Подкаталоги и надкаталоги. Корневой каталог.

Имена файлов регистрируются на дисках в каталогах (или директориях). В Windows 95 каталоги называются также папками.

Что такое каталог. Каталог – это специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения о размере файлов, времени их последнего обновления, атрибуты (свойства) файлов и т.д. Если в каталоге хранится имя файла, то говорят, что этот файл находится в данном каталоге. На каждом диске может быть несколько каталогов. В каждом каталоге может быть много файлов, но каждый файл всегда регистрируется только в одном каталоге.

Подкаталоги и надкаталоги. Все каталоги (кроме корневого, см. ниже) на самом деле являются файлами специального вида. Каждый каталог имеет имя, и он может быть зарегистрирован в другом каталоге. Если каталог Х зарегистрирован в каталоге Y, то говорят, что Х – подкаталог Y, а Y – надкаталог или родительский каталог для Х.

Имена каталогов. Требования к именам каталогов те же, что к именам файлов. Как правило, расширение имени для каталогов не используется, хотя делать это никто не запрещает.

Корневой каталог. На каждом диске имеется один главный, или корневой, каталог. В нём регистрируется файлы и подкаталоги (каталоги 1-го уровня. В каталогах 1-го уровнях регистрируется файлы и каталоги 2-го уровня и т.д. Получается иерархическая древообразная структура каталогов на диске.

 

 

Пример. На рис. в корневом каталоге имеются подкаталоги CHI, DOC и EXE, а также файлы autoexec.bat, command.com и paper.doc. В каталоге DOC имеются подкаталог LETTERS, файлы paper.doc и paper.bak и т.д.

 

Текущий каталог. Каталог, с которым в настоящий момент работает пользователь, называется текущим. Например, при работе с Диспетчером Файлов Windows или Norton Commander на экране отображается содержимое текущего каталога (т.е. сведения о содержащихся в нём файлов и подкаталогах). Если в команде DOS указать имя файла, то этот файл будет создаваться и отыскиваться в текущем каталоге.

В DOS для вывода оглавлении текущего каталога необходимо ввести команду Dir, а для смены текущего каталога имеется команда CD. В Norton Commander, Диспетчере Файлов Windows, Проводнике Windows 95 и т.д., смена текущего каталога происходит автоматически при переходе из одного каталога в другой.

Указание пути к файлу

 

Когда Вы используете файл не из текущего каталога, необходимо указать, в каком каталоге этот файл находится. Это можно сделать с помощью указания пути к файлу.

Что такое путь. Путь – это последовательность из имён каталогов или символов «..», разделённых символом «\». Этот путь задаёт маршрут от текущего каталога или от корневого каталога диска к тому каталогу, в котором находится нужный файл.

Если путь начинается с символа «\», то маршрут вычисляется от корневого каталога диска, иначе – от текущего каталога. Каждое имя каталога пути соответствует входу в подкаталог с таким именем, «..» соответствует входу в надкаталог. Например, пусть текущий каталог – DOC (см. рис. 8.1). Тогда:

 

Путь от корневого каталога
Путь от текущего каталога
\ CHI	..\CHI	Путь к каталогу 1-го уровня CHI
\DOC\LETTERS	LETTERS	Путь к подкаталогу LETTERS каталога DOC
\EXE\CHI	..\EXE\CHI	Путь к подкаталогу CHI каталога ЕХЕ

 

 

22. Структура различных видов ОС(например, MS-DOS, Windows XP, Linux и др.)

Windows XP

Windows XP имеет модульную структуру (рис. 2.20), в которой код операционной системы и драйверы выполняются в привилегированном режиме процессора (режиме ядра), обеспечивающем полный доступ ко всей аппаратной части компьютера, а пользовательские приложения выполняются в непривилегированном режиме процессора – пользовательском режиме без прямого доступа к оборудованию компьютера. В режиме ядра работают следующие компоненты.

1. Уровень абстрагирования от оборудования (Hardware Abstraction Layer, HAL). Его задачей является отделение операционной системы от особенностей конкретных реализаций в аппаратном обеспечении компьютера, т. е. от различий в материнских платах, в модификациях процессоров, в наборах микросхем и др. Благодаря этому уровню управление подсистемами прерываний, прямого доступа к памяти, системными шинами и таймерами для ядра операционной системы является одинаковым. Уровень HAL реализован в системном файле Hal.dll.

