- •Рецензенты:
- •Ответственные за выпуск:
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Назначение и функции операционной системы
- •1.1. Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера
- •1.1.1. Управление процессами
- •1.1.2. Управление памятью
- •1.1.3. Управление файлами и внешними устройствами
- •1.1.4. Защита данных и администрирование
- •1.1.5. Интерфейс прикладного программирования
- •1.1.6. Пользовательский интерфейс
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •1.2. Сетевые операционные системы
- •1.2.1. Сетевые и распределенные ос
- •1.2.2. Два значения термина «сетевая ос»
- •1.2.3. Функциональные компоненты сетевой ос
- •1.2.4. Сетевые службы и сетевые сервисы
- •1.2.5. Встроенные сетевые службы и сетевые оболочки
- •1.3. Требования к современным операционным системам
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •2. Архитектура операционной системы
- •2.1. Ядро и вспомогательные модули ос
- •2.2. Ядро и привилегированный режим
- •2.3. Многослойная структура ос
- •2.4. Аппаратная зависимость ос
- •2.5. Переносимость операционной системы
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •2.6. Микроядерная архитектура
- •2.6.1. Концепция
- •2.6.2. Преимущества и недостатки микроядерной архитектуры
- •2.7. Совместимость и множественные прикладные среды
- •2.7.1. Двоичная совместимость и совместимость исходных текстов
- •2.7.2. Трансляция библиотек
- •2.7.3. Способы реализации прикладных программных сред
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •3. Процессы и потоки
- •3.1. Мультипрограммирование
- •3.1.1. Мультипрограммирование в системах пакетной обработки
- •3.1.2. Мультипрограммирование в системах разделения времени
- •3.1.3. Мультипрограммирование в системах реального времени
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Мультипроцессорная обработка
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •3.3. Планирование процессов и потоков
- •3.4. Понятия «процесс» и «поток»
- •3.4.1. Создание процессов и потоков
- •3.4.2. Планирование и диспетчеризация потоков
- •3.4.3. Состояния потока
- •3.4.4. Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования
- •3.4.5. Алгоритмы планирования, основанные на квантовании
- •3.4.6. Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах
- •3.4.7. Смешанные алгоритмы планирования
- •3.5. Синхронизация процессов и потоков
- •3.5.1. Цели и средства синхронизации
- •3.5.2. Сигналы
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •4. Управление памятью
- •4.1. Функции операционной системы по управлению памятью
- •4.2. Типы адресов
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •4.3. Алгоритмы распределения памяти
- •4.3.1. Алгоритмы распределения без использования внешней памяти Распределение памяти динамическими разделами
- •Распределение памяти перемещаемыми разделами
- •4.3.2. Алгоритмы распределения с использованием внешней памяти
- •Свопинг и виртуальная память
- •Страничное распределение
- •Сегментное распределение
- •Сегментно-страничное распределение
- •Разделяемые сегменты памяти
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •5. Ввод-вывод и файловая система
- •5.1. Задачи операционной системы по управлению файлами и устройствами
- •5.2. Специальные файлы
- •5.3. Логическая организация файловой системы
- •5.3.1. Цели и задачи файловой системы
- •5.3.2. Типы файлов
- •5.3.3. Иерархическая структура файловой системы
- •5.3.4. Имена файлов
- •5.3.5. Монтирование
- •5.3.6. Атрибуты файлов
- •5.3.7. Логическая организация файла
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •5.4. Физическая организация файловой системы
- •5.4.1. Диски, разделы, секторы, кластеры
- •5.4.2. Физическая организация и адресация файла
- •2048 Записей
- •5.5. Физическая организация fat
- •Кластер № 17 – начальный кластер файла file1; кластер № 18 – начальный кластер файла file2
- •5.6. Физическая организация файловых систем s5 и ufs
- •5.7. Физическая организация файловой системы ntfs
- •5.7.1. Структура тома ntfs
- •5.7.2. Структура файлов ntfs
- •5.7.3. Каталоги ntfs
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •5.8. Контроль доступа к файлам
- •5.8.1. Доступ к файлам как частный случай доступа к разделяемым ресурсам
- •5.8.2. Механизм контроля доступа
- •Имена файлов
- •5.8.3. Организация контроля доступа в ос unix
- •Процесс
- •Запрос операции
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •5.8.4. Организация контроля доступа в ос Windows nt
- •5.8.5. Разрешения на доступ к каталогам и файлам
- •Соотношение индивидуальных и стандартных разрешений для файлов
- •Вопросы для самопроверки
- •Контрольные вопросы
- •Ответы на вопросы для самопроверки
- •Лабораторные работы
- •Методические указания для проведения лабораторных занятий и выполнения контрольной работы
- •Лабораторная работа № 1 Системный реестр Windows 9x. Редактор базы данных регистрации
- •Редактор системного реестра. Утилита regedit.Exe
- •Командный файл системного реестра
- •Утилита редактора системных правил Poledit
- •Список ключей системного реестра
- •Заблокировать возможность удаления принтеров.
