- •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
Сегментно-страничное распределение
Данный метод представляет собой комбинацию страничного и сегментного механизмов управления памятью и направлен на реализацию достоинств обоих подходов.
Так же как и при сегментной организации памяти, виртуальное адресное пространство процесса разделено на сегменты. Это позволяет определять разные права доступа к разным частям кодов и данных программы. Перемещение данных между памятью и диском осуществляется не сегментами, а страницами. Для этого каждый виртуальный сегмент и физическая память делятся на страницы равного размера, что позволяет более эффективно использовать память, сократив до минимума фрагментацию.
В большинстве современных реализаций сегментно-страничной организации памяти, в отличие от набора виртуальных диапазонов адресов при сегментной организации памяти (рис. 4.5, а), все виртуальные сегменты образуют одно непрерывное линейное виртуальное адресное пространство (рис. 4.5, б).
Координаты байта в виртуальном адресном пространстве при сегментно-страничной организации можно задать двумя способами. Во-первых, линейным виртуальным адресом, который равен сдвигу данного байта относительно границы общего линейного виртуального пространства, во-вторых, парой чисел, одно из которых является номером сегмента, а другое смещением относительно начала сегмента. При этом в отличие от сегментной модели для однозначного задания виртуального адреса вторым способом необходимо каким-то образом указать также начальный виртуальный адрес сегмента с данным номером. Системы виртуальной памяти ОС с сегментно-страничной организацией используют второй способ, так как он позволяет непосредственно определить принадлежность адреса некоторому сегменту и проверить права доступа процесса к нему.
Для каждого процесса операционная система создает отдельную таблицу сегментов, в которой содержатся описатели (дескрипторы) всех сегментов процесса. Описание сегмента включает назначенные ему права доступа и другие характеристики, подобные тем, которые содержатся в дескрипторах сегментов при сегментной организации памяти. Однако имеется и принципиальное отличие. В поле адреса указывается не начальный физический адрес сегмента, отведенный ему в результате загрузки в оперативную память, а начальный линейный виртуальный адрес сегмента в про-странстве виртуальных адресов (на рис. 4.5 физические адреса обозначены SI, S2, S3, а виртуальные адреса – fl, f2, f3).
Наличие базового виртуального адреса сегмента в дескрипторе позволяет однозначно преобразовать адрес, заданный в виде пары (номер сегмента, смещение в сегменте), в линейный виртуальный адрес байта, который затем преобразуется в физический адрес страничным механизмом.
Виртуальное адресное
пространство процесса
FF…F
000…0 FF…F
000…0 FF…F
000…0
Оперативная
память
а
S3
S2
S1
S1 |
… |
S2 |
… |
S3 |
… |
Таблица сегментов процессов
Виртуальное адресное Оперативная память
пространство процесса
FF…F
f3
f2
f1
00…0
б
f1 |
… |
f2 |
… |
f3 |
… |
Таблица сегментов процессов
Рис. 4.5. Два способа сегментации
Деление общего линейного виртуального адресного пространства процесса и физической памяти на страницы осуществляется так же, как это делается при страничной организации памяти. Размер страниц выбирается равным степени двойки, что упрощает механизм преобразования виртуальных адресов в физические.
Виртуальные страницы нумеруются в пределах виртуального адресного пространства каждого процесса, а физические страницы в пределах оперативной памяти. При создании процесса в память загружается только часть страниц, остальные загружаются по мере необходимости.
Время от времени система выгружает уже ненужные страницы, освобождая память для новых страниц. ОС ведет для каждого процесса таблицу страниц, в которой указывается соответствие виртуальных страниц физическим.
Базовые адреса таблицы сегментов и таблицы страниц процесса являются частью его контекста. При активизации процесса эти адреса загружаются в специальные регистры процессора и используются механизмом преобразования адресов.
Преобразование виртуального адреса в физический происходит в два этапа.
1. На первом этапе работает механизм сегментации. Исходный виртуальный адрес, заданный в виде пары (номер сегмента, смещение), преобразуется в линейный виртуальный адрес. Для этого на основании базового адреса таблицы сегментов и номера сегмента вычисляется адрес дескриптора сегмента. Анализируются поля дескриптора, и выполняется проверка возможности выполнения заданной операции. Если доступ к сегменту разрешен, то вычисляется линейный виртуальный адрес путем сложения базового адреса сегмента, извлеченного из дескриптора, и смещения, заданного в исходном виртуальном адресе.
2. На втором этапе работает страничный механизм. Полученный линейный виртуальный адрес преобразуется в искомый физический адрес. В результате преобразования линейный виртуальный адрес представляется в том виде, в котором он используется при страничной организации памяти, а именно, в виде пары (номер страницы, смещение в странице).
Преобразование адреса происходит так же, как при страничной организации: старшие разряды линейного виртуального адреса, содержащие номер виртуальной страницы, заменяются номером физической страницы, взятым из таблицы страниц, а младшие разряды виртуального адреса, содержащие смещение, остаются без изменения.
Рассмотрим еще одну возможную схему управления памятью, основанную на комбинировании сегментного и страничного механизмов. Так же как и в предыдущих случаях, виртуальное пространство процесса делится на сегменты, а каждый сегмент, в свою очередь, делится на виртуальные страницы. Первое отличие состоит в том, что виртуальные страницы нумеруются не в пределах всего адресного пространства процесса, а в пределах сегмента. Виртуальный адрес в этом случае выражается тройкой (номер сегмента, номер страницы, смещение в странице).
Загрузка процесса выполняется операционной системой постранично, при этом часть страниц размещается в оперативной памяти, а часть на диске. Для каждого процесса создается собственная таблица сегментов, а для каждого сегмента своя таблица страниц. Адрес таблицы сегментов загружается в специальный регистр процессора, когда активизируется соответствующий процесс.
Таблица страниц состоит из дескрипторов, содержимое которых полностью аналогично содержимому ранее описанных дескрипторов страниц. А вот таблица сегментов состоит из дескрипторов сегментов, которые вместо информации о расположении сегментов в виртуальном адресном пространстве содержат описание расположения таблиц страниц в физической памяти. Это является вторым существенным отличием данного подхода от ранее рассмотренной схемы сегментно-страничной организации.