Operációs rendszerek (PMB1206)

Nyíregyházi Főiskola Matematika és Informatika Intézete

01

Operációs rendszerek PMB1206 Dr. Bajalinov Erik NyF MII 2012 Félévi tematika Hét

Dr. Bajalinov Erik

1 2 3 4 5 6

2012.02.15 2012.02.22 2012.02.29 2012.03.07 2012.03.14 2012.03.21

Előadás Bevezetés, történet, fajták, strukturák Processzusok, Szálak, IPC Ütemezés Deadlock es algoritmusok Memória kezelés 1 Memória kezelés 2

7 8 9 10 11 12 13 14 15

2012.03.28 2012.04.04 2012.04.11 2012.04.18 2012.04.25 2012.05.02 2012.05.09 2012.05.16 2012.05.23

Input Output 1 Input Output 2 Tavaszi szünet File rendszerek felépítése 1 File rendszerek felépítése 2 Biztonság Miltiprocesszoros rendszerek Egyéb operációs rendszerek Összefoglaló

Gyakorlat általásos ismeretek jogosultságrendszer, chmod fájlműveletek fájlműveletek szűrés, keresés reguláris kifejezések, Regex Coach zh1 shed, XVI32 awk, Cygwin vi, WinVi shell scriptek, *.bat fájlok zh2 pótzh

Operációs rendszerek (PMB1206)

1


01

Bevezetés 1. Mi az operációs rendszer? 2. Korai rendszerek. 3. A kötegelt feldolgozás egyszerű rendszerei. (Simple Batch) 4. A kötegelt feldolgozás multiprogramozott rendszerei.

(Multiprogramming Batched Systems) 5. Időosztásos (time-sharing) rendszerek. 6. Személyi számítógépes rendszerek. 7. Párhuzamos rendszerek. 8. Elosztott rendszerek. 9. Valós idejű rendszerek.

Dr. Bajalinov Erik


2


01

Mi az operációs rendszer? Operációs rendszer: Egy program (rendszer), amely közvetítő szerepet játszik a számítógép felhasználója és a számítógép hardver között.

Operációs rendszer célok: 1. Felhasználói programok végrehajtása, a felhasználói feladatmegoldás megkönnyítése. 2. A számítógép rendszer használatának kényelmesebbé tétele. 3. A számítógép hardver kihasználásának hatékonyabbá tétele.

Dr. Bajalinov Erik


3


01

Számítógép rendszerek komponensei (séma) 1. Hardver – az alapvető számítási erőforrásokat nyújtja (CPU, operatív memória, I/O berendezések). 2. Operációs rendszer – koordinálja és vezérli a hardver erőforrások különböző felhasználók különböző alkalmazói programjai által történő használatát. 3. Alkalmazói programok – definiálják azt a módot, ahogyan az egyes rendszer-erőforrásokat a felhasználók számítási problémáinak megoldásához föl kell használni (fordítók, adatbázis kezelők, videó játékok, ügyviteli programok). 4. Felhasználók (emberek, gépek, más számítógépek).

Dr. Bajalinov Erik


4


01

Számítógép rendszerek komponensei (séma)

Dr. Bajalinov Erik


5


01

A számítógép funkcionális felépítése

Dr. Bajalinov Erik


6


01

A számítógép funkcionális struktúrája

Dr. Bajalinov Erik


7


01

Operációs rendszer definíciók (nézetfüggő) 1.Erőforrás allokáló/kiosztó – menedzseli és kiosztja a hardver erőforrásokat. 2.Felügyelő program – felügyeli a felhasználói programok végrehajtását, az I/O berendezések működését. 3.Kernel (mag) – az egyetlen program, amelyik "állandóan fut" (minden más program alkalmazói program).

Dr. Bajalinov Erik


8


01

Korai rendszerek – "pucér" gépek (1945-1955), operációs rendszerek nélkül. MARK I. Hardver – relék, kommutációs panelek. A számítógépes rendszerek fejlődését erősen befolyásolta a második világháború (rakéták pályájának kiszámítása, kódolt szövegek megfejtése, stb.)

