Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе




НазваниеПонятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе
страница2/8
ТипОбзор
rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Обзор
1   2   3   4   5   6   7   8

резидентными.

Обычно ядро оформляется в виде программного модуля некоторого специального формата,

отличающегося от формата пользовательских приложений.

2. модули, выполняющие вспомогательные функции ОС - выполняют весьма полезные, но

менее обязательные функции. Например, к таким вспомогательным модулям могут быть

отнесены программы архивирования данных, дефрагментации диска, текстового редактора.

Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений, либо в виде библиотек

процедур.

Вспомогательные модули ОС обычно подразделяются на следующие группы:

1 - утилиты - программы, решающие отдельные задачи управления и сопровождения

компьютерной системы, например, программы сжатия дисков, архивирования данных;

Омский авиационный колледж имени Н.Е. Жуковского 13

2 - системные обрабатывающие программы - текстовые или графические редакторы,

компиляторы, компоновщики, отладчики;

3 - программы предоставления пользователю дополнительных услуг — специальный

вариант пользовательского интерфейса, калькулятор и даже игры;

4 - библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку приложений,

например библиотека математических функций, функций ввода-вывода и т. д.

Как и обычные приложения, для выполнения своих задач утилиты, обрабатывающие

программы и библиотеки ОС, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов.

Модули ОС, оформленные в виде утилит, системных обрабатывающих программ и библиотек,

обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, то есть

являются транзитными. Постоянно в оперативной памяти располагаются только самые

необходимые коды ОС, составляющие ее ядро. Такая организация ОС экономит оперативную

память компьютера.

Реализация двух режимов работы вычислительной системы: привилегированного режима

(или режима ядра - Kernel mode), или режима супервизора (supervisor mode), и пользовательского

режима (user mode), или режима задачи (task mode);

  1. Особенности монолитной архитектуры операционных систем. Преимущества и недостатки монолитной архитектуры.

  2. Особенности многоуровневой архитектуры. Основные идеи, лежащие в основе многоуровневой архитектуры.

  3. Состав многоуровневой операционной системы. Преимущества и недостатки многоуровневой архитектуры.

  4. Особенности архитектуры типа клиент-сервер на основе микроядра. Преимущества и недостатки архитектуры на основе микроядра.

  5. Особенности построения и функционирования операционных систем семейства Windows. Понятие драйвера.

Операционная система Windows использует многоуровневую архитектуру, с работой

большей части компонентов в режиме ядра, но, тем не менее, в состав ядра не входящих.

Упрощенная архитектура Windows показана на рисунке 7.



Еще при разработке операционной системы Windows NT, во главу угла были поставлены

задачи переносимости и совместимости, что в основном и определило ее архитектуру. Сравнивая

архитектуру UNIX и Windows, легко заметить, что архитектура Windows гораздо более

Омский авиационный колледж имени Н.Е. Жуковского 25

структурирована. Как и в системе UNIX, на верхнем уровне иерархии находятся процессы

пользовательского режима. Это могут быть как пользовательские процессы, так и серверы самой

системы. Процессы пользовательского режима взаимодействуют с операционной системой через

документированные интерфейсы, предоставляемые динамическими библиотеками подсистем

окружения.

Windows поддерживает три подсистемы окружения – POSIX, OS/2 и Win32, причем

подсистема Win32 является необходимым компонентом для работы всей операционной системы,

т.к. обслуживает клавиатуру, мышь и экран. Заметим, что подсистема Win32 имеет компоненты,

работающие как в режиме задачи, так и в режиме ядра. В отличие от подсистемы Win32, которая

запускается на этапе загрузки операционной системы, подсистемы POSIX и OS/2 не являются

обязательными, и запускаются по требованию, при необходимости запуска соответствующих

приложений, а после запуска работают вплоть до перегрузки системы.

Хотя динамические библиотеки подсистем окружения способны самостоятельно обслужить

некоторые запросы процессов, в большинстве случаев они переадресуют запрос исполнительной

подсистеме Windows через недокументированный интерфейс системных вызовов. Можно

сказать, что именно недокументированный интерфейс, реализуемый библиотекой Ntdll.dll

является истинным интерфейсом системных вызовов, собственно и реализующим переход из

режима задачи в режим ядра. Исключение составляет интерфейс GDI, полностью реализуемый

подсистемой Win32 самостоятельно.

