|
Операционные системы (шпаргалка)|привилегированности процесса |процессы, могут, например, |удобный интерфейс для | |при использовании ресурсов |порождать нити-потомки, могут|пользователей. | |вычислительной машины, в |переходить из состояния в |Ключевым принципом является | |частности, процессорного |состояние. Подобно |независимость от устройств. | |времени: чем выше приоритет, |традиционным процессам (то |Вид программы не должен | |тем выше привилегии, тем |есть процессам, состоящим из |зависеть от того, читает ли | |меньше времени он будет |одной нити), нити могут |она данные с гибкого диска | |проводить в очередях. |находится в одном из |или с жесткого диска. Другим | |Приоритет может назначаться |следующих состояний: |важным вопросом для | |директивно администратором, |ВЫПОЛНЕНИЕ, ОЖИДАНИЕ и |программного обеспечения | |либо вычисляться самой ОС, он|ГОТОВНОСТЬ. |ввода-вывода является | |может оставаться | |обработка ошибок. Вообще | |фиксированным либо изменяться| |говоря, ошибки следует | |во времени в соответствии с | |обрабатывать как можно ближе | |некоторым законом. В | |к аппаратуре. Если контроллер| |последнем случае приоритеты | |обнаруживает ошибку чтения, | |называются динамическими. На | |то он должен попытаться ее | |выполнение из очереди готовых| |скорректировать. Если же это | |выбирается процесс, имеющий | |ему не удается, то | |наивысший приоритет. | |исправлением ошибок должен | |Существуют алгоритмы, | |заняться драйвер устройства. | |использующие относительные и | |И только если нижний уровень | |абсолютные приоритеты. В | |не может справиться с | |системах с относительными | |ошибкой, он сообщает об | |приоритетами активный процесс| |ошибке верхнему уровню. | |выполняется до тех пор, пока | |Еще один ключевой вопрос - | |он сам не покинет процессор. | |это использование блокирующих| |В системах с абсолютными | |(синхронных) и неблокирующих | |приоритетами еще и если в | |(асинхронных) передач. | |очереди готовых процессов | |Большинство операций | |появился процесс, приоритет | |физического ввода-вывода | |которого выше приоритета | |выполняется асинхронно - | |активного процесса. Алгоритмы| |процессор начинает передачу и| |с относительными (а) и | |переходит на другую работу, | |абсолютными (б) приоритетами.| |пока не наступает прерывание.| | | |Необходимо, чтобы операции | |Во многих ОС алгоритмы | |ввода-вывода были блокирующие| |планирования построены с | |- после команды READ | |использованием как | |программа автоматически | |квантования, так и | |приостанавливается до тех | |приоритетов. Например, в | |пор, пока данные не попадут в| |основе планирования лежит | |буфер программы. | |квантование, но величина | |Последняя проблема состоит в | |кванта и/или порядок выбора | |том, что одни устройства | |процесса из очереди готовых | |являются разделяемыми(диски: | |определяется приоритетами | |одновременный доступ | |процессов. | |нескольких пользователей к | | | |диску не представляет собой | | | |проблему), а другие - | | | |выделенными(принтеры: нельзя | | | |смешивать строчки, печатаемые| | | |различными пользователями). | |Вопрос 25. Файловая система. |Вопрос 26. Файловые системы. |Вопрос 27. Примеры | |Файлы с точки зрения |Общая структура и |организации файловых систем. | |пользователя и системы. |функционирование. |Разработчики новых | |Логическая организация файла.|Физическая организация файла |операционных систем стремятся| | |описывает правила |обеспечить пользователя | |Файловая система - это часть |расположения файла на |возможностью работать сразу с| |операционной системы, |устройстве внешней памяти, в |несколькими файловыми | |назначение которой состоит в |частности на диске. Файл |системами. Новая файловая | |том, чтобы обеспечить |состоит из физических записей|система имеет многоуровневую | |пользователю удобный |- блоков. Блок - наименьшая |структуру (см. рис. 1), на | |интерфейс при работе с |единица данных, которой |верхнем уровне которой | |данными, хранящимися на |внешнее устройство |располагается так называемый | |диске, и обеспечить |обменивается с оперативной |переключатель файловых | |совместное использование |памятью. Непрерывное |систем. Он