201 lines
17 KiB
Markdown
201 lines
17 KiB
Markdown
**Операционная система** - программное обеспечение, управляющее аппаратными ресурсами и предоставляющее прикладным программам удобные абстракции ^bd03ae
|
||
- Как *менеджер ресурсов* - управляет ресурсами, отслеживая их состояние и планируя их использование.
|
||
Виды ресурсов:
|
||
- вычислительные ресурсы (ЦП)
|
||
- оперативная память и уст-ва долговременного хранения данных (жесткий диск и т.д.)
|
||
- устройства ввода/вывода
|
||
- сетевые соединения
|
||
- Как *виртуальная машина* - выполняет абстрагирование аппаратного обеспечения до уровня логических ресурсов ОС с четко определенными интерфейсами. Поддерживает абстракции, которых не существует на аппаратном уровне.
|
||
- Аппаратные ресурсы - абстракции ОС
|
||
- Жёсткий диск - ФС
|
||
- Принтеры - очередь печати
|
||
- ЦП - поток
|
||
- ОЗУ - процесс
|
||
|
||
[[#^bd03ae|ОС]] формирует **операционную среду** - среду выполнения ПО
|
||
Условия выполнения программ: ^ed3cc0
|
||
- Мн. команд ЦП, доступное ПО
|
||
- Мн. сис. функ. ОС, доступное ПО
|
||
- Тип и структура ВАП (Виртуальное Адресное Пространство) ПО, использующей модель адресации
|
||
|
||
**Spool** - одновременное выполнение нескольких операций в переферии
|
||
|
||
**Многозадачность** - свойство ОС, позволяющее обрабатывать несколько задач параллельно.
|
||
|
||
В ОЗУ загружаются несколько процессов. IO одного процесса выполняется параллельно с вычислениями другой
|
||
Цель - оптимизация пропускной способности системы
|
||
|
||
**ОС разделения времени** - подход, который требуется для интерактивной работы, при котором у одной ЭВМ несколько терминалов и каждый пользователь считает, что ему польностью выделена вычислительная система
|
||
Для её реализации, была создана идея разделения времени - *Timeslicing*. Задачи:
|
||
- Распределение времени ЦП равномерно между пользователями
|
||
- Если задача интерактивная, нужно переключаться между пользователями и ПО быстрее, чем пользователи производят ввод
|
||
- Пользователи могут интерактивно просматривать, редактировать и отдаэивать выполняющиеся программы
|
||
|
||
Классификация ОС по назначению:
|
||
- Системы пакетной обработки (максимальная пропускная способность)
|
||
- Системы разделения времени (удобство и эффективность работы пользователя)
|
||
- ОС реального времени (способность выдерживать заданные интервалы времени между возникновением события и завершения его обработки)
|
||
|
||
По режиму обработки задач:
|
||
- По поддержке многозадачности
|
||
- однозадачные
|
||
- многозадачные
|
||
- По поддержке многопоточности
|
||
- По поддержке многопроцессорной обработки
|
||
|
||
По организации пользовательской работы
|
||
- Однопользовательские и многопользовательские
|
||
- Односессионные и многосессионные
|
||
|
||
**Монолитная архитектура ОС** - система, построенная с помощью монолитного ядра
|
||
**Монолитное ядро** - множество процедур, которые
|
||
- выполняются на одном уровне привелегий
|
||
- используют одно множество данных
|
||
- вызывают друг друга непосредственно (без спец. механизмов)
|
||
|
||
**Многослойная (уровневая) архитектура ОС** - ОС разбивается на несколько компонентов, между которыми выстраивается вертикальная архитектура (каждый компонент может взаимодействовать только со своими соседями)
|
||
|
||
**Микроядерная архитектура ОС** - архитектура, основная идея которой минимизация объёма кода, выполняющегося на уровне ядра. На микроядре реализуют минимальный функционал ОС. Всё остальное - прикладные программы
|
||
*Плюсы*:
|
||
- понятная архитектура
|
||
- устойчивая система
|
||
- возможность скомпоновать ОС под определённые нужны
