливается в нужную позицию с помощью специальной функции. Процесс может управлять открытыми файлами, изменяя его данные, а также значение атрибутов. Обычно, если файл занят одним процессом, то доступ таких процессов блокируется. Особенностью каталога является то, что записи в нем может делать только ОС.
Стандартный буферизованный ввод и вывод.
Он интерпретирует файл как одномерный массив с прямым доступом (в любое место файла).
Файл с буферизованным вводом-выводом называется потоком. Данные буферизируются в ОЗУ. При чтении из файла блок данных перемещается из файла в буфер, а при записи файла блок данных перемещается из буфера в файл (см.схему).
Разделение доступа данных в ОС.
Большинство известных ОС поддерживают операции блокировки файлов для защиты доступа к нему со стороны других программ (задач, процессов).
Файл блокируется не только от программ, но и от пользователей ОС. Пользователи, которым разрешено входить в систему, либо разрешено пользоваться файлами, перечислены в учетной базе пользователя. Пользователи объединяются в группы, которые перечислены в учетной базе групп. Каждому пользователю и каждой группе причислены целочисленные индексы. Входя в систему, пользователь сообщает ей свое имя, по которому определяется его идентификатор (индекс) и права доступа к файлам и ОС. Запуская программы, пользователь в ОЗУ создает процессы, которые наследуют пользовательские и групповые индексы и соответствующие права. С каждым файлом связаны 2 индекса: пользовательский и групповой. Если программа создает файл, то эти индексы будут равны индексу программы. Если процесс создает файл, то он носит название «создатель файла». Если пользовательский индекс процесса равен пользовательскому индексу файла, то процесс называется «владельцем». Как правило, создатели и владельцы объединяются в одну группу создатель-владелец. Индексы хранятся в специальных атрибутах защиты файла, либо атрибуты безопасности. Для их изменения также нужны соответствующие права. Если процесс не имеет привилегий (дополнительных прав), то ему разрешается доступ к файлу в следующих случаях:
1. Процесс является владельцем, и атрибут защиты разрешает доступ к файлу.
2. Индекс группы процесса совпадает с индексом файла и разрешает доступ.
3. Атрибуты файла разрешают доступ всем процессам.
Управление периферийными устройствами.
Существует 2 основных типа управления периферийными устройствами: прямой и косвенный.
Прямое реализует непосредственную связь между процессором и периферийным устройством. В устройство помещается специальный процессор, который называется контроллером.
ЦП инициирует операцию ввода-вывода, а контроллер непосредственно управляет периферийным устройством по специальной программе (драйвер). Для синхронизации работы ЦП и контроллера используются специальные флаги занятости или прерывание. Драйвер отвечает на прерывание, планирует и организует ввод-вывод. При необходимости организует обновление данных. Для сглаживания скоростей в контроллере и управляющем устройстве, между ними …………….
Управление заданиями.
Задания бывают 2 видов: процессы и задачи (см.Диспетчер задач Windows). Задачей называется прикладная программа, выполняемая ОС и учтенная в панели задач. Процесс – минимальный программный объект (в сл. программа, либо ее законченная часть) обладающий собственными системными ресурсами (ОЗУ и ЦП).
Классификация процессов:
1. По временным характеристикам – пакетные процессы – процессы реального времени. Пакетные процессы запускаются один за другим: пока 1 процесс не закончит свое выполнение, второй не запустится.
2. По генеалогическому признаку различают порожденные и порождающие процессы (родительские и дочерние).
3. По результативности различают: эквивалентные, тождественные и равные процессы. Эквивалентные процессы реализуются на разных процессорах. Тождественные процессы: одна программа реализуется на одном процессоре (одна трасса). Равные процессы: одна и та же программа запускается на одном процессоре, но трассы разные. Результат выполнения этих процессов одинаковый.
4. По месту реализации. Центральные процессы реализуются в ПЦ. Внешние - в контроллере внешних устройств.
5. По принадлежности к ОС различают системные и прикладные. Системные процессы выполняют программу из состава ОС. Прикладные процессы реализуют прикладные программы.
6. По связности различают взаимосвязанные процессы.
7. По структуре: простые и составные ресурсы.
8. По форме реализации: копируемые и некопируемые.
Управление процессами.
Процесс – программный модуль, выполняемый в ЦП, либо находящийся в ОЗУ.
ОЗУ нужно для создания/удаления процессов, планирования процессов, синхронизации; коммуникация процессов – разрешение тупиковых ситуаций.
Программа – общий или детализированный план действий, который следует выполнить ЦП.
Процесс – часть программы, а если говорить более детально – конкретные действия (инструкции).
Понятие процесса включает в себя: программный код, данные, содержимое стека, содержимое адресного, общего и др.регистров процессора и кэш-память.
Таким образом, для одной программы может быть создано несколько процессов, в том случае если процессор выполняет несколько различных последовательностей команд. В процессе существования процесс принимает следующее состояние (процесс только что создан) выполняемый, ожидающий (процесс ожидает некоторого события в ОС), готовый (ожидает освобождение ЦП), завершенный.
 |
Планирование процесса.