1939 ABC - az első digitális számítógép. Dr. John Astanasoff tervezte.

Dr. Bajalinov Erik


9


01

1944 Mark I - az első amerikai általános célú számítógép, amelyet programok vezéreltek (Re lékkel működött). A Harvard egyetemen tizenöt évig használták. 1945 MARK II - az első "bug". A Mark II fejlesztése közben a számítógép egyik reléje elromlott, és a kutatók egy agyonütött molylepkét találtak az érintkezői között. Azt tartják, hogy ez az eredete az angol "bug" (bogár, apró programhiba) és a debugging (hibakeresés) szakkifejezéseknek. 1945 ENIAC - Electronic Numeric Integrator and Computer. 30 tonna, 18 ezer rádiócső, programozáshoz 6000 kapcsolót kellett átállítani.

Dr. Bajalinov Erik


10


01

Tranzisztor alapú gépek (1955-1965), kötegelt feldolgozás (Simple Batch) I. Szerkezeti jellemzők    

a nagyméretű gépet a konzolról irányítják, egy felhasználós rendszer, a programozó egyben operátor is, lyukszalagos és/vagy lyukkártyás adatbevitel és kivitel.

Dr. Bajalinov Erik


11


01

Korai szoftver      

assemblerek, betöltők (loader-ek), kapcsolat szerkesztők (linkage editor), közös szubrutin-könyvtárak, fordítók (compiler-ek), I/O berendezés kezelő rutinok (device driver-ek).

Biztonság - ? Drága erőforrások rossz hatékonyságú kihasználása  alacsony CPU kihasználtság,  jelentős mennyiségű "beállítási idő" (setup time).

Dr. Bajalinov Erik


12


01

A kötegelt feldolgozás rendszerei (Simple Batch) II. Professzionális operátor.  Felhasználó saját alkalmazást készít és átadja operátornak.  Rendszer rendelkezik egy/több kártyaolvasóval.  Automatikus soros munka végrehajtása (job sequencing): a vezérlés egyik job-ról (a job vége után) automatikusan kerül át a következőre. 



Dr. Bajalinov Erik


13


01

Az első elemi operációs rendszer megjelenése. Rezidens monitor (felügyelőprogram, schedular) működési elve: kezdetben a vezérlés a monitornál van, a vezérlés átadódik a job-nak, ha a job befejeződött a vezérlés vissza kerül a monitorhoz.

Egy tipikus job szerkezete és a számítógépes problémamegoldás folyamata, job-lépés (jobstep). Problémák: 1. Hogyan szerezhet a monitor tudomást az adott job természetéről (pl. FORTRAN vagy ASSEMBLY nyelvű-e?), vagy melyik programot kell végrehajtani? 2. Hogyan tudja a monitor megkülönböztetni  egyik job-ot a másiktól?  az adatot a programtól?

Megoldás: Vezérlő kártyák, pozicionálás, JCL-nyelv (Job Controlling Language) Speciális kártyák, amelyek megmondják a monitornak, mely programot kell futtatni ($JOB, $FTN, $RUN, $DATA, $END) Dr. Bajalinov Erik


14


01

Speciális karakterek különböztetik meg az adat és program kártyákat. (//, $, 7-2, lyukasztás)

Dr. Bajalinov Erik


15


01

A kötegelt feldolgozás rendszerei (Simple Batch) III. A rezidens monitor funkcionális részei  Vezérlő kártya interpreter (értelmező) – felelős a vezérlőkártyák beolvasásáért és értelmezéséért.  Betöltő (loader) – háttértárból betölti az egyes rendszer és felhasználói programokat az operatív memóriába.  Készülék meghajtó programok (device drivers) – ismerik a rendszer az egyes I/O berendezéseinek tulajdonságait és működtetésük logikáját. Előny: csökken a beállítási idő (setup time)! Probléma: Alacsony teljesítmény – mivel az I/O és a CPU műveletek nem fedhetik át egymást (párhuzamosság!) és a kártyaolvasó nagyon lassú! Megoldás: Off-line elő- és utófeldolgozás – a job-okat egy másik (olcsóbb, egyszerűbb) gép segítségével szalagra másoljuk, ill. az eredményeket (mágneses) szalagra írjuk, majd a főgépen (mainframe) a több job-ból összeállított csomagot (batch) futatjuk.

