Системное программное обеспечение Лекции по курсу Преподаватель

«Системное программное обеспечение» Лекции по курсу Преподаватель Исаева Г. Н. Группа УИ-04 2010 г.

Структура программного обеспечения: ПО Системное ПО ОС, драйверы, утилиты, архиваторы Прикладное ПО Пакеты прикладных программ, прикладные программы Инструментальное Традиционные средства проектирования, визуальные ср-ва пр-ия

Структура ПО персонального компьютера: Прикладное ПО Служебное ПО Системное ПО Базовое ПО

Операционная система – это комплекс взаимосвязанных системных программ, обеспечивающий пользовательский интерфейс и предназначенный для наиболее эффективного расходования ресурсов ВС и организации вычислений.

Интерфейс – Interface – комплекс спецификаций, определяющий конкретный способ взаимодействия пользователя с компьютером.

Виды интерфейса: q Пользовательский; q Программный; q Аппаратно - программный.

Пользовательский интерфейс Пользователь ОС

Архитектура ОС - структурная организация ОС на основе различных программных модулей В состав ОС входят: l l l исполняемые и объектные модули библиотеки разных типов модули исходного текста программ модули специального формата конфигурационные файлы

Классификация ОС по назначению; по режиму обработки задач; по способу взаимодействия с системой; Ø по основному архитектурному принципу. Ø Ø Ø

По назначению: общего назначения; 2. специального назначения: 1. ОС для носимых микрокомпьютеров и различных встроенных систем; l ОС для организации и ведения БД l ОС для решения задач реального времени и т. п. l

По режиму обработки задач: 1. ОС, обеспечивающие однопрограммный режим; 2. ОС , обеспечивающие мультипрограммный (мультизадачный) режимы.

По способу взаимодействия с компьютером: 1. Диалоговые системы: • однопользовательские(однотерминальные) ОС; • мультитерминальные ОС. 2. Системы пакетной обработки.

По основному архитектурному принципу: микроядерные(ОС РВ QNX ); 2. макроядерные (монолитные) (Windows 95/98 или ОС Linux). 1.

Состояния процесса

ГРАФ СОСТОЯНИЙ ПРОЦЕССА

Дисциплины диспетчеризации

Алгоритмы планирования

Вытесняющие алгоритмы

Приоритетные алгоритмы планирования

Назначение приоритетов в Windows NT

Дисциплина диспетчеризации FCFS

Карусельная дисциплина диспетчеризации

Критерии алгоритмов диспетчеризации l. Загрузка ЦП l. Пропускная способность центрального процессора l. Время оборота l. Время ожидания l. Время отклика

Память

Память в операционных системах l Оперативная память — это важнейший ресурс любой вычислительной системы l Память является разделяемым ресурсом l Главная задача - организация разделения памяти для выполняющихся процессов и потоков

Память и отображения Физическая память представляет собой упорядоченное множество ячеек реально существующей оперативной памяти, и все они пронумерованы, то есть к каждой из них можно обратиться, указав ее порядковый номер (адрес). Количество ячеек физической памяти ограниченно и фиксировано.

Соотношения объемов адресных пространств: q объем виртуального адресного пространства программы меньше объема физической памяти (Vv < Vp); q объем виртуального адресного пространства программы равен объему физической памяти (Vv = Vp); q объем виртуального адресного пространства программы больше объема физической памяти (Vv > Vp).

Виртуализация ОП

Адресное пространство

Типы адресов

Схемы распределения памяти для однопрограммных ОС Простое непрерывное распределение - предполагается условное разбиение памяти на три области: • область, занимаемая операционной системой; • область, в которой размещается исполняемая задача; • незанятая ничем (свободная) область памяти.

Схемы распределения памяти для однопрограммных ОС Распределение с перекрытием Если есть необходимость создать программу, логическое адресное пространство которой должно быть больше, чем свободная область памяти, или даже больше, чем весь возможный объем оперативной памяти, то используется распределение с перекрытием — так называемые оверлейные структуры (от overlay ~ перекрытие, расположение поверх чего -то). Этот метод распределения предполагает, что вся программа может быть разбита на части — сегменты. Каждая оверлейная программа имеет одну главную (main) часть и несколько сегментов (segments), причем в памяти машины одновременно могут находиться только ее главная часть и один или несколько не перекрывающихся сегментов .

