Тема 1. Состав системного программного обеспечения. - презентация

1 Тема 1. Состав системного программного обеспечения

2 Основная литература 1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы СПб: Питер, Гордеев А. Операционные системы. Учебник для ВУЗов. СПб: Питер, Таненбаум Э. Современные операционные системы. СПб: Питер, Иртегов Д.Л. Введение в операционные системы. СПб: Питер, 2002

3 Дополнительная литература: Microsoft Windows 2000: Справочник администратора: Пер. с англ. / Р. Станек. - М.: "Русская Редакция", Microsoft Windows 2000: Справочник администратора: Пер. с англ. / Р. Станек. - М.: "Русская Редакция", Microsoft Windows XP. Professional : Справочник администратора / Р. Станек. - М.: Русская Редакция", Microsoft Windows XP. Professional : Справочник администратора / Р. Станек. - М.: Русская Редакция", Соломон Д., М.Руссинович Внутреннее устройство Microsoft Windows 2000/ Пер. с англ. – СПб.: Питер, Соломон Д., М.Руссинович Внутреннее устройство Microsoft Windows 2000/ Пер. с англ. – СПб.: Питер, Стахнов А.А.Linux - СПб: БХВ- Санкт-Петербург, 2002 Стахнов А.А.Linux - СПб: БХВ- Санкт-Петербург, 2002

4 Структура вычислительной системы

5 Операционная система (ОС) как посредник между уровнем пользователя и аппаратурой ЭВМ Физические устройства (контроллеры, шины, монитор и т. д.) Микроархитектура (регистры ЦП, АЛУ) Утилиты Компиляторы Редакторы Интерпретаторы команд Прикладные программы Конечный пользователь Программист Машинный язык Операционная система Разработчик ОС

6 Операционная система (ОС) – это программа, которая обеспечивает возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом. В соответствии с этим определением ОС выполняет две группы функций: предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать; предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать; повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием. повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

7 Управление ресурсами включает решение следующих общих задач, не зависящих от типа ресурса: планирование ресурса то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить данный ресурс; планирование ресурса то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить данный ресурс; удовлетворение запросов на ресурсы; удовлетворение запросов на ресурсы; отслеживание состояния и учет использования ресурса – то есть поддержание оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена; отслеживание состояния и учет использования ресурса – то есть поддержание оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена; разрешение конфликтов между процессами. разрешение конфликтов между процессами.

8 Основные функции ОС Планирование заданий и использования процессора. Планирование заданий и использования процессора. Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации. Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации. Управление памятью. Управление памятью. Управление файловой системой. Управление файловой системой. Управление вводом-выводом. Управление вводом-выводом. Обеспечение безопасности Обеспечение безопасности

9 Краткая история эволюции вычислительных систем Первый период (1945–1955 гг.). Ламповые машины. Операционных систем нет Первый период (1945–1955 гг.). Ламповые машины. Операционных систем нет Второй период (1955 г.–начало 60-х). Компьютеры на основе транзисторов. Пакетные операционные системы Второй период (1955 г.–начало 60-х). Компьютеры на основе транзисторов. Пакетные операционные системы Третий период (начало 60-х – 1980 г.). Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС Третий период (начало 60-х – 1980 г.). Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС Четвертый период (с 1980 г. по настоящее время). Персональные компьютеры. Классические, сетевые и распределенные системы Четвертый период (с 1980 г. по настоящее время). Персональные компьютеры. Классические, сетевые и распределенные системы

10 1946 г. – ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) – полное отсутствие какого-либо ПО, программирование путем коммутации устройств. Начало 50-х г. – появление алгоритмических языков и системного ПО. Усложнение процесса выполнения программ: 1. Загрузка нужного транслятора. 2. Запуск транслятора и получение программы в машинных кодах. 3. Связывание программы с библиотечными подпрограммами. 4. Запуск программы на выполнение. 5. Вывод результатов работы на печатающее или другое устройство. Для повышения эффективности использования ЭВМ вводятся операторы, Для повышения эффективности использования ЭВМ вводятся операторы, затем разрабатываются управляющие программы – мониторы - прообразы затем разрабатываются управляющие программы – мониторы - прообразы операционных систем. операционных систем г. – Первая ОС создана исследовательской лабораторией фирмы General Motors для IBM г. – ОС для IBM-704. Конец 50-х годов: язык управления заданиями и пакетная обработка заданий.

