Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекция Операционные системы

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
317.43 Кб
Скачать

Кафедра

 

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