- •Заблокировать возможность добавления принтеров.
- •Скрыть вкладку «Устройства» утилиты «Система».
- •Скрыть вкладку «Профили оборудования» утилиты «Система».
- •Лабораторная работа № 2 Администрирование сетевой ос Windows xp
- •Установка удаленного терминала (Remote DeskTop Connection)
- •Работа с Windows 2003 Server
- •Утилиты панели управления
- •Управление рабочей станцией
- •Администрирование
- •Конфигурирование сервера
- •Управление контроллером домена
- •Предоставление доступа к ресурсам сервера
- •Привилегия клиента удаленного терминала
- •Панель задач. Управление процессами
- •Лабораторная работа № 3 Командные центры Windows 9х
- •Утилита «Дата/время»
- •Утилита «Клавиатура»
- •Утилита «Мышь»
- •Утилита «Специальные возможности»
- •Утилита «Принтеры»
- •Утилита «Шрифты»
- •Утилита «Установка и удаление программ»
- •Утилита «Система»
- •Утилита «Язык и стандарты» Окно утилиты Язык и стандарты содержит вкладки Денежные единицы, Время, Дата, Региональные стандарты, Числа.
- •Рабочий стол. Свойства рабочего стола
- •Лабораторная работа № 4 Установка ос Fedora Core X. Режимы работы системы. Инсталляция приложений
- •Подготовка жесткого диска к инсталляции ос Linux
- •Программа редактирования разделов жесткого диска PowerQuest PartitionMagic 8.0
- •Создать как: (Create as:) Logical Partition Тип раздела: (Partition type:) Linux Ext3 Размер: (Size:) 9500
- •Инсталляция ос Fedora Core X
- •Графический интерфейс gnome ос Linux
- •Лабораторная работа № 4 Установка ос Fedora Core X
- •Текстовый интерфейс ос Linux Алфавитно-цифровой терминал
- •Режимы работы ос Linux
- •Установка приложений в ос Red Hat
- •Лабораторная работа № 5 Подсистемы управления ос
- •Управление ресурсами ос Linux
- •Графические утилиты управления процессами. Системный монитор
- •Подсистемы управления, общие для всех ресурсов
- •Администрирование в ос Red Hat. Локальные системы
- •Пользовательский интерфейс
- •Регистрация событий
- •Лабораторная работа № 6 Файловые системы. Сетевые сервисы ос Linux
- •Команды и утилиты, предназначенные для работы с файловыми системами
- •Создание, редактирование и удаление разделов жесткого диска. Утилита fdisk
- •Создание и локализация файловой системы
- •Файловые службы и сетевые файловые системы
- •Автомонтирование
- •Сервисы Linux
- •Список вопросов к контрольной работе
- •Библиографический список
3.4.1. Создание процессов и потоков
Создать процесс это прежде всего означает создать описатель процесса, в качестве которого выступает одна или несколько информационных структур, содержащих все сведения о процессе, необходимые операционной системе для управления им. В число таких сведений могут входить, например, идентификатор процесса, данные о расположении в памяти исполняемого модуля, степень привилегированности процесса (приоритет и права доступа) и т.п. Создание описателя процесса знаменует собой появление в системе еще одного претендента на вычислительные ресурсы. Начиная с этого момента при распределении ресурсов ОС должна принимать во внимание потребности нового процесса.
Создание процесса включает также загрузку кодов и данных исполняемой программы данного процесса с диска в оперативную память. Для этого ОС должна обнаружить местоположение такой программы на диске, перераспределить оперативную память и выделить память исполняемой программе нового процесса. Затем необходимо считать программу в выделенные для нее участки памяти и, возможно, изменить параметры программы в зависимости от размещения в памяти. В системах с виртуальной памятью в начальный момент может загружаться только часть кодов и данных процесса, с тем чтобы «подкачивать» остальные по мере необходимости.
