Лекция Операционные системы
.pdfКафедра |
|
Операционные системы |
|
Кафедра |
|
|
|
|
|
|
|
информатики |
|
информатики |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
УГАТУ |
Структура вычислительной системыУГАТУ |
||||||||
История развития ОС |
|
Любая вычислительная система состоит из: |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Функции и состав ОС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Архитектурные особенности ОС |
|
Техническое |
|
Программное |
|
|
|
||||
|
|
|
|
обеспечение |
|
обеспечение |
|
|
|
||
Классификация ОС |
|
(hardware) |
|
|
(software) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Обзор ОС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Кафедра |
|
|
|
Кафедра |
|
|
|
|
|
|
|
информатики |
|
|
информатики |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
УГАТУ |
История эволюции вычислительных систем УГАТУ |
|||||||
Операционная система как |
|
Первый период |
(1945–1955 гг.). |
Ламповые машины. |
|||||||
|
Операционных систем нет |
|
|
|
|||||||
|
виртуальная машина |
|
|
|
|
||||||
|
|
Второй период (1955 г.–начало 60-х). Компьютеры на основе |
|||||||||
Операционная система как менеджер |
|||||||||||
транзисторов. Пакетные операционные системы |
|||||||||||
|
ресурсов |
|
Третий период (начало 60-х – 1980 г.). Компьютеры на |
||||||||
|
|
|
|
||||||||
Операционная система как |
|
основе интегральных микросхем. Первые |
|||||||||
|
защитник пользователей и |
|
многозадачные ОС |
|
|
|
|||||
|
программ |
|
Четвертый |
период |
(с 1980 г. |
по |
настоящее |
время). |
|||
Операционная система как |
|
Персональные |
компьютеры. |
Классические, |
|||||||
|
сетевые и распределенные системы |
|
|||||||||
|
постоянно функционирующее ядро |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
Кафедра |
Функции и состав ОС |
Кафедра |
|
|
Функции ОС |
||
информатики |
информатики |
|
|
||||
|
|
|
|
||||
|
УГАТУ |
|
|
|
|
УГАТУ |
|
ОС – набор программ, обеспечивающий организацию |
|
|
|
|
Управление памятью, |
||
|
|
|
|
устройствами |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
вычислительного процесса на ЭВМ |
|
|
|
Управление |
Управление |
|
|
|
|
|
данными |
задачами |
||
Можно выделить шесть основных функций, которые выполняли |
|
|
|
|
|
||
классические операционные системы |
|
|
|
|
Интерфейс |
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
ввода-вывода |
|
1.Планирование заданий и использования процессора. |
|
Командные |
Связь с |
данных |
|||
|
оператором |
|
|||||
|
интерфейсы |
|
|||||
2.Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
3.Управление памятью. |
В результате обеспечивается: |
|
|||||
4.Управление файловой системой. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|||
5.Управление вводом-выводом. |
• Увеличение пропускной способности ЭВМ (организуется непрерывная обработка |
||||||
6.Обеспечение безопасности |
потока задач с автоматическим переходом от одной к другой и эффективно |
||||||
|
|
распределяются ресурсы ЭВМ между задачами); |
|||||
|
|
• Уменьшение времени реакции системы на запросы пользователями ответов от ЭВМ; |
|||||
|
Каждая из приведенных функций обычно реализована в виде |
• Упрощение работы разработчиков программных средств и обслуживающего |
|||||
|
персонала ЭВМ (за счет предоставления языков программирования и разнообразных |
||||||
|
подсистемы, являющейся структурным компонентом ОС. |
||||||
|
сервисных программ). |
|
|
||||
|
|
|
|
||||
|
5 |
|
|
|
|
6 |
|
Кафедра |
|
Кафедра |
Управление процессами |
||||
информатики |
|
информатики |
|||||
Классификация операционных систем |
|
||||||
|
УГАТУ |
|
|
|
|
УГАТУ |
|
По числу одновременно выполняемых задач операционные системы |
Процесс - |
основной динамический объект, над которым операционная |
|||||
можно разделить на два класса: |
|||||||
система выполняет определенные действия |
|||||||
|
многозадачные (Unix, OS/2, Windows); |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
однозадачные (MS-DOS). |
|
|
|
|
|
|
По числу одновременно работающих пользователей ОС можно |
Понятие процесса характеризует некоторую совокупность набора |
||||||
исполняющихся команд, ассоциированных с ним ресурсов (выделенная |
|||||||
разделить на: |
|||||||