 

Рис. 2.20. Упрощенная структура Windows XP

2. Ядро операционной системы. Ядро содержит наиболее часто вызываемые низкоуровневые функции операционной системы: планирование и распределение ресурсов между процессами, их переключение и синхронизацию. В обязанности ядра входит также управление прерываниями и обработка ошибочных ситуаций при функционировании операционной системы. Код ядра Windows XP не разделяется на потоки, а находится только в оперативной памяти и не может быть выгружен на диск. Код ядра Windows XP находится в системном файле Ntoskrnl. exe.

3. Драйверы устройств. Драйверы представляют собой подпрограммы, транслирующие вызовы, поступившие от пользовательских программ в запросы обработки данных для конкретных устройств. Значительное число драйверов входит в состав Windows XP (они располагаются в подкаталоге Isystem32l drivers системного каталога и имеют тип файла *.sys, например, драйвер дисковой подсистемы находится в файле disk.sys), а для нестандартных периферийных устройств драйверы находятся в комплектах поставки.

4. Исполняющая подсистема (NT Executive). Модуль NT Executive состоит из микроядра и подсистем диспетчеризации управления программами с доступом к виртуальной памяти, окнам и графической подсистеме. Виртуальная память предоставляет пользовательским программам виртуальные адреса адресного пространства процессов и соответствующие физические страницы оперативной памяти компьютера. Графическая подсистема предназначена для создания оконного интерфейса, рисования элементов управления, расположенных в окнах. К исполняющей подсистеме относятся системные файлы Ntkrnlpa.exe, Kernel32.dll, Advapi32.dll, User32.dll, Gdi32.dll.

Операционная система Windows XP в значительной мере использует возможности процессоров, совместимых с семейством Intel x86. В их аппаратной архитектуре предусматривается четыре уровня привилегий выполнения кода программ от 0-го наивысшего привилегированного до 4-го пользовательского режима с ограниченным набором команд процессора. Программы режима ядра операционной системы Windows XP функционируют в нулевом, защищенном и привилегированном режиме, а остальные пользовательские программы работают в менее привилегированных режимах, находясь под контролем программ режима ядра.

Недоступные в пользовательском режиме операции и приложения обращаются к системным вызовам ядра операционной системы Win32 API. В состав API входит более 250 функций, обращение к которым осуществляется при помощи системных вызовов, основанных на подпрограммах ядра операционной системы. Все вызовы Win32 API обслуживаются как системными службами NT, так и модулем NT Executive – исполняющей системы Windows XP. Модуль NT Executive представляет собой несколько программных потоков, которые выполняются в режиме ядра. Код практически всех подсистем этого модуля находится в файле ntoskrnl.exe (кроме подсистемы Win32, код которой расположен в файле win32k.sys) и уровне абстрагирования от оборудования HAL, который содержится в файле hal.dll. В модуле NT Executive сосредоточены все самые важные части операционной системы.

Микроядро отвечает за выделение памяти для приложений и распределение процессорного времени, т. е. за реализацию многозадачности. Для этого в состав микроядра входит планировщик потоков (threads scheduler), который назначает каждому из потоков один из 32 уровней приоритета. Уровень 0 зарезервирован для системы. Уровни от 1-го до 15-го назначаются исполняемым программам, а уровни от 16-го до 31-го могут назначаться только администраторами. Планировщик делит все процессорное время на кванты фиксированного размера. При этом каждый программный поток выполняется только в течение отведенного ему времени, и если по окончании кванта он не освобождает процессор, планировщик в принудительном порядке приостанавливает этот поток и меняет программное окружение процесса, настраивая его на выполнение другого потока, обладающего тем же приоритетом. Микроядро также осуществляет всю работу, связанную с обработкой программных и аппаратных прерываний.