Dr. Bajalinov Erik


16


01

A kötegelt feldolgozás rendszerei (Simple Batch) IV. Még jobb megoldás: Spooling (SPOOL - Simultaneous Peripheral Operation On Line) IBM704, 1960.

Mialatt egy job végrehajtódik, az operációs rendszer: 1. 2.

beolvassa a következő job-ot a kártyaolvasóról a lemezre (job queue) egy előző job által nyomtatni szánt adatokat lemezről printerre továbbítja,

Ennek következtében drasztikusan növekszik a CPU kihasználtsága! Job pool – olyan adatszerkezet, amelynek segítségével az operációs rendszer kiválaszthatja a lemezről a következő job-ot. Dr. Bajalinov Erik


17


01

A kötegelt feldolgozás multiprogramozott rendszerei. (Multiprogramming Batched Systems) Alapelv néhány job (step) futtatható kódja állandóan az operatív memóriában helyezkedik el és készen áll arra, hogy „utasításokkal lássa el” a CPU-t. Vigyázat Nem „párhuzamosan futó” programokról van szó! Az operációs rendszer valamilyen stratégia szerint adja oda a CPU-t a sorban álló futásra kész programoknak.

A multiprogramozás által az operációs rendszerekkel szemben támasztott követelmények: Az I/O-nak az operációs rendszer részéről történő teljes körű felügyelete. (adat- és programkód-védelem!) 

Dr. Bajalinov Erik


18


01

Az I/O-t az operációs rendszer nem egyszerűen támogatja, hanem végrehajtásához elkerülhetetlen.  Hardver feltételek (kernel/supervisor mode, privileged operations) 

Memória gazdálkodás – a rendszernek fel kell osztania a memóriát a futó job-ok között. Hardver feltételek (kernel/supervisor mode, privileged operations, 

segmentation)

CPU ütemezés – a rendszernek választani kell tudni a futásra kész job-ok között.  Eszközökhöz való hozzárendelés. Nem „jut” minden job-nak printer, lemez, 

stb.

Dr. Bajalinov Erik


19


01

Időosztásos (TS - time-sharing) rendszerek – interaktivitás CTSS – Compatible Time Sharing System A kötegelt rendszerek hátránya: nincs interaktivitás! TS esetén a CPU váltakozva áll olyan job-oknak a rendelkezésére, amelyek a memóriában, vagy lemezen találhatók. (Természetesen a CPU-t csak olyan job kaphatja meg, amely éppen a memóriában van.) Egy job a lemezről a memóriába, ill. a memóriából a lemezre betölthető vagy kimenthető az ütemezési stratégiának (időosztás!) megfelelően. Új fogalom: folyam (process)! A rendszer és a felhasználó között on-line kommunikációt tételezünk fel; ha az operációs rendszer befejezi egy parancs végrehajtását, a következő „vezérlő utasítás”-t nem a kártyaolvasóról, hanem a felhasználó klaviatúrájáról várja. Egy – adatokat és utasításkódokat tároló – on-line fájl-rendszer (file system) kell, hogy a felhasználók rendelkezésére álljon.

Dr. Bajalinov Erik


20


01

Személyi számítógépes rendszerek. Személyi számítógépek (PC- Personal Computer) – a teljes számítógép rendszer egy egyszerű felhasználónak kizárólagos rendelkezésére áll. Tipikus konfigurációjú I/O berendezések – klaviatúra (keyboard), egér (mouse), képernyő kijelző (monitor, screen), kis(ebb) teljesítményű nyomtató (printer). Előtérben a felhasználó (személy) kényelme és felelőssége. Több esetben adaptál eredetileg nagygépes operációs rendszerekre kidolgozott információ technológiai megoldásokat (rendszer migráció). Példa: MULTICS (MIT,1965-70) → UNIX (Bell Labs, 1970) → POSIX szabvány (IEEE), ahol MILTICS – MULTiplexed Infromation and Computing Service, IEEE- Institute of Electrical and Electronics Engineers, UNIX- eredetileg UNICS, azaz UNIplexed Information and Computing System.