для исполнения память или адресное пространство, стеки, используемые |
|||||||
|
однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x); |
||||||
|
файлы и устройства ввода-вывода и т. д.) и текущего момента его |
||||||
|
многопользовательские (Windows NT, Unix). |
||||||
|
выполнения (значения регистров, программного счетчика, состояние |
||||||
|
|
||||||
Поддержка мультипроцессирования является важным свойством ОС |
стека и значения переменных), находящихся под управлением |
||||||
операционной системы. |
|
||||||
и приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|||
Многопроцессорная обработка реализована в таких ОС, как Linux, |
|
|
|
|
|
||
Solaris, Windows NT, и ряде других. |
В некоторых операционных системах для работы определенных |
||||||
|
|
программ может организовываться более одного процесса или один и тот |
|||||
В разряд многозадачных ОС, наряду с пакетными системами и |
же процесс может исполнять последовательно несколько различных |
||||||
программ. |
|
|
|
||||
системами разделения времени, включаются также системы реального |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
времени. |
|
|
|
|
|
||
|
7 |
|
|
|
|
8 |
Кафедра |
Управление процессами |
Кафедра |
Управление процессами |
||||||
информатики |
информатики |
||||||||
|
|
|
УГАТУ |
|
|
|
|
УГАТУ |
|
Процессы как минимальный программный объект, обладающий собственными |
|
|
|
|
|
||||
системными ресурсами могут быть классифицированы следующим образом: |
Ресурс – средство вычислительной системы, которое может быть |
||||||||
По времени: |
|
|
|
||||||
интерактивные (время определяется реакцией ЭВМ на запрос |
выделено процессу на определенный интервал времени. Потребители |
||||||||
обслуживания (сек.)); |
|
|
ресурсов – процессы. |
|
|
||||
реального времени (имеют гарантированное время окончания работы и |
Дисциплина распределения ресурсов определяет порядок |
||||||||
время реакции (мсек))) ; |
|
|
|||||||
|
|
использования многими процессами того или иного ресурса, который в |
|||||||
пакетные (запускаются один вслед за другим, время реакции часы и |
|||||||||
каждый момент времени может обслуживать только один процесс. |
|||||||||
более). |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
По принадлежности к операционной системе: |
|
|
Рассмотрим процесс – как программный модуль, выполняемый |
||||||
системные |
|
|
|
||||||
|
|
|
в центральном процессоре (CPU). |
|
|||||
пользовательские. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
По связности: |
|
|
|
|
|
|
|
||
взаимосвязанные (управляющая, временная связь); |
Различают следующие состояния процесса: новый (только что создан); |
||||||||
изолированные; |
|
|
|||||||
|
|
выполняемый (команды выполняются в CPU); ожидающий (ожидает |
|||||||
взаимодействующие (информационные связи и общие структуры |
|||||||||
завершения события, например, ввод/вывод); готовый (ожидает |
|||||||||
данных); |
|
|
|||||||
|
|
освобождения CPU); завершенный. |
|
||||||
взаимосвязанные по ресурсам; |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
конкурирующие. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
9 |
|
|
|
|
10 |
|
Кафедра |
Управление процессами |
Кафедра |
Управление процессами |
||||||
информатики |
информатики |
||||||||
|
|
|
УГАТУ |
|
|
|
|
УГАТУ |
|
|
|
|
|
Переход из одного состояния в другое не может выполняться |
|||||
|
|
|
|
произвольным образом. Планирование процессов производится под |
|||||
|
|
Прерывания |
|
управлением программы, называемой планировщик. |
|||||
Новый |
|
|
выход |
Переходы между процессами можно представить в виде схемы |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Выполняемый |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Выполняемый |
Ожидающий, готовый |
Выполняемый |
||
|
Готовый |
|
Завершенный |
|
|
|
|
|
|
|
Отсылка планировщика |
|
|
|
|
|
|
||
|
Завершение |
|
Ожидание |
|
Готовый |
Выполняемый |
Готовый |
||
|
Ожидающий |
|
|
|
|
|
|||
|
ввода/вывода |
ввода/вывода |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Ожидающий, готовый |
Выполняемый |
Ожидающий |
||
|
Диаграмма переходов состояний процесса |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
11 |
|
|
|
|
12 |
Кафедра |
|
Управление процессами |
Кафедра |