В многопоточной системе при создании процесса ОС создает для каждого процесса как минимум один поток выполнения. При создании потока, так же как и при создании процесса, операционная система генерирует специальную информационную структуру описатель потока, который содержит идентификатор потока, данные о правах доступа и приоритете, о состоянии потока и другую информацию. В исходном состоянии поток (или процесс, если речь идет о системе, в которой понятие «поток» не определяется) находится в приостановленном состоянии. Момент выборки потока на выполнение осуществляется в соответствии с принятым в данной системе правилом предоставления процессорного времени и с учетом всех существующих в данный момент потоков и процессов. В случае если коды и данные процесса находятся в области подкачки, необходимым условием активизации потока процесса является также наличие места в оперативной памяти для загрузки его исполняемого модуля.
Во многих системах поток может обратиться к ОС с запросом на создание так называемых «потоков-потомков». В разных ОС по-разному строятся отношения между «потоками-потомками» и их «родителями». Например, в одних ОС выполнение «родительского» потока синхронизируется с выполнением его «потомков», в частности, после завершения «родительского» потока ОС может снимать с выполнения всех его «потомков». В других системах «потоки-потомки» могут выполняться асинхронно по отношению к «родительскому» потоку. «Потомки», как правило, наследуют многие свойства «родительских» потоков. Во многих системах порождение «потомков» является основным механизмом создания процессов и потоков.
Рассмотрим в качестве примера создание процессов в популярной версии операционной системы UNIX System V Release 4. В этой системе потоки не поддерживаются, в качестве единицы управления и единицы потребления ресурсов выступает процесс.
При управлении процессами операционная система использует два основных типа информационных структур: дескриптор процесса и контекст процесса.
Дескриптор процесса содержит такую информацию о процессе, которая необходима ядру в течение всего жизненного цикла процесса независимо от того, находится он в активном или пассивном состоянии, находится образ процесса в оперативной памяти или выгружен на диск (образом процесса называется совокупность его кодов и данных).
Дескрипторы отдельных процессов объединены в список, образующий таблицу процессов. Память для таблицы процессов отводится динамически в области ядра. На основании информации, содержащейся в таблице процессов, операционная система осуществляет планирование и синхронизацию процессов. В дескрипторе прямо или косвенно (через указатели на связанные с процессом структуры) содержится информация о состоянии процесса, о расположении образа процесса в оперативной памяти и на диске, о значении отдельных составляющих приоритета, а также о его итоговом значении глобальном приоритете, об идентификаторе пользователя, создавшего процесс, о родственных процессах, о событиях, осуществления которых ожидает данный процесс, и некоторая другая информация.
Контекст процесса содержит менее оперативную, но более объемную часть информации о процессе, необходимую для возобновления выполнения процесса с прерванного места: содержимое регистров процессора, коды ошибок выполняемых процессором системных вызовов, информацию обо всех открытых данным процессом файлах и незавершенных операциях ввода-вывода и другие данные, характеризующие состояние вычислительной среды в момент прерывания. Контекст, так же как и дескриптор процесса, доступен только программам ядра, т.е. находится в виртуальном адресном пространстве операционной системы, однако он хранится не в области ядра, а непосредственно примыкает к образу процесса и перемещается вместе с ним, если это необходимо, из оперативной памяти на диск.
Порождение процессов в системе UNIX происходит в результате выполнения системного вызова fork. ОС строит образ порожденного процесса, являющийся точной копией образа породившего процесса, т.е. дублируются дескриптор, контекст и образ процесса. Сегмент данных и сегмент стека «родительского» процесса копируются на новое место, образуя сегменты данных и стека «процесса-потомка».
После выполнения системного вызова fork оба процесса продолжают выполнение с одной и той же точки. Чтобы процесс мог опознать, является ли он «родительским» процессом или «процессом-потомком», системный вызов fork возвращает в качестве кода значения в породивший процесс идентификатор порожденного процесса, а в порожденный процесс идентификатор с нулевым значением (NULL).
Таким образом, в UNIX порождение нового процесса происходит в два этапа сначала создается копия «процесса-родителя», затем у нового процесса производится замена кодового сегмента на заданный.
Вновь созданному процессу операционная система присваивает целочисленный идентификатор, уникальный на весь период функционирования системы.