1 Операционные системы, определение операционной системы; 2 История операционных систем; понятия операционных систем (танненбаум). 3 Технологии ввода/вывода, интерфейсы операционных систем; пакетная технология. 4 Виды операционных систем. Архитектура операционных систем. 5 Модели процессов и потоков. 6 Управление процессами. 7 Потоки в процессах и реализация многопоточности. 8 Гонки. Взаимное исключение и его реализация. 9 Виды и механизмы прерываний. 10 Необходимость синхронизации и гонки, критическая секция 11 Блокирующие переменные, семафоры, мьютексы. 12 Мониторы, тупики, синхронизирующие объекты. 13 Задача об обедающих философов. 14 Задача о читателях и писателях. 15 Задача о спящем брадобрее. 16 Алгоритмы планирования процессов. 17 Фиксированное и динамическое распределение памяти. 18 Страницы и сегменты в памяти, адресация. 19 Кэширование данных, свопинг. 20 Виртуальная память: таблицы страниц. Оверлейные структуры 21 Файлы и их атрибуты. 22 Каталоги и приемы их организации. 23 Методики размещения файлов. 24 Реализация файловых систем. 25 Надежность и производительность файловых систем. 26 Журнализация. 27 Файловая система FAT. 28 Файловая система NTFS. 29 Файловые системы Ext2 и Ext3.

Ответы

1. Операцио́нная систе́ма, — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений

. Операционная система может размещаться в постоянной памяти компьютера или загружается в оперативную память с диска при включении компьютера. Операционные системы, загружаемые с дисков, называются дисковыми операционными системами. К ним относятся MS DOS, Windows, Unix, OS/2. В любой операционной системе можно выделить 4 основные части: ядро, файловую структуру, интерпретатор команд пользователя и утилиты. Ядро- это основная, определяющая часть операционной системы, которая управляет аппаратными средствами и выполнением программ. Файловая структура- это система хранения файлов на запоминающих устройствах. Интерпретатор команд или оболочка- это программа, организующая взаимодействие пользователя с компьютером. И, наконец, утилиты - это просто отдельные программы - они выполняют служебные функции. Функции операционной системы в значительной степени зависят от режима работы компьютера, состава и конфигурации аппаратных средств.

основные требования к операционной системе: Совместимость — означает, что операционная система должна включать средства для выполнения приложений (про­грамм), подготовленных для других операционных систем; переносимость — означает обеспечение возможности пере­носа операционной системы с одной аппаратной платформы на другую; надежность и отказоустойчивость предполагает защиту операционной системы от внутренних и внешних ошибок, сбоев и отказов; безопасность — означает, что операционная система долж­на содержать средства защиты ресурсов одних пользовате­лей от других, должна обеспечивать удобство внесения пос­ледующих изменений и дополнений; производительность — означает, что операционная система должна обладать достаточным быстродействием.

По современным представлениям, ОС должна уметь делать следующее:

• Обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную памятьи их исполнение.

• Обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски и т.д. Как правило, ОС управляет свободным пространством на этих носителях и структурирует пользовательские данные.

• Предоставлять более или менее стандартный доступ к различным устройствам ввода/вывода

• Предоставлять некоторый пользовательский интерфейс, т.к часть систем ограничивается командной строкой,в то время как другие на 90% состоят из средств интерфейса пользователя.

Более развитые ОС предоставляют также следующие возможности:

• Параллельное (точнее, псевдопараллельное, если машина имеет только одинпроцессор) исполнение нескольких задач.

• Распределение ресурсов компьютера между задачами.

• Организация взаимодействия задач друг с другом.

• Взаимодействие пользовательских программ с нестандартными внешними устройствами.

• Организация межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов.

• Защита системных ресурсов, данных и программ пользователя,исполняющихся процессов и самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ.

2. История операционных систем; понятия операционных систем (понятие Оперативной системы читай из первого вопроса (весь первый вопрос)

Первое поколение (1945-1955) электронные лампы. После попыток Беббиджа прогресс в конструирование цифровых компьютерова практически не наблюдался вплоть до Второй мировой войны. Профессор Атанасов и его аспирант создали в универсистете штата Айовы конструкцию ,которая сейчас считается первым действующим цифровым компьютером. В ней использовалось 300 электроныых ламп.