|
|
|
информатики |
информатики |
|
||||
|
|
Стратегии планирования процессов |
||||
|
|
УГАТУ |
|
|
УГАТУ |
|
Для того, чтобы операционная система могла выполнять операции над |
Если ОС обеспечивает режим мультипрограммирования, обычно включают |
|||||
процессами, каждый процесс представлен в ней некоторым набором данных, |
два планировщика долгосрочный (переводит из входной очереди в очередь |
|||||
организованным в особую структуру, называемую блоком управления |
готовых) и краткосрочный (осуществляет перевод между остальными |
|||||
процессами (PCB – Process Control Block). В PCB каждый процесс описан |
очередями) |
|||||
набором параметров, характеризующих его текущее состояние: |
|
|
|
|||
состояние, в котором находится процесс; |
|
1. First-Come, First-Served (FCFS). Очередь подобного типа имеет в |
||||
программный счетчик процесса или, другими словами, адрес команды, |
|
|
программировании специальное наименование – FIFO, сокращение от |
|||
которая должна быть выполнена для него следующей; |
|
|
First In, First Out. |
|||
содержимое регистров процессора; |
|
2. |
Round Robin (RR), модификация алгоритма FCFS, в котором каждый |
|||
|
|
процесс находится около процессора небольшой фиксированный квант |
||||
данные, необходимые для планирования использования процессора и |
|
|
||||
|
|
времени, обычно 10 – 100 миллисекунд. (Round Robin – вид детской |
||||
управления памятью (приоритет процесса, размер и расположение |
|
|
||||
|
|
карусели в США). |
||||
адресного пространства и т. д.); |
|
|
||||
|
3. Shortest-Job-First (SJF) - кратчайший процесс выполняется первым. |
|||||
учетные данные (идентификационный номер процесса, какой |
|
|
Является оптимальным с точки зрения минимизации среднего времени |
|||
пользователь инициировал его работу, общее время использования |
|
|
ожидания среди класса невытесняющих алгоритмов. |
|||
процессора данным процессом и т. д.); |
|
4. Приоритетное планирование. При использовании данного алгоритма |
||||
сведения об устройствах ввода-вывода, связанных с процессом |
|
|
каждому процессу присваивается определенное числовое значение – |
|||
|
|
приоритет, в соответствии с которым ему выделяется процессор. |
||||
(например, какие устройства закреплены за процессом, таблицу |
|
|
||||
|
|
Процессы с одинаковыми приоритетами планируются в порядке FCFS. |
||||
открытых файлов). |
|
|
||||
|
|
|
||||
|
|
13 |
|
|
14 |
|
Кафедра |
|
|
Кафедра |
|
Управление данными в ОС |
|
информатики |
|
информатики |
||||
|
Механизмы взаимодействия процессов |
|
|
|||
|
|
УГАТУ |
|
|
УГАТУ |
|
Логическая реализация взаимодействия процессов определяет механизм |
|
|
|
|||
их использования. Несколько способов межпроцессного взаимодействия: |
|
Управление данными включает следующие |
||||
|
|
|
|
|||
DDE |
|
компоненты: |
||||
Механизм для взаимодействия в реальном масштабе времени –DDE. |
|
|
|
|||
Dynamic Data Exchange – динамический обмен данными |
• управление внешними устройствами ввода/вывода и |
|||||
OLE |
|
|||||
|
размещения данных; |
|||||
Возможность использования в одном документе различных объектов |
||||||
• |
долговременное планирование - организация |
|||||
является мощным инструментом ОС (в частности, Windows). Она основана |
||||||
на так называемой концепции внедрения и связывания объектов OLE |
размещения данных на внешних носителях, их выбор и |
|||||
(Object Linking and Embedding - связывание и встраивание объектов |
предоставление пользовательским программам; |
|||||
Буфер обмена |
||||||
• |
оперативное управление - распределение оперативной |
|||||
Буфер обмена – Clipboard – с помощью системного вызова процесс может |
||||||
получить копию информации, содержащейся в буфере обмена, или сам |
памяти под программы и данные, реализация обмена |
|||||
поместить туда объект. |
данными между оперативной и внешней памятью. |
|||||
|
|
|
||||
|
|
15 |
|
|
16 |
Кафедра |
|
Кафедра |
Внешняя память |
|
информатикиУправление данными в ОС УГАТУ |
информатики |
УГАТУ |
||
Контроллеры внешних устройств представляют собой электронные |
Информация на дискету записывается по |
|
||
платы (интерфейсные карты, адаптеры и прочее), которые практически |
концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся |
