План-конспект лекцій (Частина 1) Операційна система

Скачати 435.48 Kb.

Назва	План-конспект лекцій (Частина 1) Операційна система
Сторінка	1/5
Дата	06.04.2013
Розмір	435.48 Kb.
Тип	План-конспект

bibl.com.ua > Географія > План-конспект

1 2 3 4 5

Мережні операційні системи (2010)

План-конспект лекцій (Частина 1)
Операційна система (ОС) - це програма, що забезпечує можливість раціонального використання устаткування комп'ютера зручним для користувача чином, тобто являють собою набір програмних модулів, які дозволяють користувачеві керувати машиною, а також забезпечують взаємодію програм з зовнішніми пристроями та один з одним. ОС — головна частина системного програмного забезпечення. Операційна система управляється командами.

Класифікація операційних систем:

Локальні ОС;
Мережні ОС;
ОС розподілених систем(Cloud Computing);
Спеціалізовані ОС;
ОС реального часу;

Класифікація з точки зору можливостей ОС:

Універсальні (для широкого використання), спеціальні (для розв'язання спеціальних задач) та спеціалізовані (виконуються на спеціальному обладнанні);
Підтримка багатозадачності(одно/багато-задачні);
Підтримка багатокористувацького режиму;
За способом реалізації багатозадачності (з примусовим / без примусового переключення);
Підтримка багатоядерності/багатопроцесорності;
Вбудовані/невбудовані;
По розширенню відкриті та закриті;
По доступу до вхідного коду вільні та комерційні;

Основні функції операційних систем:

ОС розглядається як розширення машини(апаратної частини), тобто оболонка Hardware яка в собі приховує роботу заліза;
ОС як система управління ресурсами(планування та використання ресурсів, моніторинг біжучого стану використання ресурсу);

Основні функції операційних систем:

Планування завдань та використання процесора(обробка переривань і забезпечення багатозадачної роботи);
Забезпечення комунікації та синхронізації процесів;
Забезпечення інтерфейсу між прикладними програмами та службовими сервісами ОС;
Управління пам’яттю;
Управління файловою системою;
Управління вводом/виводом;
Забезпечення безпеки;

Архітектура операційних систем

При функціональної декомпозиції ОС модулі поділяються на дві групи:

ядро - модулі, які виконують основні функції ОС;
модулі, які виконують допоміжні функції ОС.

Робота процесора можлива в 2 режимах:

користувача (user mode);
привілейований (kernel mode) в своїй віртуальній пам’яті.

Виникає ряд проблем з переключеннями режим/режим або контекст/контекст.

Перспективні архітектури:

Архітектура монолітного ядра(ядро-одна програма. Висока швидкодія)
Мікроядерна архітектура ОС(швидкодія низька)
Комбіновані архітектури;

Особливості мережних операційних систем

Мережна операційна система (ОС) – це пакет програм, що забезпечує

реалізацію та управління мережею, дає змогу клієнтам користуватись мережним сервісом.

Важливою функцією мережної ОС є забезпечення системи захисту – конфіденційності зберігання даних, розмежування прав доступу до ресурсів, парольний захист, виявлення спроб несанкціонованого доступу, трасування дій користувачів, ведення журналів системних подій тощо.

Мережна ОС забезпечує підтримку різноманітних периферійних пристроїв, мережних адаптерів, протоколів та можливість їх конфігурування. Програмне забезпечення клієнтської частини перетворює запити прикладної програми на використання мережних ресурсів у відповідні мережні формати, забезпечує їх пересилання через середовище передавання та здійснює зворотні перетворення.

Структура мережної операційної системи

Мережна ОС має у своєму складі засоби передачі повідомлень між

комп'ютерами по лініях зв'язку, що зовсім не потрібні в автономній ОС.

Серверна частина надає ресурси у загальне користування.

Клієнтська частина доступається до ресурсів.