обеспечивает | |файлов несколькими |размещение - простейший |интерфейс между запросами | |пользователями и процессами. |вариант физической |приложения и конкретной | |В широком смысле понятие |организации (см. рис. 1,а), |файловой системой, к которой | |"файловая система" включает: |при котором файлу |обращается это приложение. | |1)совокупность всех файлов на|предоставляется |Переключатель файловых систем| |диске 2) наборы структур |последовательность блоков |преобразует запросы в формат,| |данных, используемых для |диска, образующих единый |воспринимаемый следующим | |управления файлами, такие, |сплошной участок дисковой |уровнем - уровнем файловых | |например, как каталоги |памяти. Для задания адреса |систем. | |файлов, дескрипторы файлов, |файла в этом случае | | |таблицы распределения |достаточно указать только |Рис. 1. Архитектура | |свободного и занятого |номер начального блока. |современной файловой системы | |пространства на диске |Недостатки: 1)во время | | |3)комплекс системных |создания файла заранее не |Каждый компонент уровня | |программных средств, |известна его длина, а значит |файловых систем выполнен в | |реализующих управление |не известно, сколько памяти |виде драйвера соответствующей| |файлами, в частности: |надо зарезервировать для |файловой системы и | |создание, уничтожение, |этого файла, 2)при таком |поддерживает определенную | |чтение, запись, именование, |порядке размещения неизбежно |организацию файловой системы.| |поиск и другие операции над |возникает фрагментация. |Переключатель является | |файлами. |Следующий способ физической |единственным модулем, который| |Файлы идентифицируются |организации - размещение в |может обращаться к драйверу | |именами. Пользователи дают |виде связанного списка блоков|файловой системы. Приложение | |файлам символьные имена, при |дисковой памяти (см. рис. |не может обращаться к нему | |этом учитываются ограничения |1,б). При таком способе в |напрямую. Драйвер файловой | |ОС как на используемые |начале каждого блока |системы может быть написан в | |символы, так и на длину |содержится указатель на |виде реентерабельного кода, | |имени. До недавнего времени |следующий блок. В этом случае|что позволяет сразу | |эти границы были весьма |адрес файла может быть задан |нескольким приложениям | |узкими. Так в популярной |одним числом - номером |выполнять операции с файлами.| |файловой системе FAT длина |первого блока. Фрагментация |Каждый драйвер файловой | |имен ограничивается известной|отсутствует. Файл может |системы в процессе | |схемой 8.3 (8 символов - |изменяться во время своего |собственной инициализации | |собственно имя, 3 символа - |существования, наращивая |регистрируется у | |расширение имени). Однако |число блоков. Недостатки: |переключателя, передавая ему | |пользователю гораздо удобнее |1)сложность реализации |таблицу точек входа, которые | |работать с длинными именами. |доступа к произвольно |будут использоваться при | |При переходе к длинным именам|заданному месту файла |последующих обращениях к | |возникает проблема |2)количество данных файла, |файловой системе. | |совместимости с ранее |содержащихся в одном блоке, |Для выполнения своих функций | |созданными приложениями, |не равно степени двойки (одно|драйверы файловых систем | |использующими короткие имена.|слово израсходовано на номер |обращаются к подсистеме | |Таким образом, одной из |следующего блока) |ввода-вывода, образующей | |важных задач становится |Рис. 1. Физическая |следующий слой файловой | |проблема генерации |организация файла |системы новой архитектуры. | |соответствующих коротких | |Подсистема ввода вывода - это| |имен. При реализации нового |Популярным способом является |составная часть файловой | |варианта FAT важной задачей |использование связанного |системы, которая отвечает за | |была задача хранения длинных |списка индексов. С каждым |загрузку, инициализацию и | |имен при условии, что |блоком связывается некоторый |управление всеми модулями | |принципиально метод хранения |элемент – индекс (см. рис |низших уровней файловой | |и структура данных на диске |1,в). Индексы располагаются в|системы. Обычно эти модули | |не должны были измениться. |отдельной области диска (в |представляют собой драйверы | |Файлы бывают разных типов: |MS-DOS это таблица FAT). Если|портов, которые | |1)обычные файлы 2)специальные|некоторый блок распределен |непосредственно занимаются | |файлы 3)файлы-каталоги. |некоторому файлу, то индекс |работой с аппаратными | |1)Обычные файлы в свою |этого блока содержит номер |средствами. Кроме этого | |очередь подразделяются на |следующего блока данного |подсистема ввода-вывода | |текстовые и двоичные. |файла. |обеспечивает некоторый сервис| |Текстовые файлы состоят из |Определить права доступа к |драйверам файловой системы, | |строк символов, |файлу - значит определить для|что позволяет им осуществлять| |представленных в ASCII-коде. |каждого пользователя набор |запросы к конкретным | |Это могут быть документы, |операций, которые он может |устройствам. Подсистема | |исходные тексты программ и |применить к данному файлу. |ввода-вывода должна постоянно| |т.п. Двоичные файлы не |Этот список может включать |присутствовать в памяти и | |используют ASCII-коды, они |следующие операции: |организовывать совместную | |часто имеют сложную |1)создание файла |работу иерархии драйверов | |внутреннюю структуру, |2)уничтожение файла |устройств. В эту иерархию | |например, объектный код |3)открытие файла и т.д. Права|могут входить драйверы | |программы или архивный файл. |доступа могут быть описаны |устройств определенного типа | |2)Специальные файлы - это |матрицей прав доступа (см. |(драйверы жестких дисков или | |файлы, ассоциированные с |рис. 2). В некоторых системах|накопителей на лентах), | |устройствами ввода-вывода, |пользователи могут быть |драйверы, поддерживаемые | |которые позволяют |разделены на отдельные |поставщиками (такие драйверы | |пользователю выполнять |категории. Для всех |перехватывают запросы к | |операции ввода-вывода, |пользователей одной категории|блочным устройствам и могут | |используя обычные команды |определяются единые права |частично изменить поведение | |записи в файл или чтения из |доступа. |существующего драйвера этого | |файла. | |устройства, например, | |3)Каталог - это, с одной | |зашифровать данные), драйверы| |стороны, группа файлов, | |портов, которые управляют | |объединенных пользователем | |конкретными адаптерами. | |исходя из некоторых | | | |соображений (файлы, | | | |составляющие один программный| | | |пакет), а с другой стороны - | | | |это файл, содержащий | | | |системную информацию о группе| | | |файлов, его составляющих. В | | | |каталоге содержится список | | | |файлов, входящих в него, и | | | |устанавливается соответствие | | | |между файлами и их | | | |характеристиками | | | |(атрибутами). | | | |Cписок вопросов | | | |к экзамену «Операционные | | | |системы» | | | |Введение в операционные | | | |системы: | | | |Операционная система. | | | |Определение. Функции | | | |операционных систем. | | | |Операционная система. | | | |Определение. Эволюция | | | |операционных систем. | | | |Операционная система. | | | |Определение. Классификация | | | |операционных систем по | | | |особенностям алгорифмов | | | |управления ресурсами, | | | |особенностям аппаратных | | | |платформ, особенностям | | | |областей использования. | | | |Обзор современных | | | |операционных систем. | | | |Архитектура операционной | | | |системы и ядра: | | | |Архитектура операционной | | | |системы. Режимы ядра и | | | |приложений. Многослойная | | | |архитектура. | | | |Архитектура операционной | | | |системы. Режимы ядра и | | | |приложений. Микроядерная | | | |архитектура. Достоинства и | | | |недостатки микроядерной | | | |архитектуры. | | | |Архитектура операционной | | | |системы. Режимы ядра и | | | |приложений. Средства | | | |программной и аппаратной | | | |поддержки операционной | | | |системы. | | | |Управление памятью: | | | |Иерархия памяти. Управление | | | |памятью без использования | | | |внешней памяти. | | | |Способы управления | | | |оперативной памятью. Типы | | | |адресов. Страничное | | | |распределение памяти, | | | |сегментно-страничное | | | |распределение. | | | |Способы управления | | | |оперативной памятью. Типы | | | |адресов. Сегментное | | | |распределение памяти, | | | |сегментно-страничное | | | |распределение. | | | |Способы управления | | | |оперативной памятью. Типы | | | |адресов. Сегментно-страничное| | | |распределение. | | | |Кэширование данных. Принцип | | | |работы кэш-памяти. Способы | | | |отображения данных на кэш. | | | |Кэш-память. Случайное | | | |отображени данных на кэш. | | | |Выполнение запроса с системах| | | |с кэш памятью. | | | |Кэш-память. Прямое отображени| | | |данных на кэш. Выполнение | | | |запроса с системах с кэш | | | |памятью. | | | |Двухуровневое кэширование. | | | |Принцип работы. Выполнение | | | |запроса с системах с | | | |многоуревневой кэш памятью. | | | | | | | |Для решения поставленных |Пока одна нить заблокирована,|[pic] | |проблем целесообразно |другая нить того же процесса |Вытесняющие и не вытесняющие | |разделить программное |может выполняться. Нити |алгоритмы планирования | |обеспечение ввода-вывода на |разделяют процессор так, как |Non-preemptive multitasking -| |четыре слоя (см. рис. 1) |это делают процессы, в |невытесняющая многозадачность| |1)Обработка прерываний |соответствии с различными |- это способ планирования | |2)Драйверы устройств |вариантами планирования. |процессов, при котором | |3)Независимый от устройств |Однако различные нити в |активный процесс выполняется | |слой операционной системы |рамках одного процесса не |до тех пор, пока он сам, по | |4)Пользовательский слой |настолько независимы, как |собственной инициативе, не | |программного обеспечения. |отдельные процессы. Все такие|отдаст управление | | |нити имеют одно и то же |планировщику ОС для того, | |Рис.1. Многоуровневая |адресное пространство. |чтобы тот выбрал из очереди | |организация подсистемы |Поскольку каждая нить может |другой, готовый к выполнению | |ввода-вывода |иметь доступ к каждому |процесс. | |Весь зависимый от устройства |виртуальному адресу, одна |Preemptive multitasking - | |код помещается в драйвер |нить может использовать стек |вытесняющая многозадачность -| |устройства. Каждый драйвер |другой нити. Между нитями нет|это такой способ, при котором| |управляет устройствами одного|полной защиты, потому что, |решение о переключении | |типа или одного класса. |во-первых, это невозможно, а |процессора с выполнения | |Первый шаг в реализации |во-вторых, не нужно. Все нити|одного процесса на выполнение| |запроса ввода-вывода состоит |одного процесса всегда решают|другого процесса принимается | |в преобразовании его из |общую задачу одного |планировщиком ОС, а не самой | |абстрактной формы в |пользователя, и аппарат нитей|активной задачей. | |конкретную. |используется здесь для более |Основным различием между | |Хотя большая часть |быстрого решения задачи путем|preemptive и non-preemptive | |программного обеспечения |ее распараллеливания. Кроме |вариантами многозадачности | |ввода-вывода находится внутри|разделения адресного |является степень | |ОС, некоторая его часть |пространства, все нити |централизации механизма | |содержится в библиотеках, |разделяют также набор |планирования задач. При | |связываемых с |открытых файлов, таймеров, |вытесняющей многозадачности | |пользовательскими |сигналов и т.п. |механизм планирования задач | |программами. Системные |Нити имеют собственные: |целиком сосредоточен в ОС, и | |вызовы, включающие вызовы |1)программный счетчик 2)стек |программист пишет свое | |ввода-вывода, обычно делаются|3)регистры 4)нити-потомки |приложение, не заботясь о | |библиотечными процедурами. |5)состояние. |том, что оно будет | |Набор подобных процедур |Нити разделяют: 1)адресное |выполняться параллельно с | |является частью системы |пространство 2)глобальные |другими задачами. При этом ОС| |ввода-вывода. Другой |переменные 3)открытые файлы |выполняет следующие функции: | |категорией программного |4)таймеры 5)семафоры |определяет момент снятия с | |обеспечения ввода-вывода |6)статистическую информацию. |выполнения активной задачи, | |является подсистема спулинга.