Київський національний університет

Литература:

1. Вавренюк А.Б., Забродин Л.Д., Макаров В.В., Unix: основы командного интерфейса и программирования (в примерах и задачах). МИФИ, 2010

2. Бибарсова М.Р., Бибарсов Г.Ш., Кузьминов Ю.В., Операционные системы, среды, оболочки Уч. пособие. Ставропольский гос. - пед. ин-т, 2010

3. Соломенчук В. Linux. Краткий курс. Спб: Питер, 2001

4. Таненбаум Э. Современные операционные системы 2е издание Питер, 2002 Состав вычислительной системы

Аппаратура ВС

Пользователи <--> Системное ПО

Прикладные ПО <--> пользователи

Системное ПО:

1) Управляющие программы:

· Управление аппаратурой

· Интерфейс пользователя

2) Обслуживающие программы

· Системные утилиты

· Системы контроля и восстановления

· Программы генерации и загрузки

3) Системные программы

· Трансляторы

· Редакторы связей

· Отладчики

· Загрузчики

ОС - комплекс управляющих программ, обеспечивающих распределение ресурсов всей вычислительной системы и интерфейса пользователя.

Классификация ОС

Критерии:

ü вид и состав вычислительной системы;

ü отношение к пользователям;

ü режим вычислительного процесса;

ü технология разработки;

ü способ распространения.

По виду:

ü ОС универсальных ЭВМ 3го и последующих поколений.

ü ОС персональных компьютеров.

ü ОС СЦВМ (специализированная цифровая вычислительная машина)

ü ОС рабочих многотерминальных станций.

ü ОС сетевых и распределенных вычислительных систем.

ü ОС супер ЭВМ (векторно-конвейерных, кластерных систем и т.д.)

ü ОС мобильных устройств.

По отношению к пользователям: однопользовательские и многопользовательские.

Режим вычислительного процесса:

1) системы пакетной обработки заданий;

2) системы разделения времени;

3) системы реального времени.

1) Пакетная обработка заданий

Пакет заданий: Задание 1, Задание 2,... Задание N --> ВС (рисунок)

В этом режиме решаемые задачи оформляются в виде последовательности заданий, которые в совокупности составляют пакет заданий. Каждое задание содержит в себе программы для решения задач, исходные данные для этой программы, а также описание всех необходимых ресурсов на специальном языке JCL. В основном выполняются большие расчётные задачи.

2) Режим разделения времени

Процессор ВС < -> (t) -> Активная задача 1, Активная задача 2,..., Активная задача N. (рисунок)

В этом режиме всё время процессора делится на кванты, и каждый квант по очереди выделяется всем активным в данный момент задачам. В результате создается иллюзия параллельного выполнения. Все системы семейства UNIX.

3) Режим реального времени

событие 1,2,n (Внешние события) t1,t2,tn ->>> ВС ->>> t1+deltat1,....,tn+delta tn, команда 1, 2, n (рисунок)

Этот режим существует в ВС, которые включены в контуры управления конкретных объектов или в системе работы транзакций. Контуры управления вызывают прерывания, которые должны быть обработаны за определенное время. Масштаб времени разный. Прерывание -> обработка -> команда.

По технологии разработки и способам распространения:

o ПО с открытым кодом;

o свободно распространяемое;

o с закрытым кодом;

o распространяемое на основе платных лицензий.

Для многих ОС - платные и свободно распространяемые версии.

Типичный состав современной ОС.

1. Обработчики прерываний и супервизоры.

2. Планировщики.

3. Система управления процессами и ресурсами.

4. Программы управления основной памятью.

5. Программы управления виртуальной памятью.

6. Программы файловой системы.

7. Оболочки.

8. Системы генерации.

Слоистая структура современной ОС.

Впервые была предложена и реализована голландским математиком и программистом Эдсгером Дейкстра. "THE". Система состояла из пяти уровней, причем каждый вышележащий уровень имел право пользоваться только средствами нижележащего уровня.

Ядро ОС.

Ядро - комплекс небольших программ, постоянно присутствующих (резидентный) в оперативной памяти, выполняющее следующие основные функции:

Ø обработка прерываний;

Ø создание и уничтожение процессов;

Ø переключение процессов из одного состояния в другое;

Ø диспетчирование процессов;

Ø приостановка и активизация процесса;

Ø синхронизация процесса;

Ø поддержка операций ввода-вывода;

Ø поддержка распределения и перераспределения основной памяти;

Ø поддержка работы файловой системы;

Ø обслуживание аппаратного контроля ВС.

В ядро включают те программы, которые наиболее часто используются, не требуют частой динамической настройки и обеспечивают быструю реакцию на различные события. Такие программы называют супервизорными программами и обработчиками прерываний.

Они бывают трех типов:

1) полностью резидентными (всегда находятся в оперативной памяти);

2) частично резидентными;

3) по условию.

В любой операционной системе различают режим супервизора и режим задачи. В режиме супервизора имеется возможность выполнения любых команд как привилегированных, так и непривилегированных. В режиме задачи - непривилегированные. Переход из режима в режим осуществляется специальными командами посредством внутренних прерываний. Этим самым обеспечивается первый уровень защиты. Планировщик - это программа, отвечающая за распределение времени процессора конкретным процессам. Они различаются по уровням. Существуют 3 уровня (обычно): диспетчеры, планировщики 1ого уровня (оперативные), планировщики 2ого уровня (долговременные). Основная функция всех планировщиков - это обеспечить по очереди всех существующих в системе активных процессов процессорным временем с учетом приоритетов и текущего состояния системы. Для этого используются различные алгоритмы планирования. В настоящее время наиболее распространенным алгоритмом оперативного планирования является круговой циклический алгоритм (RR). В этом алгоритме каждому активному процессу по очереди выделяется определенный квант процессорного времени, по истечении которого происходит передача управление следующему процессу. Для долговременного планирования чаще всего используется такие приоритетные алгоритмы как: SYF кратчайшее задание выполняется первым, SRT – наибольшим приоритетом обладает задание, до окончания выполнения которого остается наименьшее время. Приоритет определяет место в очереди. Существуют статические и динамические алгоритмы. Классическим примером динамического приоритетного планирования называется алгоритм Корбато. В этом алгоритме поддерживается несколько приоритетных уровней. На каждом уровне реализована дисциплина обслуживания FIFO. После выделения процессу очередного кванта времени он переводится на уровень с более низким приоритетом. Этим обеспечивается равномерное продвижение в системе всех активных задач.

Управление процессами и ресурсами системы.

Процесс - совокупность программы и данных, обрабатываемых на микропроцессоре. (Задача - Синоним).

Ресурс - любой объект, который может быть распределен процессу.

Различают ресурсы 2х категорий: CR потребляемые (ресурсы исчезают),

SR - последовательно используемые, возвращаются в систему в неизменном виде (оперативная память, внешняя память и т.д.). К числу CR-ресурсов относятся изменяемые структуры данных и процедуры, а также информационные ресурсы (различные сигналы и сообщения). SR-ресурсы - аппаратные, а также неизменяемые. Под управлением процессами и ресурсами подразумевается решение следующих задач:

1) изменение статуса процесса;

2) синхронизация 2х и более процессов;

3) решение проблемы взаимных блокировок.

Изменение состояния процесса происходит из графа состояний.