Розділяють однорангові ОС(peer to peer) та серверні ОС(один за комп’ютерів має перевагу в серверній частині)
Однорангові мережі дають змогу кожному вузлу мережі одночасно виступати в ролі сервера та клієнта. Звичайно, клієнт може мати одночасний доступ до ресурсів різних мереж, що використовують спільне середовище передавання.

Основні завдання мережної операційної системи:

забезпечення сумісного використання та розподілу ресурсів мережі;
прискорення обчислень;
підвищення надійності за рахунок гарячого резервування;
забезпечення взаємодії користувачів(надання клієнтам мережного сервісу та адміністрування мережі, взаємодії процесів у мережі та обміну повідомленнями між вузлами мережі);

Управління процесами: основні поняття

Підсистема керування процесами планує виконання процесів, тобто розподіляє процесорний час між декількома одночасно існуючими в системі процесами, а також займається створенням і знищенням процесів, забезпечує процеси необхідними системними ресурсами, підтримує взаємодію між процесами.

Процес — мінімальний програмний об'єкт, що володіє власними системними ресурсами (запущена програма).

По генеалогічній ознаці розрізняють процеси, що породжують і породжені.

По результативності розрізняють еквівалентні, тотожні і рівні процеси.

В багатозадачній системі процес може знаходитися в одному з трьох основних станів:

ВИКОНАННЯ - активний стан процесу, під час якого процес володіє всіма необхідними ресурсами і безпосередньо виконується процесором;

ОЧІКУВАННЯ - пасивний стан процесу, процес заблокований, він не може виконуватися по своїх внутрішніх причинах, він чекає виконання деякої події

ГОТОВНІСТЬ - також пасивний стан процесу, процес має всі необхідні для нього ресурси, він готовий виконуватися, однак процесор зайнятий виконанням іншого процесу.

Управління процесами: контекст процесу

Протягом існування процесу його виконання може бути багаторазово перерване і продовжене. Для того, щоб відновити виконання процесу, необхідно відновити стан його операційного середовища. Стан операційного середовища відображається станом регістрів і програмного лічильника, режимом роботи процесора, покажчиками на відкриті файли, інформацією про незавершені операції в/в, кодами помилок виконуваних даним процесом системних викликів і т.д. Ця інформація називається контекстом процесу.

Контекст процеса - значення лічильника команд, регістри, ресурси, що використовуються ОС, та інше.

Контекст поділяють на: Користувацький; Регістровий; Системного рівня;

Організація планування паралельного виконання процесів

Визначення моменту часу зміни виконуваного процесу;
Вибір процесу на виконання з черги готових до виконання процесів;
Переключення контекстів старого і нового процесів;

Відповідно до алгоритмів, заснованих на квантуванні, зміна активного процесу відбувається, якщо:

· відбулася помилка,

· процес завершився і залишив систему,

· процес перейшов у стан ОЧІКУВАННЯ,

· вичерпано квант процесорного часу, відведений даному процесу.

Інша група алгоритмів використовує поняття "пріоритет" процесу:

Статичний, динамічний;
Відносний, абсолютний;
Витісняючий, невитісняючий;
Та інші;

Організація та способи управління пам’яттю

Специфічний клас оптимізаційних задач (її основний критерій це час). (час затримки t).

Задача полягає в тому що потрібно передбачити яка сторінка буде використана надалі і саме її підвантажити в основну пам'ять. Використовують програмні або апаратні алгоритми передбачення… Алгоритм сам вирішує яку сторінку тре підвантажити… Існує певна локальність звертань до пам’яті.

Інша задача це захист пам’яті (Memory protection). Паралельні задачі залазять в пам'ять один до одного і як результат виникнення задачі. Вирішення були наступні(пам’яті розбивають на куски):

Кожна програма розбивається на сегменти(стеку, даних, програми). Ця ділянка має початок і зміщення в сегменті.
Сторінкова організація пам’яті(Paging). Однакового розміру сторінки по 4К переважно.
Сегментно-сторінкова(адреса початку сегмента, сторінки і зміщення в сторінці).