5. Диспетчеризация управления программами. Модуль состоит из следующего набора системных программ:

Диспетчер ввода-вывода – интегрирует добавляемые в систему драйверы устройств в операционную систему Windows XP;

Диспетчер объектов – служит для управления всеми разделяемыми ресурсами компьютера. В момент обращения приложения к какому-либо ресурсу диспетчер объектов сопоставляет с этим ресурсом объект (например, окно) и отдает приложению дескриптор (№ окна) этого объекта. Используя дескриптор, приложение взаимодействует с объектом, совершая в его отношении различные операции. Монитор системы безопасности следит при этом за тем, чтобы с объектом выполнялись только разрешенные действия;

Диспетчер процессов – предоставляет интерфейс, при помощи которого другие компоненты Windows NT Executive, а также приложения пользовательского режима могут манипулировать процессами и потоками. Во время работы диспетчер процессов сопоставляет с каждым процессом и потоком идентификатор процесса (PID – Process Identifier) и идентификатор потока (TID – Thret Identifier) соответственно, а также таблицу адресов и таблицу дескрипторов;

Диспетчер виртуальной памяти – служит для управления организации подсистемы памяти, позволяет создавать таблицы адресов для процессов и следит за корректностью использования адресного пространства приложениями. Кроме того, обеспечивает возможность загрузки в оперативную память исполняемых файлов и файлов динамических библиотек. Диспетчер виртуальной памяти представляет физическую память для пользовательских приложений – каждому процессу выделяются 4 Гб виртуального адресного пространства, из которых младшие 2 Гб используются процессом, а старшие 2 Гб (общие для всех процессов) отводятся на нужды системы. Каждый процесс работает в своем изолированном адресном пространстве и «не знает» о других процессах. Процессы обмениваются данными через разделяемую память, которая может быть спроецирована на виртуальное адресное пространство нескольких процессов. Главная задача диспетчера виртуальной памяти – организация логической памяти, размер которой больше размера физической, установленной на компьютере. Это достигается благодаря тому, что страницы памяти, к которым долго не было обращений, и которые не имеют атрибута неперемещаемых, сохраняются диспетчером в файле pagefile.sys на жестком диске и удаляются из оперативной памяти, освобождая ее для других приложений. В момент, когда происходит обращение к данным, находящимся в перемещенной на винчестер странице, диспетчер виртуальной памяти копирует страницу обратно в оперативную память, затем обеспечивает доступ к ней. Этот механизм обеспечивает выделение дополнительной памяти программам, которые нуждаются в ней, и при этом следит за тем, чтобы все работающие в системе программы обладали достаточным объемом физической памяти для того, чтобы продолжать функционирование;

Диспетчер кэша – используется для кэшированного чтения и записи и позволяет существенно ускорить работу жестких дисков и других устройств. При этом наиболее востребованные файлы дублируются диспетчером кэша в оперативной памяти компьютера, и обращение к ним обслуживается с использованием этой копии, а не оригинала, расположенного на сравнительно медленном долговременном носителе. Кэш в Windows XP является единым для всех логических дисков, вне зависимости от используемой файловой системы. Кроме того, он является динамическим, а это значит, что диспетчер управляет его размерами в зависимости от доступного объема свободной физической памяти в каждый конкретный момент;

Диспетчеры окон и графики – выполняют все функции, связанные с пересылкой системных сообщений и отображением информации на экране.

Процесс функционирования Windows XP условно подразделяется на три фазы: процесс начальной нагрузки, штатный режим работы и завершение работы. Для загрузки Windows XP используется следующий минимальный набор файлов:

– файлы, располагающиеся в корневом каталоге загрузочного диска: Ntldr, Boot.ini, Bootsect.dos (файл необходим только при использовании мультизагрузки), Ntdetect.com;

– файлы, располагающиеся в системном подкаталоге / system32: Ntoskrnl.exe, Hal.dll, разделы реестра SYSTEM;

– файлы, располагающиеся в системном подкаталоге / system32 / drivers: (необходимые драйверы устройств).

Linux

Являясь операционной системой семейства Unix, Linux следует установленным стандартам и объединяет в себе три основных части:

Ядро (kernel) - основной компонент ОС, отвечающий за управление процессами, виртуальной памятью и драйверами устройств.