Исполнительная система операционной системы Windows обеспечивает работу подсистем

окружения, реализуя большинство стратегий управления операционной системы, и включает в

себя такие подсистемы, как:

• диспетчер конфигурации – обеспечивает управление системным реестром;

• диспетчер процессов и потоков – обеспечивает управление процессами и потоками,

запущенными в системе, например, создает и уничтожает процессы и потоки;

• монитор безопасности – реализует политики безопасности на локальном компьютере;

• диспетчер ввода-вывода – реализует аппаратно независимый ввод-вывод и отвечает за

пересылку информации ввода-вывода соответствующим драйверам;

• диспетчер Plug and Play – определяет, какие драйверы нужны для поддержки каждого

устройства и загружает эти драйверы;

• диспетчер электропитания – координирует работу драйверов устройств, обеспечивая,

например, переключение периферийных устройств в экономичный режим при их длительном

простое;

• диспетчер кэша файловой системы – реализует буферизацию ввода-вывода, отложенную

запись и упреждающее чтение данных файла;

• диспетчер виртуальной памяти – реализует собственное виртуальное адресное

пространство для каждого процесса и обеспечивает поддержку работы диспетчера кэша.

Омский авиационный колледж имени Н.Е. Жуковского 26

Ниже исполнительной системы Windows располагается ядро системы, реализующее

различные для каждой процессорной архитектуры фундаментальные механизмы, такие как

планирование и диспетчеризация потоков, диспетчеризация прерываний и исключений. Ядро

изолирует драйверы и исполнительную систему от особенностей архитектуры процессора, что

обеспечивает переносимость операционной системы. Уровень абстрагирования от оборудования

является самым нижним уровнем системы. Он скрывает от операционной системы, включая ее

ядро, специфику конкретной аппаратуры, т.к. даже при одинаковой архитектуре системы,

например x86, могут быть аппаратные особенности реализации, например различные типы

материнской платы.
Дра́йвер (англ. driver, мн. ч. дра́йверы) — это компьютерная программа, с помощью которой другая программа (обычно операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. В общем случае, для использования любого устройства (как внешнего, так и внутреннего) необходим драйвер. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.


  1. Особенности построения и функционирования операционных систем семейства Unix. Устройство ядра Unix. Понятие облегченного процесса.

Операционная система UNIX использует традиционную архитектуру, несмотря на выделение

нескольких уровней, тяготеющую скорее к монолитной, чем к многоуровневой. Упрощенная

архитектура операционной системы UNIX показана на рисунке 6.


На верхнем уровне иерархии операционной системы находятся процессы

пользовательского режима, которые взаимодействуют с ядром операционной системы через

интерфейс системных вызовов. Интерфейс системных вызовов перенаправляет запросы

процессов подсистемам ядра. Подсистемы ядра обеспечивают выполнение процессов

пользовательского режима и через уровень управления аппаратурой взаимодействуют с

аппаратурой ЭВМ. Ядро UNIX включает подсистемы, такие как файловая подсистема, подсистема

ввода-вывода, подсистема управления процессами и памятью.

Все обращения к ядру системы можно разделить на две категории: программа вызывает

подсистему управления файлами или подсистему управления процессами. Первая отвечает за все,

что связано с файлами: управление, размещение, доступ. Процессы же - это, в общем случае,

любые запущенные программы. Поэтому подсистема управления процессами служит для их

Омский авиационный колледж имени Н.Е. Жуковского 20

жизнеспособности, синхронизации и управления. Важно так же и то, что файловая подсистема и

подсистема управления процессов могут общаться друг с другом: любой процесс может вызывать

системные API для работы с файлами. Достоинство UNIX состоит в том, что эти API универсальны.

Вот самые главные из них: open, close, read, write, stat, chown, chmod (суть почти всех вызовов

интуитивно понятна из названия, кроме, разве что, последних трех, они служат для управления

атрибутами файлов, информации о владельце и прав доступа). Каждый из этих системных

вызовов в программе на языке С является обычной функцией. Информацию по любому из них

можно найти в справочнике.

В настоящее время Unix поддерживает многопоточные приложения — программы,

имеющие много относительно независимых ветвей, совместно использующих значительную часть

структур данных, принадлежащих приложению.