|||
полностью взаимозаменяемы и позволяют укомплектовать ПЭВМ |
на секторы. |
|
||
любым желаемым набором устройств. |
|
|
||
|
Количество дорожек и секторов зависит от типа и |
|
||
|
|
|
||
Контроллеры типовых внешних устройств, как правило, несъемные, |
формата дискеты. |
|
||
размещаются на системной плате ЭВМ. |
|
|
|
|
Внешние устройства, предназначенные для долговременного хранения |
Сектор хранит минимальную |
|
||
информации, делятся на два вида устройств: |
порцию информации, которая |
|
||
|
|
может быть записана на диск |
|
|
последовательного доступа к данным |
прямого доступа к данным |
или считана с диска. |
|
|
|
|
Ёмкость сектора постоянна и |
|
|
накопители на магнитных |
накопители на магнитных |
составляет 512 байтов. |
|
|
лентах (НМЛ) и стримеры |
|
|
|
|
(НМД) и оптических дисках |
|
Трек - дорожка |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
17 |
|
|
18 |
Кафедра |
|
Кафедра |
|
|
информатики |
|
информатики |
|
|
Файлы и файловые системы |
|
|
УГАТУ |
|
|
УГАТУ |
|
|
|
Кластер – минимальный объем места на диске, которое может быть |
|
|
|
|
выделено файловой системой для хранения одного файла. Размер |
Траекторию данных, |
|
||
кластера зависит от размера раздела логического диска и должен быть |
обрабатываемой |
|
|
|
кратен размеру физического блока – 512 байт |
компьютером можно |
|
||
|
|
представить |
|
|
Всякая ОС создает на каждом диске совокупность системных данных, |
следующим образом |
|
||
которая называется файловой системой. ФС (пустая) создается при |
|
|
|
|
инициализации (разметке) тома, затем корректируется ОС (подсистемой |
Внешние |
|
|
|
управления данными) при текущей работе. |
|
|
||
устройства: |
|
|
||
Файловая система - это часть операционной системы, предназначенная |
|
|
||
|
|
|
||
для организации эффективной работы с данными, хранящимися во |
Монитор |
|
|
|
внешней памяти, и обеспечения пользователю удобного интерфейса |
Клавиатура |
|
|
|
при работе с такими данными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мышь |
|
|
Непосредственное взаимодействие с диском - прерогатива компонента |
Принтер |
|
|
|
системы ввода-вывода ОС, называемого драйвером диска. |
Жесткий диск |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
20 |
|
информатики |
|
|
файловые системы |
|
|
УГАТУ |
|
|
информатики |
файловые системы |
УГАТУ |
||||||||||||||||||
|
Кафедра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кафедра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Имя |
файла |
|
Номера блоков, выделенных под файл |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
(заглавная запись) |
|
(Область файлов) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Любая ОС реализует доступ к данным уровня |
|
|
|||||||||
|
|
|
File_1 |
|
|
|
1 |
3 |
7 |
|
|
|
5 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
Устройство – Каталог – Файл. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уровень доступа к данным типа |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
File_2 |
|
|
|
41 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Блок – Строка – Слово – Символ |
|
|
|||
|
|
|
File_3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поддерживается как функциями некоторых ОС, так и прикладными |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
программами (например, ОС UNIX включает команды сортировки, |
|
|
|
|
|
|
File_4 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коррекции содержимого файла). |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Область переполнения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОС предоставляет следующие системные вызовы: |
|
|
|||||||||
|
|
|
File_1 |
|
|
23 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• запрос на смену и получение имени текущего каталога; |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
создание, открытие, закрытие, удаление, переименование и |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
получение информации о файле или каталоге, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Список свободных блоков |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
позиционирование в них. |
|
|
|||||||||
|
|
|
2 |
|
|
4 |
|
6 |
|
9 |
|
10 |
|
|
|
11 |