І як результат виникнення віртуальної пам’яті. Програміст працює з віртуальною пам’яттю як з реальною і не задумується про звертання процесів до одних адрес(небажане).

Три рівня організації управління пам’яті:

Hardware MM( MMU )- Пристрій управління пам’яттю;
Рівень операційної системи(operating system);
Application Memory Menager. Garbage collection (GC).

Потоки управління

Потоки управління це основна одиниця розпаралелення в Windows.

Потік – це одиниця монопольного використання ресурсів

Потік виконання це незалежний потік управління обчисленнями який має свій лічильник команд та свій стан регістрів.

Розглядають дві концепції:

Віртуальна пам'ять (звільнити програму від виділення пам’яті і їх накладання з іншими процесами)
Потоків управління;

Різниця між сегментною та сторінковою організацією пам’яті

• рaging реалізує розподіл пам’яті та підкачку більш легко;

• ніякої зовнішньої фрагментації;

• кожен процес поділяється на множину маленьких, фіксованого розміру частин, так званих сторінок (pages);

• фізична пам’ять поділяється на велику кількість маленьких, розміру частин, так званих фреймів (frames).

Сторінкова організація пам’яті(Paging). Однакового розміру сторінки по 16К переважно.

Сегментна організація пам’яті (стеку, даних, програми). Ця ділянка має початок і зміщення в сегменті.

Управління пам’яттю: принцип локальності звертань

Якщо програма читає дані або код програми то швидше за все наступна частина даних буде знаходитись недалеко від останньо-використаної. Це використовується як основа при прогнозуванні потрібних даних в основній пам’яті. Цей принцип локальності можна проаналізувати заздалегідь проаналізувавши код програми(цим займаються деякі модулі оптимізуючих компіляторів), можливе і апаратне рішення. Пам’ять розглядався як пасивний пристрій, але реально зараз розглядають його як активний, який може взяти на себе деякі функції(інтегрований контролер).

Основні види локальності звертань

Локальність в часі(temporal locality), просторі (spatial locality ), рівновіддалена локальність(equidistant locality), локальність розгалуження(branch locality) .

Управління пам’яттю: локальність у часі(temporal locality)

Якщо відбулося звертання по деякій адресі, то наступне звертання по цій же адресі з великою імовірністю відбудеться найближчим часом(tempral proximity);

Управління пам’яттю: локальність у просторі(spatial locality )

Якщо відбулося звертання по деякій адресі, то з високим ступенем імовірності найближчим часом відбудеться звертання до сусідніх адрес.

Управління пам’яттю: еквідистантна локальність

Рівновіддалена локальність(Equidistant locality). Ділянки пам’яті до яких відбуваються звертання утворюють регулярну (передбачувану) структуру у просторово-часовому координатному просторі. За простою лінійною функцією можна прогнозувати до якої ділянки пам’яті буде звертання в наступний момент часу. Такі структури утворюються в циклах. Основна мета знаходження регулярності звертаннях, не обов’язково по лінійному закону але функції з повтором.

Автоматичне управління виділенням та звільненням пам’яті

Стратегія GC складається з 2 кроків:

Знаходження об’єктів даних які не будуть використовуватись в подальшому(сміття);
Вивільнення ресурсів які споживають ці об’єкти;

При кожному оголошені змінної під неї виділяється область пам’яті. GC працює в нескінченному циклі збору даних про сміття, використовують різного роду програмування…

Управління кількістю сторінок виділених процесу

1. Управління заміщенням сторінок. Кількість сторінок що підвантажується в основну пам'ять постійна для процесу. Page fault.

2. Управління кількістю сторінок. Кількість сторінок змінна.

Задача на розподіл ресурсів:

Кожному процесу потрібно нарізати ресурсів з загально доступного.