Примерно в это же время в Берлине был построен комп основанный на использование механического реле (z3). В 1943 году в Великобритании был построен Колоссус, в Гарварде -Говордом Айкеном был построен Марк 1, а в Пеннсильвании Вильям Мочли построил Эниак. Некоторые из этих машин были цифровыми, в некоторых использовались лампы, работу некоторох можно было программировать ,но все они были примитивно устроены, и тратили много времени на простейшие вычисления.

Каждую машину проэктировала, создовала и эксплоатировала одна и та же группа инженеров.Всё программирование велось только на машинном языке или за счёт сборки электрических схем. Языки программирования и ОС ещё не были созданны.

Второе поколение (1955-1965) В середине 50 были изобретены и пременины транзисторы.

Комп стали надёжнее , появилось высокая вероятность что машины будут работать давольно долго,выполняя полезные функции. Машины теперь называли мейнфреймами, для управления ими требовался целый штат профессиональных операторов. Общепринятым решением для повышения эффективности работы оборудования стала система пакетной обработки. Первоначальный замысел- собрать колоду перфокарт в комнате входных данных затем переписать их на магнитную ленту используя небольшой и относительно недорогой компьютер (IBM 1401), который был хорош для считывания ,копирования лент и печати выходных данных но не подходил для числовых вычислений. IBM 1401 записывает пакет заданий на магнитную ленту, опрератор переносит входные данные на ленте к IBM 7094 (более мощный комп) , IBM 7049 выполняет вычисления , оператор переносит ленту с выходными данными на IBM 1401, IBM 1401 печатает выходные данные, в автономном режиме, без связи с главным компом

Типичное входное задание начиналась карты $job, на которой указывалось максимальное время выполнения задания в минутах, загружаемый учётный номер и имя программиста.Затем карта $fortran, дающая ОС указание загрузить компилятор языка Фортран с ситемой магнитной ленты.За этой картой следовала прогрмма которую нужно откомпилировать, потом карта $load указывающая ОС загрузить скомпилированную прогу, потом $RUN – выполнение программы с использавнием данных , следущих за ней. Перфокарты- предшествинники современных оболочек и интерпретаторов командной строки. Типичные ОС- FMS и IBSYS.

Третье поколение (1965-1980) интегральные схемы и могозадачтность.

К началу 60-х годов большинство изготовителей компьютеров имело две отдельные, полностью несовместимые производственные линии. С одной стороны, существовали научные крупномасштабные компьютеры с пословной обработкой текста типа IBM 7094, использовавшиеся для числовых вычислений в науке и технике. С другой стороны - коммерческие компьютеры с посимвольной обработкой, такие как IBM 1401, широко используемые банками и страховыми компаниями для сортировки и печати данных. Развитие и поддержка двух совершенно разных производственных линий для изготовителей были достаточно дорогим удовольствием. Фирма IBM попыталась решить эти проблемы разом, выпустив серию машин IBM/360. 360-е были серией программно совместимых машин, варьирующихся от компьютеров размером с IBM 1401 до машин, значительно более мощных, чем IBM 7094. Эти компьютеры различались только ценой и производительностью (максимальным объемом памяти, быстродействием процессора, количеством разрешенных устройств ввода/вывода и т. д.). Так как все машины имели одинаковую структуру и набор команд, программы, написанные для одного ком- пьютера, могли работать на всех других (по крайней мере, в теории). В последующие годы, используя более современные технологии, корпорация IBM выпустила компьютеры, совместимые с 360-370, 4300, 3080 и 3090. 360-е стали первой основной линией компьютеров, на которой использовались мелкомасштабные интегральные схемы, дававшие преимущество в цене и качестве по сравнению с машинами второго поколения, созданными из отдельных транзисторов. По замыслу OS/360 должна была одинаково хорошо работать как и на более простом IBM1401 так и на более сложных машинах, но в результате грамоздкая и сложная система на три порядка превышала по объёму FMS, она состояла из миллионов строк кода на ассемблере и содержала огромное количество ошибок что повлекло за собой большой поток новых версий,в которых исправлялись старые ошибки,но появлялись новые, несмотря на это данная ОС неплохо отвечала требованиям клиентов. Самым важным достижением ОС третьего поколения стала многозадачность-свойство операционной системы или среды программирования обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределённых вычислительных системах. Другим плюсом ОС 3поколения стала способность считывать с перфокарт на диск по мере того как их приносили в машинный зал. При окончании выполнения текущего задания ОС могла загружать новое с диска в освободившийся раздел памяти и запускать это задание.Этот приём назвали подкачкой. Желание сократить время ожидания ответа привело к разрабтке режима разделения времени-варианту многозадочности , при котором у каждого пользователя есть свой диалорговой терминал. Первая универсальная система с режимом разделения времени CTSS была разрабботанна в Масачусетском тех институте на спец переделанном компе IBM 7094. Следом была разработанна MULTICS- универсальная комп система которая должна была поддерживать одновременную работу сотен пользователей в режиме реального времени.Не имея коммерческого успеха эта система оказала влияние на последующие ОС.В третьем поколении появились мини компы, первые из которых PDP-1 обладающие небольшой оперативной памятью и не высокой стоимостью. В последствии одним из разработчиков MULTICS на одном из мини компьютеров была созданна ОС UNIX , затем в образовательных целях был выпущен небольшой клон UNIX-MINIX. Желаниеполучить свободно распростроняемую версию MINIX стало фактором благодоря которому Торвальд создал систему LINUX.