|Некоторые прикладные задачи |запоминает ее контекст, | |Спулинг - это способ работы с|легче программировать, |выбирает из очереди готовых | |выделенными устройствами в |используя параллелизм, |задач следующую и запускает | |мультипрограммной системе. |например задачи типа |ее на выполнение, загружая ее| |Создается специальный процесс|"писатель-читатель", в |контекст. | |- монитор, который получает |которых одна нить выполняет |При невытесняющей | |исключительные права на |запись в буфер, а другая |многозадачности механизм | |использование данного |считывает записи из него. |планирования распределен | |устройства (принтер). Также |Поскольку они разделяют общий|между системой и прикладными | |создается специальный |буфер, не стоит их делать |программами. Прикладная | |каталог, называемый каталогом|отдельными процессами. В |программа, получив управление| |спулинга. |мультипроцессорных системах |от ОС, сама определяет момент| | |для нитей из одного адресного|завершения своей очередной | | |пространства имеется |итерации и передает | | |возможность выполняться |управление ОС с помощью | | |параллельно на разных |какого-либо системного | | |процессорах. Это один из |вызова, а ОС формирует | | |главных путей реализации |очереди задач и выбирает в | | |разделения ресурсов в таких |соответствии с некоторым | | |системах. |алгоритмом (например, с | | | |учетом приоритетов) следующую| | | |задачу на выполнение. Такой | | | |механизм создает проблемы как| | | |для пользователей, так и для | | | |разработчиков. | | | |Однако распределение функций | | | |планировщика между системой и| | | |приложениями не всегда | | | |является недостатком, а при | | | |определенных условиях может | | | |быть и преимуществом, потому | | | |что дает возможность | | | |разработчику приложений | | | |самому проектировать алгоритм| | | |планирования, наиболее | | | |подходящий для данного | | | |фиксированного набора задач. | | | |Так как разработчик сам | | | |определяет в программе момент| | | |времени отдачи управления, то| | | |при этом исключаются | | | |нерациональные прерывания | | | |программ в "неудобные" для | | | |них моменты времени. Кроме | | | |того, легко разрешаются | | | |проблемы совместного | | | |использования данных: задача | | | |во время каждой итерации | | | |использует их монопольно и | | | |уверена, что на протяжении | | | |этого периода никто другой не| | | |изменит эти данные. | | | |Существенным преимуществом | | | |non-preemptive систем | | | |является более высокая | | | |скорость переключения с | | | |задачи на задачу. | | | | | |Большое число уровней |Рис. 2. Матрица прав доступа |Иерархия каталогов может быть| |архитектуры файловой системы | |деревом или сетью. Каталоги | |обеспечивает авторам |Различают два основных |образуют дерево, если файлу | |драйверов устройств большую |подхода к определению прав |разрешено входить только в | |гибкость - драйвер может |доступа: 1)избирательный |один каталог, и сеть - если | |получить управление на любом |доступ, когда для каждого |файл может входить сразу в | |этапе выполнения запроса - от|файла и каждого пользователя |несколько каталогов. В MS-DOS| |вызова приложением функции, |сам владелец может определить|каталоги образуют древовидную| |которая занимается работой с |допустимые операции; |структуру, а в UNIX'е - | |файлами, до того момента, |2)мандатный подход, когда |сетевую. | |когда работающий на самом |система наделяет пользователя| | |низком уровне драйвер |определенными правами по |Рис. 1. Логическая | |устройства начинает |отношению к каждому |организация файловой системы | |просматривать регистры |разделяемому ресурсу (в | | |контроллера. Многоуровневый |данном случае файлу) в |а - одноуровневая; б - | |механизм работы файловой |зависимости от того, к какой |иерархическая (дерево); в - | |системы реализован |группе пользователь отнесен. |иерархическая (сеть) | |посредством цепочек вызова. | |Программист имеет дело с | |В ходе инициализации драйвер | |логической организацией | |устройства может добавить |Кэширование диска. В файловых|файла, представляя файл в | |себя к цепочке вызова |системах запросы к внешним |виде определенным образом | |некоторого устройства, |устройствам, в которых |организованных логических | |определив при этом уровень |адресация осуществляется |записей. Логическая запись - | |последующего обращения. |блоками, перехватываются |это наименьший элемент | |Подсистема ввода-вывода |промежуточным программным |данных, которым может | |помещает адрес целевой |слоем-подсистемой |оперировать программист при | |функции в цепочку вызова |буферизации. Подсистема |обмене с внешним устройством.