A felhasználó személy sokszor a számítógép kizárólagos tulajdonosa, felhasználója, és így nincs szüksége fejlett CPU kiszolgáló és adatvédő szolgáltatásokra. Dr. Bajalinov Erik


21


01

Párhuzamos rendszerek / multiprocesszoros rendszerek. Egynél több (szoros kommunikációs kapcsolatban levő) CPUval. Szorosan kapcsolt/csatolt rendszerek – a processzorok közösen használják a memóriát és a rendszer órát. A kommunikáció a közös memória segítségével történik. Párhuzamos rendszerek előnyei:  Megnövelt átbocsátó képesség, magasabb teljesítmény  Gazdaságosság  Növekvő megbízhatóság

Dr. Bajalinov Erik


22


01

Szimmetrikus multiprocesszálás Minden egyes processzor az operációs rendszer azonos változatát (másolatát) futtatja. Ezek egymással szükség szerint kommunikálhatnak.  Sok processz futhat egyszerre teljesítménycsökkenés nélkül (I/O problémák, 

ütemezés)

Aszimmetrikus multiprocesszálás (master-slave modell) Minden egyes processzor a hozzárendelt specifikus feladatot (task) oldja meg. A futtatandó feladatot a mester határozza meg! Ezek a taskok egymással szükség szerint kommunikálhatnak.  Nagyon nagy rendszerekben elterjedtebb megoldás. 

Dr. Bajalinov Erik


23


01

Elosztott rendszerek – a számításokat több processzor között osztják meg. Lazán kapcsolt/csatolt rendszerek – a processzorok saját lokális memóriát és rendszer órát használnak. A kommunikáció nagy kapacitású adatvonalak (korábban telefonvonalak) segítségével történik. Új fogalmak: LAN (Local Area Network), site (hely, telek), node (csomópont).

Elosztott rendszerek előnyei: Erőforrás megosztás (printerek, adattárolók, stb.), Számítási teljesítmény növelés, Túlterhelés védelem (load sharing), Növekvő megbízhatóság, Kommunikáció (e-Mail, Web-alkalmazások, stb.)

Dr. Bajalinov Erik


24


01

Valós idejű (real-time) rendszerek Gyakran úgy jelenik meg, mint valamilyen dedikált alkalmazás (pl. tudományos kisérlet támogatása, orvosi képfeldolgozás, ipari kontroll, kijelző rendszerek, forgalomirányítás, stb.) irányító-felügyelő rendszere.

A „kiszolgálás” azonnal megkezdődik! Jól definiált, rögzített idejű korlátozások. „Hard” ("merev" valós idejű) rendszerek. A másodlagos tár korlátozott, vagy teljesen hiányzik; az adatokat az operatív memóriában (RAM), vagy akár ROM-ban tárolják. Példa: robotizált gyártás (hegesztés, festés, szerelés).

„Szoft” ("puha" valós idejű) rendszerek. Korlátozott szolgáltató programok az ipari kontroll, a robotika területén. A fejlett operációs rendszer szolgáltatásokat igénylő alkalmazásoknál igen hasznosak. Példa: VxWorks, QNX multimédiás operációs rendszerek. Dr. Bajalinov Erik


25


01

Beépített (built-in) rendszerek Korlátozott képességű speciális feladatok végrehajtására fejlesztett rendszerek. Sokszor JVM (Java Virtual Machine) és Java applet (kis program) alapúak. Területek: PDA – Personal Digital Assistant, GPS – Global Positioning System, Mobil telefonok / kommunikátorok / SMART eszközök, Videó- és fényképezőgépek, bankkártyák, iPod- féle eszközök, stb. Példák: PalmOS, Windows CE (Consumer Electronics), Android, stb.

Dr. Bajalinov Erik


26

Operációs rendszerek (PMB1206)

Recommend Documents