Operační systémy 2. Přednáška číslo 1. Úvod do OS

Operační systémy 2

Přednáška číslo 1 Úvod do OS

Co je to operační systém (definice) ●

Operační systém jsou ty programové moduly ve výpočetním systému, jež ovládají řízení prostředku, jimiž je tento výpočetní systém vybaven, jako jsou procesory, paměť (operační i vnější), I/O zařízení a soubory dat. Tyto moduly rozhodují spory, snaží se optimalizovat výkon a zjednodušují efektivní využívání výpočetního systému.

Co je to operační systém ●

● ●

Operační systém zajišťuje nezávislost software na hardware Umožňuje spouštět aplikace Jedná se vlastně o první program spuštěný po startu počítače

Zavedení OS u PC ●

●

●

Z BIOSu (Basic Input Output System – programovatelná paměť) se zjistí médium, na kterém je OS Na tomto médiu se na MBR (Master Boot Record) načte OS nebo zavaděč OS Příklad Linux – –

Zavaděč GRUB anebo LILO Jádro /boot/vmlinuz a RAM disk /boot/initrd (nemusí být) se zavedou do paměti a převezmou řízení počítače

Základní funkce OS ●

● ● ● ●

Správa a přidělování paměti – virtuální paměť Správa procesů – synchronizace Přidělování procesoru – multitasking Řešení zablokování – deadlock Správa systému souborů – virtuální souborový systém (VFS)

Vztah mezi uživatelem, aplikacemi, OS a hardware. (zdroj Wikipedie)

Správně fungující OS Uživatel Aplikace

Shell OS

Hardware

Nesprávně fungující OS (MS DOS) Uživatel Aplikace

Shell OS

Hardware

Rozdělování OS ● ● ●

Různá kritéria Některé kritérium nelze vždy aplikovat Naopak některá jsou jednoznačná

Podle počtu ovládaných procesorů ● ●

Jednoprocesorové (monoprocesorové) Víceprocesorové (multiprocesorové) –

–

Asymetrický processing (ASMP) – na jednom procesoru běží procesy systému, na dalších uživatelské procesy Symetrický multiprocessing (SMP) – kterýkoliv proces může běžet na kterémkoliv procesoru

Podle správy uživatelů ● ●

Jednouživatelské (monouser) Víceuživatelské (multiuser) – –

Více uživatelů pracuje současně v reálném čase Musí zajistit rozdělení a oddělení prostředků (paměti) mezi uživatele

Příklady

Jednouživatelský Víceuživatelský JednoúlohovýMS DOS, CP/M Novell Víceúlohový „Starší“ verze Windows nebo MacOS XP, Linux

Podle počtu spuštěných programů ● ●

Jednoprogramové (monotasking) Více programové (multitasking) – více úloh je spuštěno současně –

–

–

Preemptivní multitasking – pravidelné střídání úloh (Mac OS X, UNIX, Windows NT, Windows95) Nepreemptivní multitasking – lze spustit více úloh, ale úloha opustí procesor pouze při ukončení anebo čekání na v/v operaci Kooperativní – jako preemptivní, ale o předání procesoru se starají samotné úlohy (Windows 3.X, Mac OS před X)

Podle schopnosti práce v síti ●

●

Lokální – nedokáží pracovat v síti bez přídavných modulů Síťové – mají klientskou i serverovou verzi

Podle míry specializace ● ●

Speciální – pro jeden typ úloh Univerzální – různé typy úloh

Realtimové operační systémy ●

Musí být schopny práce v reálném čase –

●

●

●

Řízení letadla, jaderné elektrárny, …

Musí reagovat okamžitě – horní časová hranice Většinou mají malé jádro (mikrojádro), které ovládá jen základní funkce a na vše další se volají moduly Příklady: – – –

QNX RTLinux RTX – RealTime eXtension – nadstavba pro Windows

Základní typy struktur OS ●

●

Monolitická struktura – jádro a rozhraní - MS DOS, zařízení (tiskárny) Vrstvená struktura – části systémů uspořádány do vrstev – každá vrstva využívá služeb nižších vrstev. Systém je budován od vnitřních vrstev k vnějším. Vnitřní vrstvy jsou proto nejdůležitější z hlediska bezpečnosti. V současnosti nejčastější struktura


●

Virtuální počítače – systém je rozdělen do samostatných modulů. Každý z nich vybaven prostředky. Obvykle se vzájemně neovlivňují. Abstraktní počítače – jako virtuální počítače. Každý modul má svou pevnou specifickou funkci. Ovladače zařízení.


