Операционные системы Введение в операционные системы Бленда Николай Андреевич bna@esbt.ru 2009. - презентация

1 Операционные системы Введение в операционные системы Бленда Николай Андреевич 2009

2 Операционная система (ОС) - это программа, которая обеспечивает возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом.

3 1.1 Что такое операционная система Структура вычислительной системы Что такое ОС

4 1.1.1 Структура вычислительной системы

5 1.1.2 Что такое ОС Операционная система как виртуальная машина Операционная система как менеджер ресурсов Операционная система как защитник пользователей и программ Операционная система как постоянно функционирующее ядро

6 1.1.2 Что такое ОС Операционная система как виртуальная машина ОС ДИСК

7 1.1.2 Что такое ОС Операционная система как менеджер ресурсов ОС

8 1.1.2 Что такое ОС Операционная система как защитник пользователей и программ

9 ОС ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИИ Что такое ОС Операционная система как постоянно функционирующее ядро ЯДРО Графический интерфейс

10 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Ламповые машины. Операционные систем отсутствовали. Первый период ( ). принцип программы, хранимой в памяти машины (John Von Neumann, июнь 1945г). система выполняла одновременно только одну операцию Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке г. Nat Rochester разрабатывает ассемблер для IBM-701

11 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Второй период (1955-Начало 60-х). Компьютеры на основе транзисторов Пакетные операционные системы развитие алгоритмических языков (ALGOL-58, LISP, COBOL, ALGOL-60, PL-1 и т.д.).

12 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС. Быстрый ЦП Медленный принтер Считыватель перфокарт Магнитный диск Ожидание Мульти- програм- мирование

13 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Терминальные системы

14 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Мультипрограммирование аппаратная поддержка Реализация защитных механизмов. Программы не должны иметь самостоятельного доступа к распределению ресурсов Наличие прерываний. Внешние прерывания оповещают ОС о том, что произошло асинхронное событие, например, завершилась операция ввода-вывода. Внутренние прерывания возникают, когда выполнение программы привело к ситуации, требующей вмешательства ОС, например, деление на ноль или попытка нарушения защиты.

15 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Мультипрограммирование Поддержка со стороны ОС Интерфейс между прикладной программой и ОС был организован при помощи набора системных вызовов. Прикладная программа Функции ОС интерфейс

16 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Мультипрограммирование Поддержка со стороны ОС Организация очереди из заданий в памяти и выделение процессора одному из заданий потребовали планирования заданий. ЦП Задание 1 работает Задание 2 Освободило ресурсы Задание 3 В очереди Задание 4 В очереди Задание 5 В очереди

17 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Мультипрограммирование Поддержка со стороны ОС Для переключения процессора с одного задания на другое возникла потребность в сохранении содержимого регистров и структур данных, необходимых для выполнения задания, иначе говоря, контекста, для обеспечения правильного продолжения вычислений. Оперативная память Контекст 1 Контекст 2 Контекст 3 ЦП регистры задача1 задача2 задача3

18 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Мультипрограммирование Поддержка со стороны ОС Поскольку память является ограниченным ресурсом, оказались нужны стратегии управления памятью, то есть потребовалось упорядочить процессы размещения, замещения и выборки информации из памяти. Так как программы могут пожелать произвести санкционированный обмен данными, стало необходимо их обеспечить средствами коммуникации. И, наконец, Для корректного обмена данными необходимо предусмотреть координацию программами своих действий, т.е. средства синхронизации.

19 ЦП 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Мультипрограммирование Поддержка со стороны ОС - виртуальной памяти задача1 задача2 задача1 Быстро, часто Оперативная память задача 1 Задача 2 диск часть задачи 1 часть задачи 2

20 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Третий период (Начало 60-х ). Мультипрограммирование Поддержка со стороны ОС – файловой системы диск файл

21 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Четвертый период (1980-настоящее время). Персональные компьютеры. Классические, сетевые и распределенные системы Автономные – классические ОС Сетевые – распределенные ОС СЕТЬ файл Как локальный

22 1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем Планирование заданий и использования процессора. Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации. Управление памятью. Управление файловой системой. Управление вводом-выводом. Обеспечение безопасности пять основных функций ОС

23 1.3 Классификация ОС Реализация многозадачности - многозадачные (Unix, OS/2, Windows) - однозадачные (например, MS-DOS) Многозадачный ОС организуют принципы мультипрограммного режима

24 1.3 Классификация ОС Реализация многозадачности Поддержка многонитевости возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями) Процесс. задача нити

25 1.3 Классификация ОС Поддержка многопользовательского режима По числу одновременно работающих пользователей ОС можно разделить на: - однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x); - многопользовательские (Windows NT, Unix). Наиболее существенно отличие заключается в наличии у многопользовательских систем механизмов защиты персональных данных каждого пользователя

26 1.3 Классификация ОС Многопроцессорная обработка По числу поддерживаемых процессоров: - однопроцессорные (MS-DOS, Windows 3.x); - многопроцессорные (Windows NT, Linux, Solaris). Симметричные Асимметричные ЦП1ЦП2ЦП3 ЦП master ЦП slave ЦП slave

27 1.3 Классификация ОС системы разделения времени ЦП А Б А Б А Б А АААББ

28 1.3 Классификация ОС системы разделения времени Способ распределения процессорного времени - невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x) - вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX) ОС А Б А Б ААА БББ

29 1.3 Классификация ОС Системы реального времени Система должна обрабатывать поступающие данные быстрее, чем те могут поступать, причем от нескольких источников одновременно Может отсутствовать виртуальная память

30 Использованные понятия 1.Операционная система (ОС) 2.Системные программы 3.Прикладные программы 4.Виртуальная машина 5.Виртуальная память 6.Ресурс 7.Пакетные ОС 8.Мультипрограммирование 9.Многозадачность 10.Системы разделения времени 11.Системы реального времени