Чеетвёртое поколение (1980-наши дни)Персональные компьютеры

Следующий период эволюции операционных систем связан с появлением БИС — больших интегральных схем (LSI, Large Scale Integration) — кремниевых микросхем, содержащих тысячи транзисторов на одном квадратном сантиметре. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры (первоначально называемые микрокомпьютерами) были во многом похожи на мини-компьютеры класса PDP-11, но, конечно же, отличались по цене. Если появление мини-компьютеров позволило отделам компаний и факультетам университетов иметь собственный компьютер, то с появлением микропроцессоров каждый человек получил возможность купить свой собственный персональный компьютер. В 1974 году, когда корпорация Intel выпустила Intel 8080 — первый универсальный 8-разрядный центральный процессор, — для него потребовалась операционная система, с помощью которой можно было бы протестировать новинку. Корпорация Intel привлекла к разработкам и написанию нужной операционной системы одного из своих консультантов Килдэлла Сначала Килдэлл с другом сконструировали контроллер для 8-дюймового гибкого диска, недавно выпущенного компанией Shugart Associates, и подключили этот диск к процессору Intel 8080. Таким образом появился первый микрокомпьютер с диском. Затем Килдэлл создал дисковую операционную систему, названную СР/М Позже Килдэлл создал свою компанию Digital Research для дальнейшего развития и продажи СР/М. Впоследствии в начале 80 корпорации IBM разработала IBM PC и начала искать для него ПО.Сотрудники компании связались с Биллом Гейтсом что бы получить лицензию на его интерпритатор языка Бейсик .Так же они интересовались ОС. Гейтс выяснил что у местного производителя Seattle Computer Products есть подходящая ОС – DOS,затем эта ОС была выкупленна Гейтсом у данной компаниию.После изменений внесённых сотрудником Micro soft эта ОС была переименнована в MS-DOS. Благодоря иследованием 60х Энгельбарт создаёт графический интерфейс. Долгое время винда была графической оболочкой работающей над MS-DOS.Однако в 95 была выпущенна самостоятельная версия- винда95.Она непосредствено выполняла большинство функций ОС используя входящий в свой состав систему MS-DOS, только для загрузки а также для выполнения старых программ.В 98г-винда 98 немного модифицированная версия 95ой. Другой ОС майкрософт была винда НТ которая на определённом уровне совместима с виндой 95 и представляла собой полноценную 32-разрядную систему. Затем были выпущенны винда XP которя по существу заменила все предъидущие версии винды, затем вышла виста, 7 итд

Основно конкурент винды — UNIX и различные производные этой системы, все современные макинтош работают на фри-бсд.

В середине 80-х -рост сетивых ОС и распределенных ОС.В сетевыхОС пользователи знают о существовании множества компов и могут войти в систему удалённой машины и скопировать файлы с одной на другуююНа каждом компе своя локальная ОС и имеется свой локальный пользователь. Распределённая ОС представляется своим пользователям как традичионная однопроцессорная система ,хотя на самом деле в её состав входит множество процессоровю пользователю совершенно не обезательно знать где именно размещенны файлы и где выполняется прога ,всё это должно автоматически и эффективно управлятся самой ОС.