●

Model klient – server – systém má mikrojádro, které obsahuje jen základní funkce, ostatní funkce systému provádějí speciální systémové procesy – servery. Procesy, které spouští uživatel se nazývají klienti a využívají služeb serveru. Typicky realtimové OS Stavebnicová struktura – co nejmenší jádro. Zbytek je přilinkován pouze tehy, vyžaduje-li ho některý z klientů. Opět typicky realtimové OS

Ukázky struktury skutečných OS

Linux


Windows 2000


Longhorn (vývojová větev Windows Vista)


Mac OS X


Android (mobilní zařízení a netbooky)


OpenMoko (mobilní telefony)

Připomenutí Hardware

Pro potřeby našeho předmětu

Struktura počítače ●

Von Neumannovo schéma – – –

●

Matematik maďarského původu Neumann Publikoval toto schéma v roce 1945 Navazuje na starší práce

Harvardská architektura – –

Skutečně používaná Od von Neumannova schématu se liší oddělením paměti pro kód a data

Von Neumannovo schéma

Paměť

Vstup

Procesor Řadič

ALU

Výstup

Harvardská architektura

Vstup

Paměť Paměť dat Paměť instrukcí Procesor Řadič

ALU

Výstup

Model mikroprocesoru ● ● ● ●

●

8086 – šestnáctibitový 80286 – dva režimy – reálný a chráněný 80386 – třicetidvoubitový – až 4GB RAM 80486 – pipelining – 4 instrukce současně – fázování instrukcí – pipelining Pentium – zdvojené registry (64 bitové), multimediální instrukce, lepší pipelining

Registry 80386 ●

Datové (32 bitů) – –

EAX, EBX, ECX, EDX Spodních 16 bitů – AX, BX, CX, DX ● ●

Horních 8 bitů – AH, BH, CH, DH Dolních 8 bitů – AL, BL, CL, DL

AH

AL AX

EAX

Registry 80386 ●

Speciální použití datových registrů – – – –

EAX – Acumulator (střadač) – násobení a dělení, vstupně-výstupní operace EBX – Base – nepřímá adresace paměti ECX – Counter – počítadlo EDX – Data – nepřímá adresace při vstupněvýstupních operacích

Registry 80386 ●

Ukazatele a indexregistry – – – – – – – –

32 bitové spodních 16 bitů – jméno bez E Dále nelze dělit EBP (Base Pointer) – adresace parametrů funkcí a lokálních proměnných na zásobníků (neměnit) ESP (Stack) – vrchol zásobníku (neměnit) EDI (Destination Index) – adresa cíle ESI (Source) – adresa zdroje EIP (Instruction Pointer) – ukazatel na aktuální místo v programu – nelze přímo měnit

Registry 80386 ●

EFlags – registr vlajek (Příznaků) – – – –

Spodní polovina Flags Nelze s ním pracovat jako s celkem, jen s jednotlivými příznaky Nastavují se automaticky dle posledního výsledku Např. ● ●

● ● ●

CF (Carry) – přenos přes nejvyšší byt ano/ne (1/0) PF (Parity) – zda je sudý/lichý (1/0) počet jedniček dolních osmi bitů výsledku ZF (Zero) – zda je poslední výsledek 0 SF (Sign) – zda byl poslední výsledek záporný OF (Overflow) – zda nedošlo k přetečení

Připomenutí programování ●

●

OS jsou obvykle psány kombinací jazyka C a Jazyku symbolických adres (JSA) – Assembleru Assembler –

Dvě syntaxe ● ● ●

●

Intelovská – add ebx,5 AT&T – addl $5,%ebx (obě instrukce přičtou 5 do registru ebx)

Adresace – –

Přímá – místo v paměti je známo Nepřímá – podle ukazatele (registru)

Konec

Děkuji za pozornost

Operační systémy 2. Přednáška číslo 1. Úvod do OS

Recommend Documents