|
|
12 |
|
|
|
|
|
Все ОС поддерживают операции блокировки файла для защиты доступа |
|||||
|
|
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к нему со стороны других процессов в многозадачной среде. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Список сбойных блоков |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
12 |
|
|
24 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
информатики Файловые системы FAT и FAT32 |
|
|
|
|
информатики |
FAT32 |
|
|
|
|
|
Кафедра |
|
|
|
|
Кафедра |
|
|
|
|
|
|
|
УГАТУ |
|
|
|
УГАТУ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FAT представляет собой простую файловую систему, разработанную для |
|
|
|
|
Сравнение размеров кластеров для FAT16 и FAT32 в зависимости от размера диска. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
небольших дисков и простых структур каталогов. Ее название |
|
|
|
|
|
Размер |
кластера Размер |
кластера |
||
|
происходит от названия метода, применяемого для организации файлов |
|
|
|
|
Размер диска |
|||||
|
|
|
|
|
FAT16 |
|
FAT32 |
|
|
||
|
— таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT). |
|
|
|
|
До 32 Мбайт |
512 байт |
|
Не поддерживается |
||
|
Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем |
|
|
|
|
32-63 Мбайт |
1 Кбайт |
|
Не поддерживается |
||
|
|
|
|
|
64-127 Мбайт |
2 Кбайт |
|
Не поддерживается |
|||
|
хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FAT |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
128-255 Мбайт |
4 Кбайт |
|
Не поддерживается |
|||
|
дисковые утилиты (например, Scandisk) могут воспользоваться второй |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
256-511 Мбайт |
8 Кбайт |
|
Не поддерживается |
|||
|
копией для восстановления тома. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
512-1023 Мбайт |
16 Кбайт |
|
4 Кбайт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Таблица размещения файлов и корневой каталог должны располагаться |
|
|
|
|
1024-2047 Мбайт (2 Гбайт) |
32 Кбайт |
|
4 Кбайт |
|
|
|
по строго фиксированным адресам, чтобы файлы, необходимые для |
|
|
|
|
2048-8191 Мбайт (8 Гбайт) |
Не поддерживается |
4 Кбайт |
|
|
|
|
запуска системы, были размещены корректно. |
|
|
|
|
8192-16383 Мбайт (16 Гбайт) |
Не поддерживается |
8 Кбайт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16384-32767 Мбайт (32 |
Не поддерживается |
16 Кбайт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гбайт) |
|
|
|
|
|
|
Стандартный размер кластера, устанавливаемый по умолчанию, |
|
|
|
|
От 32 Гбайт |
Не поддерживается |
32 Кбайт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
определяется размером тома |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
|
|
|
|
|
|
|
24 |
|
Кафедра |
|
FAT32 |
|
Кафедра |
Файловая система NTFS |
|
информатики |
|
УГАТУ |
информатики |
|||
|
|
|
|
УГАТУ |
||
32-разрядная файловая система FAT32 была введена с выпуском |
Основными целями разработки NTFS являлись обеспечение скоростного |
|||||
Windows 95 OSR2 и поддерживается в Windows 98 и Windows 2000. Она |
выполнения стандартных операций над файлами (включая чтение, запись, |
|||||
обеспечивает оптимальный доступ к жестким дискам, CD-ROM и |
поиск) и предоставления дополнительных возможностей, включая |
|||||
сетевым ресурсам, повышая скорость и производительность всех |
восстановление поврежденной файловой системы на чрезвычайно |
|||||
операций ввода/вывода. FAT32 - это усовершенствованная версия FAT, |
больших дисках. |
|||||
предназначенную для использования на томах, объем которых |
NTFS обладает характеристиками защищенности, поддерживая контроль |
|||||
превышает 2 Гбайт. |
|
|
||||
|
|
доступа к данным и привилегии владельца, играющие исключительно важную |
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
роль в обеспечении целостности жизненно важных конфиденциальных |
||
FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прежними |
данных. |
|
||||
реализациями FAT: |
|
|
Папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне |
|||
Поддержка дисков размером до 2 Тбайт. |
|
зависимости от того, являются они общими или нет. NTFS —файловая |
||||
Более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 |
система, которая позволяет назначать права доступа к отдельным файлам. |