|
||
|
||
*Минусы*:
|
||
- низкая производительность
|
||
- медленная работа из-за переходов между компонентами через ядро
|
||
|
||
**Архитектура, основанная на ВМ** - архитектура, основная идея которой является то, что ОС поддерживает отдельные копии [[#^ed3cc0|операционных сред]] для разных работающих приложений (для разделение работы)
|
||
Позже появилась поддержка аппаратного виртуального обеспечения, которое произволится с помощью специального ПО
|
||
*Плюсы*:
|
||
- падение одного приложение не повлечёт отказ остальных
|
||
*Минусы*:
|
||
- низкая производительность реальной ОС при IO-операциях
|
||
|
||
**Паравиртуализация** - идея, суть которой в том, что при выполнении некоторого набора операций ОС, работающая на ВМ, напрямую вызывает хостовую ОС, которая работает с реальным аппаратным обеспечением
|
||
*Ограничение*: хостовая и гостевая ОС должны быть одинаковыми
|
||
|
||
**Расширяемость** - возможность модификации, ничего не сломав (модульность, объектная и микроядерная архитектура)
|
||
|
||
**Переносимость** - возможность переноса кода на другую аппаратную платформу. Повысить переносимость можно:
|
||
- использовав ЯВУ
|
||
- оптимизировав код
|
||
- локализировав и изолировав код
|
||
|
||
**Совместимость** - способность выполнять программы, написанные для других ОС (или более старых версий себя), а также другой архитектуры
|
||
|
||
**Безопасность** - защиты ресурсов пользователей друг от друга. Категории:
|
||
- D - нет требований
|
||
- C - наличие подсистемы учёта событий безопасности
|
||
- C2 = есть средство входа, права к объектам, аудит безопасности, защита памяти
|
||
- B - использование помеченных данных и распределение пользователей по категориям
|
||
- A - наличие формального доказательства соответствия системы требованиям безопасности
|
||
|
||
**Windows NT**
|
||
*Уровень аппаратной абстракции* - обеспечивает вышележащим уровням приемлимые абстракции hardware
|
||
*Ядро* - планирование, обработка прерываний и исключений, многопроцессорность, обработка сбоев
|
||
*Менеджер объектов* - создаёт, удаляет и управляет объектами (выделение памяти, управление дескрипторами, каталогами объектов)
|
||
*Монитор безопасности* - устанавливает правила защиты на локальный компьютер
|
||
*Менеджер процессор* - управляет процессами и потоками
|
||
*Средства LPC* - оптимизированный вариант более общего средства - удалённого вызова процедур (передача коротких и длинных сообщений)
|
||
*Менеджер виртуальной памяти* - управление физической памятью, поддержка АП ядра и процессов
|
||
*Менеджер IO* - представляет средства IO, независимо от их устройств
|
||
|
||
**UNIX**
|
||
*Аппаратный контроль* - обеспечивает вышележащим уровням приемлимые абстракции hardware
|
||
*Взаимодействие процессов* - реализация механизмов IPC
|
||
*Планировщик* - управление (распределение) временем ЦП
|
||
*Управление памятью* - управление физической памятью, поддержка АП ядра и процессов
|
||
|
||
**Поток** - абстракция: последовательное выполнение команд программы во времени ^308759
|
||
|
||
Совместно используют глобальные и статические переменные, динамическую память и системные ресурсы, выданную [[#^c7de0d|процессу]]
|
||
Имеет собственные счётчик (IP), значения регистров и локальные переменные
|
||
|
||
|
||
**Процесс** - абстракция: программа во время выполнения; совокупность потоков и ресурсов ^c7de0d
|
||
|
||
ОС выделяет процессу ресурсы:
|
||
- Адресное пространство
|
||
- Файлы
|
||
- IO
|
||
|
||
**Многопоточные процессы** - процессы с несколькими потоками
|
||
|
||
**Контекст** - множество информации, полностью описывающее состояние состояние объекта
|
||
