Обобщенная структурная схема ЭВМ. Определение операционной системы.

Обобщенная структурная схема ЭВМ. Определение операционной системы.

· устройство ввода (УВв),

· запоминающее устройство (ЗУ)

· арифметико-логическое устройство (АЛУ)

· устройство управления (УУ)

· устройство вывода информации (УВыв).

ОС – это набор программных средств, выполняющих функции обеспечения интерфейса пользователя с оборудованием и повышения эффективности функционирования вычислительной системы путем рационального управления ее ресурсами.

Эволюция операционных систем.

Первый период (1945 -1955).

В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства.

Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке.

Второй период (1955 - 1965).

Новая техническая база - полупроводниковых элементов.

Разделение персонала на программистов и операторов, эксплуатационщиков и разработчиков вычислительных машин.

Появились первые алгоритмические языки и первые системные программы - компиляторы.

Появились первые системы пакетной обработки.

Третий период (1965 - 1980).

Переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам.

Создание семейств программно-совместимых машин. (серия машин IBM/360).

Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, а выполняет другую программу.Каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.

Спулинг (реализация ввода-вывода без участия центрального процессора) - способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задания считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся раздел.

Новый тип ОС - системы разделения времени.

Сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС. Содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств.

Мобильные операционные системы - системы для смартфонов, планшетов, или других мобильных устройств.

Классификация операционных систем.

Особенности алгоритмов управления ресурсами.

 Особенности аппаратных платформ.

Операционные системы могут различаться:

1. особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами (процессорами, памятью, устройствами ввода-вывода);

2. типами аппаратных платформ;

3. областями использования ОС;

4. особенностями использованных методов проектирования.

В зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором, операционные системы делят на:

1. многозадачные (все современные ОС) и однозадачные (MS-DOS, MSX);

2. поддерживающие многонитевую (многопотоковую) обработку и не поддерживающие ее;

3. многопроцессорные (мультипроцессирование) и однопроцессорные.

4. Многопользовательские (большинство современных ОС) и однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2); Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

 

По типу аппаратуры различают операционные системы

 

· персональных компьютеров;

· мини-компьютеров;

· мейнфреймов(OS/390 <- OS/360);

· кластеров;

· серверов и сетей ЭВМ.

Классификация операционных систем.

Особенности областей использования.

Функции современной ОС ПЭВМ.

Состояние процессов

ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором.

ОЖИДАНИЕ - пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выполняться по своим внутренним причинам.

ГОТОВНОСТЬ - также пассивное состояние процесса, но в этом случае процесс заблокирован в связи с внешними по отношению к нему обстоятельствами: процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса.

Переходы между процессами.

· при инициализации системы;

· при запуске пользователем прикладного процесса;

· при запуске ОС служебной или системной задачи.

Системные прерывания.

1. обычные прерывания (из-за событий определенного типа, не связанных с выполняющимся процессом и являющихся внешними по отношению к нему)

2. ловушки (trap, связаны с ошибкой или исключительной ситуацией, возникшей в результате выполнения текущего процесса)

Операционная система может быть активизирована в результате вызова супервизора ( supervisor call), который исходит от выполняемой программы.

· Сохранение контекста процессора, включая содержимое счетчика команд и других регистров.

· Обновление управляющего блока выполняющегося в данное время процесса. Сюда входит изменение состояния процесса.

· Помещение управляющего блока данного процесса в соответствующую очередь (очередь готовых к выполнению процессов; процессов, блокированных событием; очередь готовых приостановленных процессов).

· Выбор следующего процесса для выполнения; это вопрос – планирования процессов.

· Обновление управляющего блока выбранного процесса. Для этого процесса нужно установить состояние выполнения.

· Обновление структур данных по управлению памятью.

· Восстановление контекста процессора в исходное состояние(когда выбранный процесс был последний раз переключен из состояния выполнения). Это происходит путем загрузки содержимого программного счетчика и других регистров процессора.

При уничтожении процесса ОС должна:

· Исключить процесс из очередей.

· Освободить пространство памяти, занимаемое процессом.

· Уничтожить управляющий блок процесса.

Управление процессами.

Критерии краткосрочного планирования.

Пользовательские, иные

· Предсказуемость (Данное задание должно выполняться примерно за одно и то же количество времени и с одной и той же стоимостью, независимо от загрузки системы)

Системные, иные

· Беспристрастность (При отсутствии дополнительных указаний от пользователя или системы все процессы должны рассматриваться как равнозначные и ни один процесс не должен подвергнуться голоданию)

· Использование приоритетов (Если процессам назначены приоритеты, стратегия планирования должна отдавать предпочтение процессам с более высоким приоритетом)

· Баланс ресурсов (Стратегия планирования должна поддерживать занятость системных ресурсов)

Функция выбора определяет, какой из готовых к выполнению процессов будет выбран следующим для выполнения.

Режим решения определяет, в какие моменты времени выполняется функция выбора.

· Вытесняющие: Выполняющийся в настоящий момент процесс может быть прерван и переведен операционной системой в состояние готовности к выполнению.

· Невытесняющие: В этом случае находящийся в состоянии выполнения процесс продолжает выполнение до тех пор, пока он не завершится или пока не окажется в заблокированном состоянии ожидания завершения операции ввода-вывода или запроса некоторого системного сервиса.

16) Управление процессами. Алгоритмы планирования FCFS и RR.

· Первым поступил — первым обслужен(FCFS)

Как только процесс становится готовым к выполнению, он присоединяется к очереди готовых процессов. При прекращении выполнения текущего процесса для выполнения выбирается процесс, который находился в очереди дольше других.