Система управления процессами обеспечивает прохождение через ПК в зависимости от состояния процесса, ему предоставляется тот или иной ресурс (см.схему).
ОС используют разные термины для определения способов межпроцессного взаимодействия. В ОС OS/2 и Windows существует механизм для взаимодействия процессов в реальном времени. Этот механизм называется DDE Dynamic Data Exchange – динамический обмен данными. Он стандартизирует обмен командами, сообщениями и объектами для обработки между задачами. Наиболее распространенным объектом использующем DDE является печать на OLE. Object Linking Embeolding – связывание встраивание объектов. Этот интерфейс позволяет хранить объекты созданные одной программой в объектах созданных в других программах, а также редактирование без нарушения информации и связи.
Страничная организация памяти (базовый метод).
Адресное пространство ОЗУ и НЖМД (файл) разбивают на блоки фиксированного размера называемые страничные рамки. Логическое адресное пространство программы также разбивается на блоки, называемые страницами. Размеры страничных рамок и страниц совпадают. Процесс загружен в память постранично. Причем каждая строка помещается в любую свободную страничную рамку ОЗУ. Каждый адрес, генерируемый процессором, состоит из двух частей: Н – номер страницы, С – смещение в странице.
Номер страницы может использоваться как и для таблицы страниц. Таблица страниц содержит начальные адреса F, в которых размещена программа. Физический адрес определяется путем сложения начального адреса страничной рамки смещения С.
 |
При работе со страничной организацией памяти преобразование логического адреса физически осуществляется процессом для каждого адреса им генерируемого.
Управление виртуальной памятью.
Все методы управления памятью имеют одну и ту же цель хранения в памяти набор программ выполняемые CPU таким образом, чтобы обеспечить как можно большую эффективность выполнения программ.
Виртуальная память – технология, которая позволяет выполнять процесс, который может только частично располагаться в ОЗУ.
По мере развития ЭВМ, появления и широкого распространения диалоговых устройств (монитор, мышь, принтер), в последующих ОС произошла интеграция 2-х выше указанных элементов в единый командный язык. Разграничение между командами пользователь и администратор используются методы разделения доступа и назначения прав, формат команд остается прежний. По мере развития локальных сетей и более мощных ПК работающих в многопользовательских режимах, в сетевых ОС и ОС по ЭВМ разграничение доступа усложняется, количество пользователей не только администратор и оператор, их стало гораздо больше: администратор, оператор архива, пользователь, гость, опытный пользователь.
д/з устный спрос стр 73-74
Графический многооконный интерфейс.
Представляет собой графическую оболочку ОС, поддерживающую почти все команды управления и доступа.
Пример: 1) Windows XP Home Edition - _______ в управление пользователями и _________ администрирования. Для ограничения прав пользователей необходимо использовать команду ________. Эта команда существует только в командном интерфейсе оператора и позволяет назначать права доступа к различным файлам и папкам.
2) для редактирования системного файла защищенного от записи нужно в консоли набрать sudo-lenterr – ввести имя пользователя и пароль администратора, ввести jedit и путь файла \user\имя папки\config.txt
Через графический интерфейс _______________. Графический интерфейс, как правило, всегда имеет рабочий стол, на котором располагаются пиктограммы ________________.
ОС DOS.
Командный язык оператора.
Windows + R →cmd→
cmd – запуск режима командной строки.
copy con 1.txt – создание текстового файла 1.txt
набирается текст (ctrl+c – отмена ctrl+z – сохранение)
cd – смена директории.
MKDIR mydir – создание директории или каталога
Эквивалентность СКНФ
X Y ≡
0 0 1 
0 1 0 
1 0 0
1 1 1
 |
а) взаимосвязанные процессы имеют какую-то связь, например, управляющую информационную
пример: explorer
iexplorer
упр.связь
пример: myprogexe C:\TP\Bin\1.txt
myprog1exe C:\TP\Bin\1.txt
б) изолированный процесс связан только тем, что используется одной ОС.
в) информационно-независимые. Запущены одной ОС, одной или различными программами, но имеющие различные информационные базы.
г) взаимодействующие процессы. Один процесс может воздействовать на другой при использовании различных структур данных. Взаимодействующие процессы являются взаимосвязанными.
д) конкурирующие процессы. Возникают при недопустимом совместном использовании ресурсов.
Причины возникновения:
1) Одновременное обращение к файловому ресурсу, к одной и той же записи.
2) Одновременная попытка изменения содержимого одной и той же ячейки записи.
3) Одновременное обращение и попытки изменения одного и того же регистра процесса.
4) Одновременное конкурирующее обращение к внешнему ресурсу.
Обычно сама ОС устраняет конкурирующие ситуации, но не всегда. Порядок взаимодействия процессов определяется правилом синхронизации. Процессы могут находиться в отношении предшествования, приоритетности и взаимного исключения.
Ресурс – это средства вычислительной системы, которое может быть выделено процессу на определенный интервал времени. Реализация систем управления _________ в составе ОС предъявляет определенные требования к свойству процессора.
Классификация ресурсов.