| |устройства, используя |буферизации представляет |Даже если физический обмен с | |заданный уровень для того, |собой буферный пул, |устройством осуществляется | |чтобы должным образом |располагающийся в оперативной|большими единицами, | |упорядочить цепочку. По мере |памяти, и комплекс программ, |операционная система | |выполнения запроса, |управляющих этим пулом. |обеспечивает программисту | |подсистема ввода-вывода |Каждый буфер пула имеет |доступ к отдельной логической| |последовательно вызывает все |размер, равный одному блоку. |записи. На рис. 2 показаны | |функции, ранее помещенные в | |несколько схем логической | |цепочку вызова. |Функционирование любой |организации файла. Записи | |Внесенная в цепочку вызова |файловой системы можно |могут быть фиксированной | |процедура драйвера может |представить многоуровневой |длины или переменной длины. | |решить передать запрос дальше|моделью (см. рис. 3), в |Записи могут быть расположены| |- в измененном или в |которой каждый уровень |в файле последовательно | |неизмененном виде - на |предоставляет некоторый |(последовательная | |следующий уровень, или, если |интерфейс (набор функций) |организация) или в более | |это возможно, процедура может|вышележащему уровню, а сам, в|сложном порядке. В файловых | |удовлетворить запрос, не |свою очередь, для выполнения |системах ОС UNIX и MS-DOS | |передавая его дальше по |своей работы использует |файл имеет простейшую | |цепочке. |интерфейс (обращается с |логическую структуру - | | |набором запросов) |последовательность | | |нижележащего уровня. |однобайтовых записей. | | | | | | |Рис. 3. Общая модель файловой|Рис. 2. Способы логической | | |системы |организации файлов | | | | | | | |Процессы: | | | |Способы загрузки программ. | | | |Относительная и абсолютная | | | |загрузка. Оверлеи. | | | |Способы загрузки программ. | | | |Относительная и абсолютная | | | |загрузка. Загрузка | | | |операционной системы. | | | |Определение термина | | | |"процесс". Процессы и | | | |программы. Состояния | | | |процесса. Операции над | | | |процессами. | | | |Контекст и дескриптор | | | |процесса. Определение термина| | | |"процесс". Состояния | | | |процесса. | | | |Планирование процессов. | | | |Вытесняющие и невытесняющие | | | |алгоритмы планирования. | | | |Синхронизация параллельных | | | |процессов. Проблема | | | |критических участков. Подходы| | | |к решению проблемы | | | |(прерывания, семафоры, | | | |сигналы, блокировка). | | | |Cемафоры: определение, | | | |назначение, реализация. | | | |Потоки (нити) управления. | | | |Определение, назначение, | | | |состояния, операции. | | | | | | | |Устройства ввода-вывода, | | | |файловая система: | | | |Программное и аппаратное | | | |обеспечение устройств | | | |ввода-вывода. | | | |Файловая система. Файлы с | | | |точки зрения пользователя и | | | |системы. Логическая | | | |организация файла. | | | |Файловые системы. Общая | | | |структура и функционирование.| | | | | | | |Примеры организации файловых | | | |систем. | | | | | | | |Аппаратная поддержка | | | |операционных систем: | | | |Механизм прерываний | | | |процессоров семейства i80x86.| | | | | | | |Устройство процессоров | | | |i80x86. Назначение и | | | |традиционное применение | | | |регистров. | | | |Кодогенерация для языков | | | |высокого уровня: базовые | | | |блоки и способы адресации | | | |структур данных. | ----------------------- серверы ОС микроядро ядро пользовательский привелигерованный пользовательский привелигерованный Утилиты приложения Утилиты приложения микроядерная архитектура Классическая архитектура серверы ОС микроядро ядро пользовательский привелигерованный пользовательский привелигерованный Утилиты приложения Утилиты приложения микроядерная архитектура Классическая архитектура серверы ОС приложения Реализация системного вызова файловый сети процессов … Пользовательский привелигерованный микроядро Граф состояний процесса в многозадачной среде готовность ожидание выполнение а) готовность ожидание выполнение б) готовность ожидание выполнение |
|