*Контекст [[#^c7de0d|процесса]]*:
|
||
- Информация о процессе
|
||
- АП процесса
|
||
- Структура и содержимое пользовательской части АП процесса
|
||
- Множество ресурсов, выделенных процессу, и их состояние
|
||
|
||
*Контекст [[#^308759|потока]]*:
|
||
- Информация о потоке
|
||
- Множество ресурсов, выделенных потоку, и их состояние
|
||
- Аппаратные контекст исполнения потока
|
||
|
||
**Переключение контекста** происходит при переходе к исполнению другого потока
|
||
|
||
При переключении необходимо:
|
||
1. Сохранить контекст текущего потока
|
||
2. Если следующий поток принадлежит другому процессу:
|
||
1. Сохранить контекст текущего процесса
|
||
2. Загрузить контекст следующего процесса
|
||
3. Загрузить контекст следующего потока
|
||
|
||
**Диаграмма состояний потока в однозадачной среде**
|
||
*Создание* - ОС обслуживает запрос на создание потока
|
||
*Завершение* - ОС обслуживает запрос на завершение потока
|
||
*Выполнение* - состояние работающего потока, выполняющегося на ЦП
|
||
*Ожидание* - выполнение потока заблокировано до наступление некого внешнего события
|
||
|
||
**Диаграмма состояний потока во многозадачной среде**
|
||
*Выполнение* - состояние работающего потока, обладающими всеми необходимыми ресурсами, в т.ч. возможностью использования ЦП
|
||
*Готов к выполнению* - поток обладает всеми нелюходимыми для выполнения ресурсами, кроме времени ЦП
|
||
|
||
**Дескриптор [[#^c7de0d|процесса]]** - структура данных, которая используется для описания процесса Включает в себя: ^6b0413
|
||
- Идентификатор процесса
|
||
- Групповые параметры процесса
|
||
- Состояние процесса
|
||
- Статистические данные
|
||
- Описание АП процесса
|
||
- Контекст IO
|
||
- Контекст безопасности
|
||
- Текущие системные параметры выполнения
|
||
- Код завершения процесса
|
||
- Параметры, используемые в случае конкуренции между процессами за ресурс для определения приоритета
|
||
|
||
**Дескриптор [[#^308759|потока]]** - структура данных, которая используется для описания процесса. Включает в себя:
|
||
- Идентификатор потока
|
||
- Идентификатор владельца - процесса
|
||
- Параметры, используемые в случае конкуренции между потоками за ресурс для определения приоритета
|
||
- Статистические данные
|
||
- Аппаратные контекст выполнения потока
|
||
- Код завершения потока
|
||
|
||
**Создание процесса в Windows**
|
||
1. Создание и инициализация (всех полей) дескриптора
|
||
2. Создание и заполнение необходимыми данными ВАП
|
||
3. Выделение ресурсов, которые он может использовать сразу после создания
|
||
4. Оповещение подсистем, занимающимися управлением процессов, о создании нового процесса
|
||
5. Создание первичного потока
|
||
|
||
**Завершение процесса в Windows**
|
||
1. Завершение выполнения всех потоков процесса
|
||
2. Сохранение статистических данных и кода возврата процессора в дескрипторе
|
||
3. Перевод всех ресурсов, принадлежащих процессу, в стабильное и непротиворечивое состояние
|
||
4. Освобождение этих ресурсов
|
||
5. Освобождение ВАП, а затем его уничтожение
|
||
6. Оповещение подсистем, занимающимися управлением процессов, о завершении процесса
|
||
7. Установка состояние процесса `завершён`
|
||
Остаётся только [[#^6b0413|дескриптор]]. Его уничтожение зависит от реализации
|
||
|
||
**Создание потока в Windows**
|
||
1. Создание и инициализация (всех полей) дескриптора
|
||
2. Создание структур данных, необходимых потоку
|
||
3. Инициализация аппаратного контекста
|
||
4. Оповещение подсистем, занимающимися управлением потоков, о создании нового потока
|
||
5. Установка состояние потока `готов к исполнению`
|
||
|
||
**Завершение потока в Windows**
|