|||||
использует более мелкие кластеры, что позволяет повысить |
Файловая система NTFS, как и FAT, в качестве фундаментальной единицы |
|||||
эффективность использования дискового пространства на 10-15% по |
дискового пространства использует кластеры. |
|||||
сравнению с FAT. |
|
|
В NTFS размер кластера по умолчанию зависит от размера тома, но |
|||
Повышенная надежность и более быстрая загрузка программ |
нужный размер кластера можно указать в качестве параметра команды |
|||||
|
|
|
|
FORMAT |
|
|
|
|
|
25 |
|
26 |
|
Кафедра |
Файловая система NTFS |
Кафедра |
Файловая система NTFS |
|||
информатики |
информатики |
|||||
|
|
|
УГАТУ |
|
УГАТУ |
|
|
|
|
|
Форматирование тома для NTFS приводит к созданию нескольких |
||
Зависимость размера кластера по умолчанию от размера раздела для NTFS |
системных файлов и главной таблицы файлов (Master File Table, MFT). MFT |
|||||
содержит информацию обо всех файлах и папках, имеющихся на томе NTFS. |
||||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
NTFS — это объектно-ориентированная файловая система, которая |
||
|
|
|
|
обрабатывает все файлы как объекты с атрибутами. |
||
Размер раздела |
Количество секторов в кластере |
Размер кластера |
Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры – |
|||
До 512 Мбайт включительно |
1 |
512 байт |
блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддерживает почти |
|||
513-1024 Мбайт (1 Гбайт) |
2 |
1Кбайт |
любые размеры кластеров – от 512 байт до 64 Кбайт. |
|||
1025-2048 Мбайт (2 Гбайт) |
4 |
2Кбайт |
Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под |
|||
2049-4096 Мбайт (4 Гбайт) |
8 |
4Кбайт |
так называемую MFT зону – пространство, в которое записывается Главная |
|||
4097-8192 Мбайт (8 Гбайт) |
16 |
8Кбайт |
таблица файлов. Запись каких-либо данных в эту область невозможна. |
|||
8193-16384 Мбайт (16 Гбайт) |
32 |
16Кбайт |
MFT-зона всегда держится пустой – это делается для того, чтобы самый |
|||
16385-2768 Мбайт (32 Гбайт) |
64 |
32Кбайт |
главный, служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем росте. |
|||
От 32 678 Мбайт |
128 |
64Кбайт |
Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для |
|||
|
|
|
|
хранения файлов. |
||
|
|
|
27 |
|
28 |
Кафедра |
Файловая система NTFS |
Кафедра |
|
|
|
информатики |
информатики |
УГАТУ |
|||
|
УГАТУ |
|
|
||
Каждый файл на NTFS, в общем-то, имеет несколько абстрактное |
15.02 |
||||
строение - у него нет как таковых данных, а есть опциональные элементы |
|||||
|
|
|
|||
– потоки (streams). Только один из потоков носит привычный смысл – |
|
|
|
||
данные файла. Но большинство атрибутов файла - тоже потоки! |
|
|
|
||
Имя файла может содержать любые символы, включая полый набор |
|
|
|
||
национальных алфавитов, так как данные представлены в Unicode - 16- |
|
|
|
||
битном представлении, которое дает 65535 разных символов. |
|
|
|
||
Максимальная длина имени файла - 255 символов |
|
|
|
||
Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий |
|
|
|
||
ссылки на другие файлы и каталоги, создавая иерархическое строение |
|
|
|
||
данных на диске. |
|
|
|
||
Внутренняя структура каталога представляет собой бинарное дерево. |
|
|
|
||
Файлы NTFS имеют один довольно полезный атрибут – «сжатый». Дело в |
|
|
|
||
том, что NTFS имеет встроенную поддержку сжатия дисков - то, для чего |
|
|
|
||
раньше приходилось использовать специальные утилиты. |
|
|
|
||
|
29 |
|
|
30 |
|
Кафедра |
|
Кафедра |
|
Схемы управления памятью |
|
информатики |
|
информатики |
|||
Управление невиртуальной памятью |
|
|
|||
|
УГАТУ |
|
|
УГАТУ |
|
|
|
I. Первые ОС применяли очень простые методы управления |
|||
|
|
|
памятью. Вначале каждый процесс пользователя должен был |
||
Чтобы обеспечить эффективный контроль |
|
полностью поместиться в основной памяти, занимать непрерывную |
|||
использования памяти, ОС должна выполнять |
|
область памяти, а система принимала к обслуживанию |
|||
|
дополнительные пользовательские процессы до тех пор, пока все |
||||
следующие функции: |
|
||||
|
они одновременно помещались в основной памяти. |
||||
отображение адресного пространства процесса на конкретные |
II. Затем появился свопинг. Свопинг (swapping - перекачка) – метод |