Классификация методов распределения памяти в мультипрограммных 0 С

Сегментный способ организации виртуальной памяти

Страничный способ организации виртуальной памяти

Сегментно-страничный способ организации виртуальной памяти виртуальный адрес состоит из трех компонентов: сегмента, страницы и индекса l логически законченные части — сегменты l виртуальный адрес содержит указание на номер соответствующего сегмента. l смещение относительно начала сегмента — в свою очередь может быть представлено состоящим из двух полей: виртуальной страницы и индекса l

Сегментно-страничный способ организации виртуальной памяти Недостатки: этот способ организации виртуальной памяти вносит еще большую задержку доступа к памяти требует очень значительных затрат вычислительных ресурсов и его не так просто реализовать, используется он редко, причем в дорогих мощных вычислительных системах

Сегментно-страничный способ организации виртуальной памяти Достоинства: q Разбиение программы на сегменты позволяет размещать сегменты в памяти целиком. q Сегменты разбиты на страницы, все страницы сегмента загружаются в память. Это позволяет сократить число обращений к отсутствующим страницам, поскольку вероятность выхода за пределы сегмента меньше вероятности выхода за пределы страницы

Сегментно-страничный способ организации виртуальной памяти

Управление вводом-выводом в операционных системах

Управление вводом-выводом в операционных системах ввод-вывод считается одной из самых сложных областей проектирования операционных систем, в которой сложно применить общий подход и в которой изобилуют частные методы

Управление вводом-выводом в операционных системах Главным является следующий принцип: любые операции по управлению вводомвыводом объявляются привилегированными и могут выполняться только кодом самой операционной системы. Управление вводом-выводом осуществляется компонентом операционной системы - супервизором ввода-вывода.

Режимы управления вводом -выводом Режим обмена с опросом готовности устройства ввода-вывода. нерационально используется время центрального процессора 1. Режим обмена с прерываниями. Режим асинхронного управления 1. Максимальный интервал времени, в течение которого устройство ввода-вывода должно выдать сигнал запроса на прерывание - тайм-аут.

Режим обмена с прерываниями Драйверы, работающие в режиме прерываний, представляют собой сложный комплекс программных модулей и могут иметь несколько секций: секцию запуска, одну или несколько секций продолжения и секцию завершения.

Основные системные таблицы ввода-вывода

Таблица оборудования l- (equipment table), а каждый элемент этой таблицы называется UCB(Unit Control Block — блок управления устройством ввода-вывода) l Содержит информацию обо всех устройствах ввода-вывода, подключенных к вычислительной системе

Таблица логических имён l- таблица виртуальных логических устройств (Device Reference Table, DRT). l- назначение этой таблицы — установление связи между виртуальными (логическими) устройствами и реальными устройствами, описанными посредством таблицы оборудования.

Таблица прерываний l- необходима для организации обратной связи между центральной частью и устройствами ввода-вывода. l - эта таблица указывает для каждого сигнала запроса на прерывание тот элемент UCB, который сопоставлен данному устройству

Процесс управления вводомвыводом

Режимы ввода-вывода По отношению к программному модулю, запросившему операцию ввода-вывода, эта операция может выполняться в синхронном или асинхронном режиме.

Режимы ввода-вывода В синхронном режиме программный модуль приостанавливает свою работу до тех пор, пока операция вводавывода не будет завершена; 2) В асинхронном режиме программный модуль продолжает выполняться в мультипрограммной среде одновременно с операцией ввода-вывода 1)

Организация внешней памяти на магнитных дисках

Организация внешней памяти на магнитных дисках l блоки данных на окружностях называют секторами (sectors). l размер сектора стандартный - 512 байт хранимых данных. l все сектора пронумерованы l помимо данных пользователя на МД размещается и служебная информация (сервоинформация) располагается в межсекторных промежутках.

Логическая структура магнитного диска l Можно поделить все дисковое пространство на несколько частей — разделов (partitions), а можно его и не делить. l Деление НЖМД на разделы позволяет организовать на одном физическом устройстве несколько логических; в этом случае говорят о логических дисках.

кластеры Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (точнее — только в области данных). Кластер — это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу (или некорневому каталогу).

Главная загрузочная запись - структура данных, несущая информацию о логической организации диска, вместе с небольшой программой, с помощью которой можно ее проанализировать, а также найти и загрузить в оперативную память программу загрузки операционной системы.

Главная загрузочная запись (Master Boot Record, MBR). MBR располагается в самом первом секторе НЖМД - в секторе с координатами 0 -0 -1. Программа, расположенная в MBR, носит название внесистемного загрузчика (Non System Bootstrap, NSB).

Таблица разделов l- содержит информацию об организации диска l - структура данных, называемая таблицей разделов (Partition Table, PT), занимает всего 64 байт l - таблица разделов располагается в MBR по смещению 0 x 1 ВЕ и содержит четыре элемента

Таблица разделов

Задачи ОС по управлению файлами и устройствами 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. организация параллельной работы устройств вводавывода и процессора; согласование скоростей обмена и кэширование данных; разделение устройств и данных между процессами; предоставление удобного программного интерфейса к устройствам; поддержка широкого спектра драйверов с возможностью простого включения в систему нового драйвера; динамическая загрузка и выгрузка драйверов; поддержка нескольких файловых систем; поддержка синхронных и асинхронных операций вводавывода.

Структура логического диска в FAT

Системная область l Системная область логического диска создается и инициализируется при форматировании, а в последующем обновляется при работе с файловой структурой.

Cистемная область состоит из: l загрузочной записи (Boot Record, BR); l зарезервированных секторов (Reserved Sectors, Res. Sec); l таблицы размещения файлов (File Allocation Table, FAT); l корневого каталога (Root Directory, RDir).