Функциональные компоненты ОС 1 Управление процессами 2 Управление

Функциональные компоненты ОС 1. Управление процессами 2. Управление памятью. 3. Управление файлами и внешними устройствами 4. Защита данных и администрирование 5. Интерфейс прикладного программного обеспечения. 6. Пользовательский интерфейс 1

Рассмотрим наиболее важные подсистемы ОС автономного компьютера. 2

1. Управление процессами Выполнение программы порождает процесс Для нового процесса ОС создает информационные структуры, где отражаются потребности процесса в ресурсах и фактически выделенные процессу ресурсы. ОС назначает область оперативной памяти, куда размещаются коды и данные процесса, предоставляет процессорное время, обеспечивает доступ к файлам и устройствам ввода-вывода. 3

1. Управление процессами В информационные структуры процесса включают вспомогательные данные о истории пребывания процесса в системе, о его текущем состоянии (активное или заблокированное), значение приоритета. В системе может существовать одновременно несколько процессов. Системные процессы инициализируются ОС, пользовательские процессы порождаются по инициативе пользователя или приложения. ОС ведет очереди заявок процессов на ресурсы 4

1. Управление процессами ОС защищает ресурсы одного процесса от остальных процессов, особенно их области оперативной памяти, адресное пространство процесса. Защищаются и файлы и внешние устройства. ОС может организовать совместное использование ресурса несколькими процессами, например, разрешить доступ к некоторой области памяти. 5

1. Управление процессами Выполнение процесса может быть многократно прервано и продолжено. Информация о состоянии операционной среды (состояние регистров, программного счетчика, режима работы процессора, указатели на открытые файлы, информация о незавершенных операциях ввода-вывода, коды ошибок системных вызовов выполненных процессом) называется контекстом процесса. При смене процесса происходит переключение контекста. 6

1. Управление процессами ОС синхронизирует процессы, например, ОС приостанавливает процесс до наступления некоторого события, завершения операции вводавывода. 7

1. Управление процессами Вывод. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, распределяет процессорное время между процессами, создает и уничтожает процессы, обеспечивает процессы ресурсами, синхронизирует процессы, организует взаимодействие процессов. 8

2. Управление памятью заключается в распределении физической памяти между процессами, загрузке кодов данных процессов в отведенные им области памяти, настройке адресно-зависимых кодов процесса на физические адреса, защите областей памяти процессов. 9

2. Управление памятью Существует несколько алгоритмов распределения памяти. Память может выделятся процессу в виде непрерывной области или несколькими несмежными областями. Граница области памяти может быть жестко зафиксирована или динамически перемещаться при выделении дополнительного объема памяти. В некоторых системах память выделяется страницами фиксированного размера, в других — сегментами переменной длины. 10

2. Управление памятью В современных ОС поддерживается механизм виртуальной памяти, что предоставляет в распоряжение программиста однородную оперативную память, объем которой существенно превышает физическую ОЗУ. В действительности данные хранятся на диске и при необходимости частями отображаются в физическую оперативную память. 11

2. Управление памятью Защита памяти предохраняет области памяти, выделенные процессу, от записи или чтения другим процессом. Правильно написанные программы не обращаются к чужому адресному пространству, но реальные программы содержат ошибки и могут такие попытки предпринимать. 12

2. Управление памятью Вывод. Функции ОС по управлению памятью: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процесса, защита памяти, вытеснение процесса из оперативной памяти на диск и возвращение их в оперативную память, настройка адресов программы на конкретную область физической памяти 13

3. Управление файлами и внешними устройствами Файловая система экранирует сложности реальной аппаратуры, организует хранение данных в файлах. Файлы группируются в каталоги, которые в свою очередь, могут входить в каталоги более высокого уровня. Пользователь может просматривать, удалять, сохранять, изменять содержимое файла и каталога. 14

3. Управление файлами и внешними устройствами ФС представляет наборы данных, разбросанные случайным образом по цилиндрам и поверхностям дисков, в виде удобной иерархической структуры файлов и каталогов. ФС преобразует символьные имена в физические адреса данных на диске, организует доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа. 15

3. Управление файлами и внешними устройствами ФС взаимодействует с подсистемой вводавывода, которая передает данные между дисками и оперативной памятью. Подсистема ввода-вывода играет роль интерфейса ко всем устройствам, подключенным к компьютеру. Номенклатура этих устройств насчитывает сотни моделей. Эти модели существенно различаются набором команд обмена информацией с процессором и памятью, кодировкой данных и другими деталями. 16