Жодний з сучасних алгоритмів заміщення сторінок не гарантує захисту від trashing ( попадання процесу в область де PF збільшена вище допустимої верхньої границі). При побудові цих алгоритмів визначають робочу множину (working set ) W(t,T),

де робоча множина це набір сторінок p₁,p₂,...p_n які активно використовуються процесом. Робоча множина визначаеться для моменту часу t та вікна робочої множини T.

Якщо на осі часу поставити точку t то важлива глибина пам’яті, які сторінки попадають в множину а які ні. Вікно спостереження це проміжок часу на протязі якого ми спостерігаємо за сторінками. Тоді ми можемо визначити скільки сторінок може потрапити в робочу множину W(t,T) -> m^*.

Формування набору сторінок змінюється в часі, хоча в принципі є досить стабільним.

Фізична організація пристроїв вводу/виводу

Пристрою вводу-виводу поділяються на типи:

Блок-орієнтовані пристрої зберігають інформацію в блоках фіксованого розміру, кожний з який має свою власну адресу ( диски ).

Байт-орієнтовані пристрої не адресовані і не дозволяють здійснювати операцію пошуку. Вони генерують чи використовують послідовність байтів. Прикладами є термінали, рядкові принтери.

Мережні пристрої –карти, мережні адаптери.

Аудіо та відео пристрої.

Таймери

Зовнішній пристрій звичайно складається з механічного (власне пристрій) й електронного компонента (контролером пристрою чи адаптером). Деякі контролери можуть керувати декількома пристроями і мають програмну модель (регістри команд, статусу та даних).

Варіанти фізичної організації в/в:

1- Пристрій разом зконтролларом знаходиться за межами ЕОМ

2- Контролер знаходиться в корпусі ЕОМ

3- Пристрій і вся система знаходиться в корпусі ЕОМ (HDD)

1 2 3 4 5

Схожі:

Конспект лекцій У двох частинах Частина 2 Суми Затверджено на засіданні кафедри фінансів як конспект лекцій з дисципліни «Банківський менеджмент»	Конспект лекцій Частина II Суми Стратегічний маркетинг : конспект лекцій / укладачі: В. В. Божкова, Ю. М. Мельник, Л. Ю. Сагер. – Суми : Сумський державний університет,...
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ ЧАСТИНА 2 ПЛАНОВІ ГЕОДЕЗИЧНІ МЕРЕЖІ Лісевич М. П., Ільків Є. Ю Геодезія. Планові геодезичні мережі.: Конспект лекцій.Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. 131с	КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ для курсантів/слухачів очної та заочної форм навчання... Бізнес-планування зовнішньоекономічної діяльності авіаційного підприємства: Комплекс навчально-методичного забезпечення частина 1:...
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ для студентів економічних спеціальностей усіх форм навчання Проектний аналіз : конспект лекцій / укладачі: О. І. Карпіщенко, О. О. Карпіщенко. – Суми : Сумський державний університет, 2012....	КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З КУРСУ Ч – 46 Чередник Г. Ю. Конспект лекцій з курсу «Соціальна психологія» [Текст] / Г. Ю. Чередник, О. О. Лоза. – Д.: РВВ ДНУ, 2009. –...
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З КУРСУ «ПСИХОЛОГІЯ» Конспект лекцій з курсу «Психологія» (для студентів 2 курсу денної форми навчання спец.: 092100 – «Промислове та цивільне будівництво»,...	ІСТОРІЯ УКРАЇНИ Конспект лекцій для студентів технічних спеціальностей України. / Г. Ю. Каніщев, Ю.І. Кисіль, В. О. Малишев, Г. Г. Півень, О. А. Яцина. – Конспект лекцій для студентів технічних спеціальностей....
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ для студентів освітнього рівня «бакалавр» Конспект лекцій»: Навчально-методичний посібник для студентів галузі знань (0305) «Економіка і підприємництво», напрямів підготовки...	ЗМІСТ ПРОГРАМИ ПРАКТИКИ студентів 6-го курсу спеціальності 03060101... Завдання Управління виробничо-технологічною підсистемою (операційна, маркетингова, комерційна, збутова діяльність) 7

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання