- •Определение ос. Назначение и функции операционной системы
- •Место ос в структуре вычислительной системы
- •Понятие ресурса. Управление ресурсами в вычислительной системе
- •Критерии эффективности и классы ос
- •Эволюция ос
- •Современный этап развития ос
- •Функциональные компоненты ос персонального компьютера
- •Требования, предъявляемые к современным ос
- •Классификации ос.
- •Архитектура ос. Ядро и вспомогательные модули
- •Классическая архитектура ос. Монолитные и многослойные ос
- •Микроядерная архитектура ос
- •Многослойная модель ядра ос
- •Функции ос по управлению процессами
- •Процессы и потоки
- •Состояния потока
- •Планирование и диспетчеризация потоков, моменты перепланировки
- •Алгоритм планирования, основанный на квантовании
- •Приоритетное планирование
- •Алгоритмы планирования ос пакетной обработки: «первым пришел – первым обслужен», «кратчайшая задача – первая», «наименьшее оставшееся время выполнения»
- •Алгоритмы планирования в интерактивных ос: циклическое, приоритетное, гарантированное, лотерейное, справедливое планирование
- •Алгоритм планирования Windows nt
- •Планирование в ос реального времени
- •Синхронизация процессов и потоков: цели и средства синхронизации
- •Ситуация состязаний (гонки). Способы предотвращения.
- •Способы реализации взаимных исключений: блокирующие переменные, критические секции, семафоры Дейкстры Блокирующие переменные
- •Критические секции
- •Семафоры
- •Взаимные блокировки. Условия, необходимые для возникновения тупика
- •Обнаружение взаимоблокировки при наличии одного ресурса каждого типа
- •Обнаружение взаимоблокировок при наличии нескольких ресурсов каждого типа
- •Предотвращение взаимоблокировки. Алгоритм банкира для одного вида ресурсов
- •Предотвращение взаимоблокировки. Алгоритм банкира для нескольких видов ресурсов
- •Синхронизирующие объекты ос: системные семафоры, мьютексы, события, сигналы, ждущие таймеры, мониторы
- •Мьютексы
- •Системные семафоры
- •События
- •Ждущие таймеры
- •Мониторы Хоара
- •Организация обмена данными между процессами (каналы, разделяемая память, почтовые ящики, сокеты)
- •Прерывания (понятие, классификация, обработка прерываний).
- •Средства вызова процедур.
- •Механизм вызова при переключении между задачами.
- •Обработка аппаратных прерываний.
- •Функции ос по управлению памятью
- •Виртуальная память
- •Алгоритмы распределения памяти без использования внешних носителей (фиксированные, динамические, перемещаемые разделы)
- •Страничное распределение памяти
- •Алгоритмы замещения страниц.
- •Оптимальный (нереализуемый)
- •Исключение недавно использованных страниц
- •Алгоритм «первый пришёл, первый ушёл» (fifo)
- •«Второй шанс»
- •Алгоритм нечастого использования
- •«Рабочий набор»
- •Сегментное распределение памяти.
- •Сегментно-страничное распределение памяти.
- •Средства поддержки сегментации памяти в мп Intel Pentium.
- •Сегментный режим распределения памяти в мп Intel Pentium.
- •Сегментно-страничный режим распределения памяти в мп Intel Pentium.
- •Средства защиты памяти в мп Intel Pentium.
- •Случайное отображение основной памяти на кэш.
- •Детерминированное отображение основной памяти на кэш.
- •Комбинированный способ отображения основной памяти на кэш.