· Круговое планирование(RR)

Таймер генерирует прерывания через определенные интервалы времени. При каждом прерывании исполняющийся в настоящий момент процесс помещается в очередь готовых к выполнению процессов, и начинает выполняться очередной процесс, выбираемый в соответствии со стратегией FCFS.

17) Управление процессами. Алгоритмы планирования SPN и SRT.

· Наиболее короткий процесс следующий(SPN)

Если в очереди появляется короткий процесс, то он выполняется первым. Автоматически система не может определить какой процесс короче.

· Наименьшее остающееся время(SRT)

В этом случае планировщик выбирает процесс с наименьшим ожидаемым временем до окончания процесса.

При присоединении нового процесса к очереди готовых к исполнению процессов может оказаться, что его оставшееся время в действительности меньше, чем оставшееся время выполняемого в настоящий момент процесса. Планировщик может применить вытеснение при готовности нового процесса.

18)Управление процессами. Алгоритмы планирования HRRN и FB.

· Наивысшее отношение отклика(HRRN)

Рассмотрим соотношение

R= w+s /s, где

R — отношение отклика; 

w — время, затраченное процессом на ожидание;

s — ожидаемое время обслуживания.

При завершении или блокировании текущего процесса для выполнения из очереди готовых процессов выбирается тот, который имеет наибольшее значение R.

· FB (feedback) Снижение приоритета

Выполняется вытесняющее (по квантам времени) планирование с использованием динамического механизма. При входе процесса в систему он помещается в очередь RQ0. После первого выполнения и возвращения в состояние готовности процесс помещается в очередь RQ1. В дальнейшем при каждом вытеснении этого процесса он вносится в очередь со все меньшим приоритетом.

По достижении очереди с наиболее низким приоритетом процесс уже не покидает ее, всякий раз после вытеснения попадая в нее вновь.

Такой подход известен как многоуровневый возврат (multilevel feedback2), поскольку при блокировании или вытеснении процесса осуществляется его возврат, на очередной уровень приоритетности.

Выход из тупика

· основан на прекращении процессов. Процессы в тупике последовательно прекращаются (уничтожаются) в некотором систематическом порядке до тех пор, пока не станет доступным достаточное количество ресурсов для устранения тупика; в худшем случае уничтожаются все процессы, первоначально находившиеся в тупике, кроме одного.

· основан на перехвате ресурсов. У процессов отнимается достаточное количество ресурсов и отдается процессам, находящимся в тупике, чтобы ликвидировать тупик; процессы в первом множестве остаются с выданными запросами на перехваченные у них ресурсы.

Типы адресов

Для идентификации переменных и команд используются:

· символьные имена (метки)(идентификаторы переменных в программе на алгоритмическом языке)

· виртуальные адреса (условные адреса, вырабатываемые транслятором)

· физические адреса (номера ячеек физической памяти)

Методы распределения памяти

1. Без использования внешней памяти

· Фиксированными разделами

· Динамическими разделами

· Перемещаемыми разделами

2. С использованием внешней памяти

· Страничное распределение

· Сегментное распределение

· Странично-сегментное распределение

Имена файлов.

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени.

Символьные имена могут быть трех типов:

1. Простое имя идентифицирует файл в пределах одного каталога, присваивается файлам с учетом номенклатуры символа и длины имени.

2. Полное имя представляет собой цепочку простых символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного файла, имени диска, имени файла.

3. Относительное имя файла определяется через понятие «текущий каталог». В каждый момент времени один из каталогов является текущим, причем этот каталог выбирается самим пользователем по команде ОС. Файловая система фиксирует имя текущего каталога, чтобы затем использовать его как дополнение к относительным именам для образования полного имени файла.

Типы файлов

1. Обычные файлы: содержат информацию произвольного характера, которую заносит в них пользователь или которая образуется в результате работы системных и пользовательских программ. Содержание обычного файла определяется приложением, которое с ним работает.

Обычные файлы могут быть двух типов:

· Программные (исполняемые) – представляют собой программы, написанные на командном языке ОС, и выполняют некоторые системные функции (имеют расширения.exe,.com,.bat).

· Файлы данных – все прочие типы файлов: текстовые и графические документы, электронные таблицы, базы данных и др.

2. Каталоги –это особый тип файлов, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователями по какому-либо неформальному признаку (тип файла, расположение его на диске, права доступа, дата создания и модификация).

3. Специальные файлы – это фиктивные файлы, ассоциированные с устройствами ввода/вывода, которые используются для унификации механизма доступа к файлам и внешним устройствам. Специальные файлы позволяют пользователю осуществлять операции ввода/вывода посредством обычных команд записи с файлов или чтения из файлов.

Права доступа к файлу

Определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу. В разных файловых системах может быть определен свой список дифференцируемых операций доступа. Этот список может включать следующие операции:

· создание файла.

· уничтожение файла.

· запись в файл.

· открытие файла.

· закрытие файла.

· чтение из файла.

· дополнение файла.

· поиск в файле.

· получение атрибутов файла.

· установление новых значений атрибутов.

· переименование.

· выполнение файла.

· чтение каталога и др.

Обобщенная структурная схема ЭВМ. Определение операционной системы.

· устройство ввода (УВв),

· запоминающее устройство (ЗУ)

· арифметико-логическое устройство (АЛУ)

· устройство управления (УУ)

· устройство вывода информации (УВыв).

ОС – это набор программных средств, выполняющих функции обеспечения интерфейса пользователя с оборудованием и повышения эффективности функционирования вычислительной системы путем рационального управления ее ресурсами.