3. Управление файлами и внешними устройствами Программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учитывающая все его особенности, называется драйвером устройства. Драйвер может управлять единственной моделью устройства или группой устройств определенного типа. ОС должна поддерживать хорошо определенный интерфейс между драйвером и остальной частью ОС. 17

3. Управление файлами и внешними устройствами Этот унифицированный интерфейс строится на концепции файлового доступа. Обмен между любым внешним устройством выглядит как обмен с файлом, имеющим имя и представляющим неструктурированную последовательность байтов. А в качестве файла может выступать файл на диске, принтер, сетевой адаптер. ОС подменяет реальную аппаратуру удобной абстракцией. 18

4. Защита данных и администрирование Средства отказоустойчивости ОС направлены на защиту от сбоев и отказов аппаратуры, ошибок ПО, несанкционированного доступа. 19

4. Защита данных и администрирование Процедура логического входа защищает от несанкционированного доступа. ОС убеждается, что в систему входит пользователь с разрешения администратора. Функции защиты ОС связаны с с функциями администрирования. Администратор определяет права пользователя при обращении к файлам, каталогам, принтерам, сканерам. 20

4. Защита данных и администрирование Администратор может ограничить возможности пользователя при выполнении системных действий. Например, запретить завершение работы ОС, устанавливать системное время, завершать чужие процессы, изменять права доступа. На защиту также направлены на защиту функции аудита, которые фиксирует события, от которых зависит безопасность системы. Например, попытки неудачного входа в систему, доступ к каталогам и файлам. 21

4. Защита данных и администрирование Отказоустойчивость реализуется на основе резервирования. ОС создает несколько копий данных на разных дисковых накопителях. При отказе одного из устройств, ОС реконфигурирует систему и продолжает работу с резервным устройством. 22

5. Интерфейс прикладного программного обеспечения Возможности ОС доступные прикладному программисту в виде набора функций называются интерфейсом прикладного программирования (API). Программист обращается к функциям ОС например, при управлении аппаратными средствами. 23

5. Интерфейс прикладного программного обеспечения Для разработчиков приложений особенности ОС задаются особенностями ее API. ОС, удовлетворяющее некоторому стандарту API, позволяют переносить приложения межу внутренне различными ОС. Приложения обращаются к функциям API с помощью системных вызовов, что похоже на вызов подпрограмм. 24

6. Пользовательский интерфейс ОС создает удобный интерфейс для человека — пользователя, администратора, программиста. Современные ОС поддерживают интерфейс для интерактивной работы двух типов — алфавитно-цифровой и графический. 25

6. Пользовательский интерфейс При работе с алфавитно-цифровым терминалом пользователь имеет в распоряжении систему команд. Командный язык позволяет запускать и останавливать приложения, выполнять операции с файлами и каталогами, получать информацию о состоянии ОС, администрировать систему. Команды могут вводиться интерактивно или считываться из командного файла. Модуль ОС, ответственный за чтение команд, называется командным интерпретатором. 26

6. Пользовательский интерфейс При графическом интерфейсе ввод команд упрощен. Для выполнения нужного действия пользователь выбирает на экране нужный пункт меню или графический символ. 27

Вопросы Перечислите функциональные компоненты ОС. Какие действия выполняет ОС при работе с процессом? Какие два типа процессов существуют в системе? 28

Вопросы Как ОС защищает ресурсы одного процесса от других? Как ОС может организовать взаимодействие ресурсов? Что называют контекстом процесса? 29

Вопросы Что означает синхронизация процессов? В чем заключается управление памятью? Какие существуют алгоритмы распределения памяти? 30

Вопросы Что означает механизм виртуальной памяти? Что предполагает защита памяти? Перечислите функции ОС по управлению памятью. 31

Вопросы Что делает файловая система ОС? Какую роль играет подсистема вводавывода? Что такое драйвер устройства? 32

Вопросы В чем заключается концепция файлового доступа? В чем заключается администрирование? С чем связана защита данных? 33

Вопросы На основе чего реализуется отказоустойчивость ОС? Дайте определение понятию «Интерфейс прикладного программирования» Определите пользовательский интерфейс, перечислите его виды. 34