||||
области физической памяти; |
|
управления памятью, основанный на том, что все процессы, |
|||
распределение памяти между конкурирующими процессами; |
|
участвующие в мультипрограммной обработке, хранятся во внешней |
|||
контроль доступа к адресным пространствам процессов; |
|
памяти, выделенной CPU, и временно перемещаются в основную |
|||
выгрузка процессов (целиком или частично) во внешнюю |
|
память. В случае прерывания процесс перемещается обратно во |
|||
память, когда в оперативной памяти недостаточно места; |
|
внешнюю память. |
|||
|
|
|
|||
учет свободной и занятой памяти. |
|
Заметим, что в этом случае перемещается вся программа, а не ее |
|||
|
|
|
часть. Основное применение свопинг находит в системах разделения |
||
|
|
|
времени, где он используется одновременно со стратегией RR |
||
|
|
|
планирования CPU. Иногда свопинг используют при приоритетном |
||
|
|
|
планировании CPU. |
||
|
31 |
|
|
32 |
Кафедра |
Схемы управления памятью |
Кафедра |
|
Схемы управления памятью |
информатики |
информатики |
|||
|
УГАТУ |
|
|
УГАТУ |
III. Схема с фиксированными разделами |
IV. |
|
||
Самым простым способом управления оперативной памятью является ее |
Схема с переменными разделами |
|||
предварительное (обычно на этапе генерации или в момент загрузки |
|
|
Более эффективной представляется схема динамического |
|
системы) разбиение на несколько разделов фиксированной величины. |
|
|
||
|
|
распределения или схема с переменными разделами, которая может |
||
Поступающие процессы помещаются в тот или иной раздел. При этом |
|
|
||
|
|
использоваться и в тех случаях, когда все процессы целиком |
||
происходит условное разбиение физического адресного пространства. |
|
|
||
|
|
помещаются в памяти, то есть в отсутствие свопинга. |
||
Связывание логических и физических адресов процесса происходит на |
|
|
||
|
|
В этом случае вначале вся память свободна и не разделена заранее |
||
этапе его загрузки в конкретный раздел, иногда – на этапе компиляции. |
|
|
||
Каждый раздел может иметь свою очередь процессов, а может |
|
|
на разделы. Вновь поступающей задаче выделяется строго |
|
существовать и глобальная очередь для всех разделов |
|
|
необходимое количество памяти, не более. После выгрузки процесса |
|
|
|
|
|
память временно освобождается. По истечении некоторого времени |
|
|
|
|
память представляет собой переменное число разделов разного |
|
|
|
|
размера. |
|
|
|
|
Смежные свободные участки могут быть объединены. |
|
33 |
|
|
34 |
Кафедра |
Схемы управления памятью |
Кафедра |
|
|
информатики |
информатики |
|
||
|
|
Управление виртуальной памятью |
||
|
УГАТУ |
|
|
УГАТУ |
|
|
Виртуальная память представляет собой технологию, позволяющую |
||
|
|
выполнить процесс, который может быть только частично расположен в |
||
|
|
основной памяти. Таким образом, виртуальная память позволяет |
||
|
|
выполнять программы объемом больше размера физического адресного |
||
|
|
пространства. |
||
|
|
Виртуальная память чаще всего реализуется на базе страничной |
||
|
|
организации памяти, совмещенной со свопингом страниц. Свопингу |
||
|
|
подвергаются только те, которые необходимы CPU. В связи с этой |
||
В какой раздел помещать процесс? Наиболее распространены три стратегии. |
концепцией, в ОС реализован подход, называемый перемещение |
|||
Стратегия первого подходящего (First fit). Процесс помещается в первый |
страниц по запросу. |
|||
подходящий по размеру раздел. |
Данный подход означает, что: |
|||
Стратегия наиболее подходящего (Best fit). Процесс помещается в тот раздел, |
программа может выполняться CPU, когда часть страниц находится в |
|||
где после его загрузки останется меньше всего свободного места. |
основной памяти, а часть – во внешней. В процессе выполнения новая |
|||
Стратегия наименее подходящего (Worst fit). При помещении в самый большой |
страница не перемещается в основную память до тех пор, пока в ней не |
|||
раздел в нем остается достаточно места для возможного размещения еще |
возникла необходимость |
|||
одного процесса. |
|
|
|
|
|
35 |
|
|
36 |
Кафедра |
|
|
Кафедра |
|
Связь с внешней средой |
|
информатики |
|
информатики |
||||
|
Управление виртуальной памятью |
|
|
|||
|
|
УГАТУ |
|
|