11 1963 г. – ОС MCP (Главная управляющая программа) для компьютеров B5000 фирмы Burroughs: мультипрограммирование, мультипроцессорная обработка,виртуальная память, возможность отладки программ на языке исходного уровня, сама ОС написана на языке высокого уровня г. – ОС CTSS (Compatible Time Sharing System – совместимая система разделения времени для компьютера IBM 7094 – Массачусетский технологический институт г. – ОС MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service) – Массачусетский технологический институт г. – (UNICS) UNIX (Uniplexed Information and Computing Service) для компьютера PDP-7, публикация статьи Ритчи (С) и Томпсона г. – PC (IBM), DOS (Seattle Computer Products) – MS DOS (Б. Гейтс). 1983г. – Apple, Lisa с Apple, Lisa с GUI (Даг Энгельбарт – Стэнфорд) г. – Windows, X Windows и Motif (для UNIX) г. – MINIX (Э. Таненбаум) – стр. С и 800 ассемблер (микроядро – 1600 С и 800 ассемблер) 1991 г. – Linux (Линус Торвальдс).

12 Классификация ОС Наиболее характерными критериями эффективности вычислительных систем являются: пропускная способность количество задач, выполняемых вычислительной системой в единицу времени; пропускная способность количество задач, выполняемых вычислительной системой в единицу времени; удобство работы пользователей, заключающееся, в частности, в том, что они имеют возможность интерактивно работать одновременно с несколькими приложениями на одной машине; удобство работы пользователей, заключающееся, в частности, в том, что они имеют возможность интерактивно работать одновременно с несколькими приложениями на одной машине; реактивность системы способность системы выдерживать заранее заданные (возможно, очень короткие) интервалы времени между запуском программы и получением результата. реактивность системы способность системы выдерживать заранее заданные (возможно, очень короткие) интервалы времени между запуском программы и получением результата.

13 Основные понятия, концепции ОС Системные вызовы Системные вызовы В любой операционной системе поддерживается механизм, который позволяет пользовательским программам обращаться к услугам ядра ОС. В любой операционной системе поддерживается механизм, который позволяет пользовательским программам обращаться к услугам ядра ОС. В большинстве операционных систем системный вызов осуществляется командой программного прерывания (INT). Программное прерывание – это синхронное событие, которое может быть повторено при выполнении одного и того же программного кода. В большинстве операционных систем системный вызов осуществляется командой программного прерывания (INT). Программное прерывание – это синхронное событие, которое может быть повторено при выполнении одного и того же программного кода.

14 Прерывания Прерывание (hardware interrupt) – это событие, генерируемое внешним (по отношению к процессору) устройством. Посредством аппаратных прерываний аппаратура либо информирует центральный процессор о том, что произошло какое-либо событие, требующее немедленной реакции либо сообщает о завершении асинхронной операции ввода-вывода Прерывание (hardware interrupt) – это событие, генерируемое внешним (по отношению к процессору) устройством. Посредством аппаратных прерываний аппаратура либо информирует центральный процессор о том, что произошло какое-либо событие, требующее немедленной реакции либо сообщает о завершении асинхронной операции ввода-вывода Важный тип аппаратных прерываний – прерывания таймера, которые генерируются периодически через фиксированный промежуток времени. Прерывания таймера используются операционной системой при планировании процессов. Важный тип аппаратных прерываний – прерывания таймера, которые генерируются периодически через фиксированный промежуток времени. Прерывания таймера используются операционной системой при планировании процессов. Каждый тип аппаратных прерываний имеет собственный номер, однозначно определяющий источник прерывания. Каждый тип аппаратных прерываний имеет собственный номер, однозначно определяющий источник прерывания.

15 Исключительная ситуация (exception) – событие, возникающее в результате попытки выполнения программой команды, которая по каким-то причинам не может быть выполнена до конца. Примерами таких команд могут быть попытки доступа к ресурсу при отсутствии достаточных привилегий или обращения к отсутствующей странице памяти. Исключительные ситуации, как и системные вызовы, являются синхронными событиями, возникающими в контексте текущей задачи. Исключительные ситуации, как и системные вызовы, являются синхронными событиями, возникающими в контексте текущей задачи. Исключительные ситуации можно разделить на исправимые и неисправимые. К исправимым относятся такие исключительные ситуации, как отсутствие нужной информации в оперативной памяти. Исключительные ситуации можно разделить на исправимые и неисправимые. К исправимым относятся такие исключительные ситуации, как отсутствие нужной информации в оперативной памяти. Неисправимые исключительные ситуации чаще всего возникают в результате ошибок в программах (например, деление на ноль). Обычно в таких случаях операционная система реагирует завершением программы, вызвавшей исключительную ситуацию. Неисправимые исключительные ситуации чаще всего возникают в результате ошибок в программах (например, деление на ноль). Обычно в таких случаях операционная система реагирует завершением программы, вызвавшей исключительную ситуацию.

16 Файлы Главная задача файловой системы (file system) – скрыть особенности ввода- вывода и дать программисту простую абстрактную модель файлов, независимых от устройств. Для чтения, создания, удаления, записи, открытия и закрытия файлов имеется обширная категория системных вызовов. Главная задача файловой системы (file system) – скрыть особенности ввода- вывода и дать программисту простую абстрактную модель файлов, независимых от устройств. Для чтения, создания, удаления, записи, открытия и закрытия файлов имеется обширная категория системных вызовов.