Для оптимизации поддержки многопоточных приложений в Linux используются

облегченные процессы. Идея состоит в том, что два облегченных процесса могут совместно

использовать определенные ресурсы, такие как адресное пространство, открытые файлы и т. д.

Когда один из них модифицирует совместно используемый ресурс, другой немедленно видит

изменения. Конечно, эти два процесса должны синхронизировать свой доступ к общему ресурсу.

Простейший способ реализовать многопоточное приложение заключается в том, чтобы

ассоциировать с каждым потоком облегченный процесс. Тогда потоки смогут обращаться к набору

структур данных приложения, используя общее адресное пространство, один набор открытых

файлов и т. д. В то же время ядро может распланировать независимое выполнение каждого

потока так, что один будет спать, а другой — работать.

Подсистема управления файлами - вторая из всех работает с драйверами, которые

являются модулями ядра. Сетевая подсистема, работает, например, с драйвером сетевой карты и

с драйверами различных современных сетевых устройств. Обмен данными с драйверами может

проходить двумя способами: с помощью буфера или потока. Суть первого метода заключается в

том, что для информации выделяется кэш (или сверхоперативная память, как его называли

раньше), в который заносится необходимый блок данных. Далее информация из кэша передается

к драйверу. Драйвер - единственный элемент ядра, способный управлять периферийными

устройствами. Но подсистема управления файлами может взаимодействовать с драйвером и

через поток. Поток представляет собой посимвольную передачу данных драйверу. Следует

отметить, что способ взаимодействия с драйвером определяется не пользователем и не

приложением. Он является характеристикой того устройства, которым управляет драйвер.

Потоковое общение позволяет взаимодействовать более оперативно, чем общение через буфер.

Ведь на заполнение буфера тратится время и, следовательно, возрастает время отклика.

  1. Обзор файловых систем Unix.

Файловая система (ФС) — это часть операционной системы, включающая:

 совокупность всех файлов на диске;

 наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например,

как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и

занятого пространства на диске;

Омский авиационный колледж имени Н.Е. Жуковского 21

 комплекс системных программных средств, реализующих различные операции над

файлами, такие как создание, уничтожение, чтение, запись, именование и поиск

файлов.

Файловая система позволяет программам обходиться набором достаточно простых

операций для выполнения действий над некоторым абстрактным объектом, представляющим

файл.

Существует несколько видов структур организации файлов: линейные, древовидные,

объектные и другие, но в настоящее время широко распространены только древовидные

структуры.

Каждый файл в древовидной структуре расположен в определенном хранилище файлов –

каталоге, каждый каталог, в свою очередь, также расположен в некотором каталоге. Таким

образом, по принципу вложения элементов файловой системы (файлов и каталогов) друг в друга

строится дерево, вершинами которого являются непустые каталоги, а листьями – файлы или

пустые каталоги. Корень такого дерева имеет название корневой каталог и обозначается каким-

либо специальным символом или группой символов (например, «C:» в операционной системе

Windows). Каждому файлу соответствует некоторое имя, определяющее его расположение в

дереве файловой системы. Полное имя файла состоит из имен всех вершин дерева файловой

системы, через которые можно пройти от корня до данного файла (каталога), записывая их слева-

направо и разделяя специальными символами-разделителями.

В настоящее время существует огромное количество файловых систем (ufs, ext2, ext3),

каждая из которых используется для определенной цели: для быстрого доступа к данным, для

обеспечения целостности данных при сбоях системы, для простоты реализации, для компактного

хранения данных. Однако среди всего множества файловых систем можно выделить такие,

которые обладают рядом схожих признаков, а именно:

Файлы и каталоги идентифицируются не по именам, а по индексным узлам (i-node) –

индексам в общем массиве файлов для данной файловой системе. В этом массиве хранится

информация об используемых блоках данных на носителе, а также – длина файла, владелец

файла, права доступа и другая служебная информация под общим названием «метаданные о

файле». Логические же связки типа «имя–-node» –есть ни что иное, как содержимое каталогов.

Таким образом, каждый файл характеризуется одним i-node, но может быть связан с

несколькими именами –в UNIX это называют жёсткими ссылками. При этом, удаление файла

происходит тогда, когда удаляется последняя жёсткая ссылка на этот файл.

