- •1 Понятие операционной системы 4
- •2 Эволюция и режимы функционирования 10
- •3 Общая архитектура 15
- •4 Управление процессами 23
- •5 Управление памятью 44
- •6 Ввод-вывод и файловая система 65
- •1Понятие операционной системы
- •1.1Назначение и состав системы обработки информации. Понятие виртуальной машины
- •1.2Назначение и функции системных программ
- •1.3Задачи, решаемые операционной системой
- •1.4Операционная система как виртуальная машина
- •1.5Операционная система как система управления ресурсами
- •1.6Оценка деятельности операционной системы
- •1.7Классификация операционных систем
- •Контрольные вопросы
- •2Эволюция и режимы функционирования
- •2.1Непосредственный доступ
- •2.2Пакетный режим
- •2.2.1Однопрограммный (последовательный) режим выполнения пакета
- •2.2.2Многопрограммный режим. Классическое мультипрограммирование
- •2.3Системы информационного обслуживания
- •2.4Режим разделения времени
- •2.5Режим реального времени
- •Контрольные вопросы
- •3Общая архитектура
- •3.1Ядро и вспомогательные модули
- •3.2Ядро в привилегированном режиме
- •3.3Многослойная структура операционной системы
- •3.4Функциональные компоненты операционной системы
- •Контрольные вопросы
- •4Управление процессами
- •4.1Понятия «процесс» и «поток»
- •4.2Создание процессов и потоков
- •4.3Защита ресурсов
- •4.4Планирование и диспетчеризация потоков
- •4.5Состояния потока
- •4.6Мультипрограммирование на основе прерываний
- •4.6.1Назначение, типы и обработка прерываний
- •4.6.2Программные прерывания
- •4.6.3Обработка системных вызовов
- •4.7Синхронизация процессов и потоков
- •4.7.1Цели и средства синхронизации
- •4.7.2Необходимость синхронизации и гонки
- •4.7.3Критическая секция
- •4.7.4Блокирующие переменные
- •4.7.5Семафоры
- •4.7.6Тупики
- •Контрольные вопросы
- •5Управление памятью
- •5.1Функции ос по управлению памятью
- •5.2Типы адресов
- •5.3Свопинг и виртуальная память
- •5.4Страничное распределение
- •5.5Сегментное распределение
- •5.6Сегментно-страничное распределение
- •5.7Разделяемые сегменты памяти
- •Контрольные вопросы
- •6Ввод-вывод и файловая система
- •6.1Управление файлами и внешними устройствами
- •6.2Задачи ос по управлению файлами и устройствами
- •6.3Многослойная модель подсистемы ввода - вывода. Общая схема
- •6.4Логическая организация файловой системы
- •6.4.1Цели и задачи файловой системы
- •6.4.2Типы файлов
- •6.4.3Иерархическая структура файловой системы
- •6.4.4Имена файлов
- •6.4.5Атрибуты файлов
- •6.4.6Логическая организация файла
- •6.5Физическая организация файловой системы
- •6.5.1Диски, разделы, секторы, кластеры
- •6.5.2Физическая организация и адресация файла
- •6.5.3Физическая организация fат
- •6.6Файловые операции
- •6.6.1Два способа организации файловых операций
- •6.6.2Открытие файла
- •Контрольные вопросы
- •Приложение 1. Кэширование данных Назначение кэш-памяти
- •Иерархия запоминающих устройств
- •Принцип действия кэш-памяти
- •Приложение 2. Физическая организация ntfs
- •Структура тома ntfs
- •Структура файлов ntfs
- •Каталоги ntfs
- •Литература
4.2Создание 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:
идентификатор процесса,
данные о расположении в памяти исполняемого модуля,
данные о потребностях процесса в ресурсах вычислительной системы (процессорного времени, устройств ввода-вывода, файлов),
данные о фактически выделенных ресурсах,
степень привилегированности процесса (приоритет и права доступа)
вспомогательные данные, характеризующие историю пребывания процесса в системе (например, какую долю времени процесс потратил на операции ввода-вывода, а какую на вычисления),
текущее состояние (активное или заблокированное),
и т. п.
Данные такого рода могут учитываться операционной системой при принятии решения о предоставлении ресурсов процессу. Таким образом, процесс можно также определить как некоторую заявку на потребление системных ресурсов.
Чтобы процесс мог быть выполнен, операционная система должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса. Таким образом, создание процесса включает 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 многопоточной системе при создании процесса ОС создает для каждого процесса как минимум один поток выполнения.
В мультипрограммной операционной системе одновременно может существовать несколько процессов. Часть процессов порождается по инициативе пользователей и их приложений, такие процессы обычно называют пользовательскими. Другие процессы, называемые системными, инициализируются самой операционной системой для выполнения своих функций.
4.3Защита ресурсов
Поскольку процессы часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы, то в обязанности ОС входит поддержание очередей заявок процессов на ресурсы, например очереди к процессору, к принтеру, к последовательному порту.
Важной задачей операционной системы является защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов. Одним из наиболее тщательно защищаемых ресурсов процесса являются области оперативной памяти, в которой хранятся коды и данные процесса. Совокупность всех областей оперативной памяти, выделенных операционной системой процессу, называется его адресным пространством. Говорят, что каждый процесс работает в своем адресном пространстве, имея в виду защиту адресных пространств, осуществляемую ОС. Защищаются и другие типы ресурсов, такие как файлы, внешние устройства и т. д. Операционная система может не только защищать ресурсы, выделенные одному процессу, но и организовывать их совместное использование, например, разрешать доступ к некоторой области памяти нескольким процессам.