Ядро Linux представляет собой единый блок бинарного кода. Все коды ядра и структуры данных, в том числе драйверы устройств, коды распределения ресурсов и виртуальной памяти, сетевой поддержки, а так же файловая система - хранятся в едином адресном пространстве. Преимуществом такой структуры является то, что не требуется никаких переключений при запросах процессами системных ресурсов или прерываниях от различных устройств.

Общее адресное пространство, однако, не препятствует модульности системы. По мере необходимости Linux подгружает в память либо выгружает из нее указанные модули.

В Linux все ядро работает в привилегированном режиме - режиме ядра. Никакая часть кода не работает в режиме пользователя. Фрагменты поддержки ОС, не требующие запуска в режиме ядра, помещаются в раздел системных библиотек.

Разделяемые системные библиотеки (system libraries) содержат стандартный набор функций, используемых приложениями для запросов к системным сервисам ядра. В библиотеках хранятся также код функций отдельных сервисов ядра, исполняемых в обычном режиме без привилегий ядра.

Рис.1 Компоненты Linux

При обращении приложения к системным ресурсам управление от части системы, работающей в пользовательском режиме, передается ядру. Библиотеки осуществляют контроль за корректностью представленного запроса и преобразование параметров/аргументов запроса к требуемому формату.

Под системными утилитами (system utilities, программы управления системой) понимают программы, отвечающие за выполнение отдельных специализированных задач управления (управляющих функций системы). Одни утилиты запускаются лишь один раз для инициализации и конфигурирования отдельных элементов системы, другие вызываются регулярно, например, утилиты принимающие запросы на регистрацию с терминалов системы, либо утилиты обновляющие файлы регистрации.

Не все утилиты выполняют функции системного администрирования. Часть системных программ отвечают за выполнение простых задач, в частности, просмотр каталогов, перенос и удаление файлов, просмотр содержимого файла. Более сложные поддерживают некоторые функции обработки текстовых данных, например, сортировку данных либо поиск по заданному шаблону в тексте.

 

MS-dos

ОС MS DOS была разработана фирмой Microsoft по заказу IBM для недавно появившихся персональных компьютеров IBM PC. Первая версия ОС появилась в 1980 г. IBM PC и его программное обеспечение не рассматривались тогда фирмой IBM как возможное стратегическое направление, отсюда и MS DOS представляет собой ОС с минимальными возможностями. MS DOS прошла долгий путь развития, но это развитие заключалось прежде всего в приспосабливании ОС к опережающему росту возможностей аппаратуры и, в меньшей степени, - в совершенствовании структуры самой ОС и развитии ее принципиальных возможностей.

MS DOS в основе своей была и остается однозадачной, однопользовательской системой. Ядро системы разработано для 16-разрядного процессора Intel 8086, следовательно, не использует защищенный режим и объем памяти свыше 1 Мбайт, ставшие доступными в следующих моделях.

Архитектура MS DOS показана на рисунке 1.1. Можно говорить о том, что системное программное обеспечение ПЭВМ состоит из двух уровней. Нижний уровень составляет Базовая Система Ввода-Вывода (BIOS), хранимая в ПЗУ. Второй уровень составляет собственно MS DOS. (Можно сказать, что BIOS является компонентом аппаратной части ПЭВМ, но последующие ОС на платформе Intel-Pentium почти не используют функции BIOS). Системные вызовы реализованы в программных прерываниях. Всего возможно 256 типов (кодов) прерываний. Из них прерывания с 16-ричными кодами от 0 до F зарезервированы за аппаратурой, прерывания с кодами от 10 до 1F - обращения к BIOS, прерывания с кодами от 20 до 3F - обращения к MS DOS. По-видимому, изначально предполагалось, что непосредственно работать с аппаратурой будет только BIOS, MS DOS будет обращаться к BIOS для выполнения операций на аппаратуре, а приложения - только к MS DOS. Однако в последующих версиях MS DOS перехватывает все больше функций BIOS. Приложениям доступны не только любые обращения к MS DOS и к BIOS, но и такие команды, которые в других системах являются привилегированными, например, команды ввода-вывода, следовательно, приложения имеют доступ к аппаратуре в обход ОС и BIOS.

Рисунок 1.1 Архитектура MS DOS