Важной особенностью таких файловых систем является то, что имена файлов зависят от

регистра, другими словами файлы test.txt и TEST.txt отличаются (т.е. являются разными строками в

файле директории).

Помимо каталогов и обычных файлов для хранения информации, ФС может содержать

следующие виды файлов:

Специальный файл устройства. Обеспечивает доступ к физическому устройству. При

создании такого устройства указывается тип устройства (блочное или символьное), старший

Омский авиационный колледж имени Н.Е. Жуковского 22

номер – индекс драйвера в таблице драйверов операционной системы и младший номер

параметр, передаваемый драйверу, поддерживающему несколько устройств, для уточнения о

каком «подустройстве» идет речь (например, о каком из нескольких IDE-устройств или COM-

портов).

Именованный канал. Используется для передачи данных между процессами, работает по

принципу двунаправленной очереди (FIFO). Является одним из способов обмена между

изолированными процессами.

Символическая ссылка. Особый тип файла, содержимое которого – не данные, а имя какого-

либо другого файла. Для пользователя такой файл неотличим от того, на который он ссылается.

Символическая ссылка имеет ряд преимуществ по сравнению с жёсткой ссылкой: она может

использоваться для связи файлов в разных файловых системах (ведь номера индексных узлов

уникальны только в рамках одной файловой системы), а также более прозрачно удаление

файлов – ссылка может удаляться совершенно независимо от отсновного файла.


1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconТемы для теоретического изучения Определение, назначение и функции...
Освоение команд и утилит ос при работе в консольном режиме диалога и файловой структуры операционных систем

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconНа объектах вычислительной техники утверждено
«Самарский государственный экономический университет» (далее Университет) только лицензионных программных продуктов. Настоящая Инструкция...

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconТехнологическая инструкция Установка «Платформы барс» на операционные системы-ти 0 2014
Установка и настройка субд oracle 11g r1 Client для 32битной операционной системы 10

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconУслуги по определению достаточности и оптимальности (неизбыточности)...
Проекта поддержания операционной деятельности «Продолжение строительства и реконструкции системы авиатопливообеспечения в аэропорту...

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconРуководство администратора
Данный документ описывает основную и расширенную конфигурацию операционной системы depo thinOS

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconПояснительная записка Кафедра пмиК
Файловый менеджер для операционной системы Android с поддержкой облачных сервисов

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconНазвание олимпиады
Вам предлагается ряд заданий, посвященных командам терминала операционной системы Ubuntu10(gnu /Linux)

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconTcp / ip для подключения к Интернету по технологии adsl в операционной системе Windows vista
Инструкция по настройке протокола tcp/ip для подключения к Интернету по технологии adsl в операционной системе Windows vista

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconТехническое задание для Фонда «Вольное Дело»
Заказчик предполагает, что во время проекта значительная часть задач по контролю, обслуживанию и исправлению проблем в информационной...

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе icon«Команды терминала операционной системы Ubuntu10(gnu/Linux)». Тематика олимпиады : информатика
Сайт является зарегистрированным в Российской Федерации средством массовой информации

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconКореф инструкция по установке программы
Программа кореф работает под управлением операционной системы Microsoft Windows с использованием платформы. NetFramework

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconПрограмма «инфин управление» Руководство администратора оглавление
Рекомендации по выбору операционной системы и технические требования к оборудованию при работе с сетевым сервером Sybase Adaptive...

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconИнструкция по установке драйвера цифровых камер levenhuk в операционной системе windows 7

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconBluetooth кнопка для selfie ShuterBall shb301 Инструкция по применению
Шаг 1 Установите приложение ShutterBall с App Store или Google Play, в зависимости от операционной системы Вашего устройства

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconИнструкция по установке подсистемы «Интернет-Клиент»
В зависимости от разрядности Вашей операционной системы необходимо установить одну из программ содержатся на диске, выданном в банке...

Понятие и назначение операционной системы. Место операционной системы в вычислительной системе iconОбращаем внимание, что пмкт сделан в нескольких вариантах в зависимости...
Школа заходит под своим логином и тиражирует бланки (см. Тиражирование бланков с уровня школы)


Руководство, инструкция по применению






При копировании материала укажите ссылку © 2018
контакты
rykovodstvo.ru
Поиск