- •Кэширование в мп Intel Pentium. Буфер ассоциативной трансляции Кэширование в процессоре Pentium
- •Буфер ассоциативной трансляции
- •Кэширование в мп Intel Pentium. Кэш первого уровня Кэширование в процессоре Pentium
- •Кэш первого уровня
- •Задачи ос по управлению файлами и устройствами
- •Организация параллельной работы устройств ввода-вывода и процессора
- •Разделение устройств и данных между процессами
- •Обеспечение удобного логического интерфейса между устройствами и остальной частью системы
- •Поддержка широкого спектра драйверов и простота включения нового драйвера в систему
- •Динамическая загрузка и выгрузка драйверов
- •Поддержка нескольких файловых систем
- •Поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода
- •Многослойная модель подсистемы ввода-вывода Общая схема
- •Менеджер ввода-вывода
- •Физическая организация жесткого диска Диски, разделы, секторы, кластеры
- •Файловая система. Определение, состав, типы файлов. Логическая организация файловой системы Цели и задачи файловой системы
- •Типы файлов
- •Иерархическая структура файловой системы
- •Физическая организация и адресация файлов
- •Fat. Структура тома. Формат записи каталога. Fat12, fat16, fat32
- •Ufs : структура тома, адресация файлов, каталоги, индексные дескрипторы
- •Ntfs: структура тома
- •Структура тома ntfs
- •Ntfs: типы файлов, организация каталогов. Структура файлов ntfs
- •Каталоги ntfs
- •Файловые операции. Процедура открытия файла. Открытие файла
- •Организация контроля доступа к файлам. Доступ к файлам как частный случай доступа к разделяемым ресурсам
- •Механизм контроля доступа
- •Контроль доступа к файлам на примере Unix.
- •Отказоустойчивость файловых систем.
- •Восстанавливаемость файловых систем
- •Протоколирование транзакций
- •Процедура самовосстановления ntfs.
- •Избыточные дисковые подсистемы raid
- •Многоуровневые драйверы
- •Дисковый кэш
- •Параметры, свойства и показатели эффективности ос.
- •Основные и частные показатели эффективности ос.
- •Мониторинг производительности ос.
- •Настройка и оптимизация ос.
Современный этап развития ос
В 90е годы практически все ОС стали сетевыми, эти функции включались в ядро. Полная совместимость с основными технологиями локальных и глобальных сетей. Особое внимание в течении всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым ОС. Их дальнейшее развитие представляет одну из наиболее важных задач и в обозримом будущем. Для таких сетей важно наличие средств централизованного администрирования и управления. Для них так же важно в силу их гетерогенности наличие и следование множеству стандартов.
Так же на современном этапе развития ОС на первый план вышли средства обеспечения безопасности. Огромное значение имеет многоплатформенность (переносимость). Повышается удобство работы человека с компьютером.
Функциональные компоненты ос персонального компьютера
Подсистема управления процессором: распределяет процессорное время, создает и уничтожает процессы, создает контекст процесса, наделяет процессы ресурсами, выполняет синхронизацию процессов, реализует межпроцессное взаимодействие.
Подсистема управления памятью: организует виртуальную память, отслеживает свободную и занятую память, выделение памяти процессам и освобождение её, настройка адресов программы на нужную область физической памяти, динамическое выделение памяти, защита памяти (аппаратно и программно), возможно дефрагментация памяти.
Подсистема управления файлами и внешними устройствами: хранение данных на дисках, организация параллельной работы устройств ввода\вывода, согласование скоростей обмена данных между процессором и устройствами, разделение устройств и данных между процессами, организация удобного интерфейса для других частей системы, поддержка широкого спектра драйверов и малого времени включения нужного драйвера при обнаружении нужного устройства, поддержка нескольких файловых систем, а так же синхронных и асинхронных операций.
Защита данных и администрирование: защита от сбоев аппаратуры (резервирование), ошибки ПО, защита от несанкционированного доступа, процедура логического входа (аутентификация), подтверждение прав доступа (авторизация), средства аудита
Прикладной программный интерфейс
Требования, предъявляемые к современным ос
максимальная скорость выполнения
прозрачность работы служебных программ (незаметность)
гарантированная надежность
минимальность машинного кода
использование стандартных средств для связи с прикладными программами
расширяемость, переносимость, совместимость
надежность, отказоустойчивость
Расширяемость - код должен быть написан так, чтобы систему можно было легко наращивать и модифицировать по мере изменения потребностей рынка. В то время как аппаратная часть компьютера устаревает за несколько лет, полезная жизнь операционных систем может измеряться десятилетиями. Сохранение целостности кода, какие бы изменения не вносились в операционную систему, является главной целью. Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС и использования объектов для представления системных ресурсов.
Переносимость (многоплатформенность) дает возможность перемещать всю систему на машину, базирующуюся на другом процессоре или аппаратной платформе, делая при этом по возможности небольшие изменения в коде
Совместимость - способность ОС выполнять программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной ОС, а так же для других аппаратных платформ. Различают двоичную совместимость и сов. на уровне исходного кода. Для последней хватит лишь совместимости на уровне системных вызовов и наличия нужного компилятора. Используется эмуляция и виртуальные машины.