УГАТУ |
|
Вторичная память, используемая при обмене страниц по запросу – это |
Как следует из определения ОС, операционная система должна |
|||||
высокоскоростное дисковое устройство, часто называемое оборудованием |
||||||
предоставлять пользовательский интерфейс. Как минимум она должна |
||||||
свопинга, а часть используемого дискового пространства – пространством |
||||||
предоставлять командную оболочку (shell), которая дает пользователю |
||||||
свопинга. |
||||||
возможность тем или иным способом запустить его прикладную программу. |
||||||
|
|
|
||||
Для практического использования метода обмена страниц по запросу |
|
|
|
|||
необходимы два алгоритма: алгоритм распределения страничных |
В настоящее время оформилось два принципиально различных подхода к |
|||||
рамок, который решает, сколько страничных рамок в основной памяти |
||||||
организации пользовательского интерфейса. Первый, исторически более |
||||||
выделить каждому из процессов мультипрограммной смеси, и алгоритм |
||||||
ранний подход состоит в предоставлении пользователю командного языка, |
||||||
замещения страниц, который какую из страниц выбрать в качестве |
||||||
в котором запуск программ оформлен в виде отдельных команд. Этот |
||||||
страницы-жертвы. |
||||||
подход известен как интерфейс командной строки (Command Line Interface - |
||||||
При выборе наименее важной страницы (страница-жертва) используется |
||||||
CLI). |
|
|||||
одна из следующих стратегий: |
|
|||||
Альтернативный подход состоит в символическом изображении доступных |
||||||
1. FIFO (first–in-first-out). Для замещения выбирается страница, раньше |
||||||
действий в виде картинок - икон icons на экране и предоставлении |
||||||
всех загруженная в оперативную память. |
||||||
пользователю возможности выбирать действия при помощи мыши или |
||||||
2. Оптимальный алгоритм. Замещается та, на которую нет ссылки |
||||||
другого координатного устройства ввода. Этот подход известен как |
||||||
наиболее продолжительное время. |
||||||
графический пользовательский интерфейс (Graphical User Interface - GUI). |
||||||
3. LRU (least recently used). С учетом времени последнего использования |
||||||
|
|
|
||||
страницы |
|
|
|
|||
|
|
37 |
|
|
38 |
|
Кафедра |
|
Связь с внешней средой |
Кафедра |
|
|
|
информатики |
информатики |
|
||||
|
|
|
Обзор операционных систем |
|||
|
|
УГАТУ |
|
|
УГАТУ |
|
|
|
|
MS DOS – однопользовательская однозадачная ОС, первая версия которой |
|||
Большое внимание в графическом интерфейсе операционной системы |
появилась в июле 1981г |
|||||
|
|
|
||||
|
обычно уделяется шрифтам. Они бывают: |
MS Windows 3.1 – это фактически надстройка над MS DOS, |
||||
|
|
1. точечно-матричные шрифты (занимают малый объём, но |
||||
|
|
обеспечивающая : |
||||
|
|
невозможно вращать, наклонять, уменьшать без искажений, |
||||
|
|
|
• более удобный и наглядный интерфейс для пользователя; |
|||
|
|
увеличивать может быть только в целое число раз) |
|
|||
|
|
|
• |
возможность мультипрограммирования |
||
|
|
2. векторные шрифты (легко масштабируются и выглядят |
|
|||
|
|
|
• расширенные средства для обмена информацией между |
|||
|
|
одинаково на всех устройствах, поддерживаемых ОС) (TrueType |
|
|||
|
|
|
|
программами |
||
|
|
для MS Windows, Adobe Type Manager для OS/2, Ghost Script для |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
LINUX) |
|
|
ОС Windows 95/98/ME |
|
|
|
|
|
|
Были выпущены две параллельные ветви ОС с |
|
|
Основные элементы графических интерфейсов - виджеты (Widgets) – |
|
|
графической оболочкой: |
||
|
|
|
Windows 95/98/ME |
|||
|
это кнопки, флажки, списки, полосы прокрутки, ползунки и т.д. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
В Windows 95 достигнут баланс между |
|
|
В графических оболочках для вызова некоторых (довольно сложных) |
|
|
производительностью, совместимостью и |
||
|
|
|
надежностью. |
|||
|
операций достаточно просто «перетащить и положить» (Drag and Drоp) |
|
|
|||
|
|
|
Windows NT/2000 |
|||
|
пиктограмму или другой объект с помощью мыши |
|
|
|||
|
|
|
Архитектура данной ОС не является продолжением |
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
развития прежних ОС, а создавалась заново |
|
|
|
39 |
|
|
40 |