slides3.pdf April 15,

Wat is een Operating System? CSN

I Standaard verzameling software voor een computer I Besturing/beheer van de computer I Gemak voor schrijvers van programma’s

– CS3 –

I Standaarden voor apparatuurbesturing I Maakt samenwerking tussen verschillende programma’s mogelijk

OS structuur en File management

I Bescherming tussen gebruikers/programma’s

Piet van Oostrum 15 april 2002

CSN-CS3

1

CSN-CS3

Onderdelen van O.S

1

O.S. Interfaces Hoe worden de functies van het O.S. gebruikt?

I Besturing randapparaten (device drivers)

1. Allerlei functies uit het O.S. kunnen vanuit programma’s aangeroepen worden met system calls lezen en schrijven van files timers starten en stoppen van programma’s netwerkdiensten

I Memory management I Beheer van andere hulpbronnen (bijv. CPU tijd) I Bescherming I File management

2. Gebruikersinteractie (shell) grafische shell tekstgeorienteerde shell (command line) Shells zijn meestal “gewone” gebruikersprogramma’s

I Opstarten/stoppen van programma’s I Communicatie tussen programma’s I Tijdsbeheer

3. Diverse andere programma’s

I Netwerkfuncties I Grafische functies I Handige bibliotheken en programma’s CSN-CS3

2

CSN-CS3

Besturing randapparatuur

3

Synchronisatie device driver opdracht

I device driver = de software voor het besturen van een apparaat. I Meestal in system mode

driver

I Vanuit het O.S. ontvangt de driver opdrachten (read, write, control)

aanvrager

wacht

I De driver bestuurt de interface met INP, OUT of memory-mapped I/O

stack

I Interrupt routines signaleren dat een operatie klaar is, of een volgend deel gestart kan worden.

interrupt

I Hier zit een potentieel synchronisatieprobleem. ga door programma

CSN-CS3

4

CSN-CS3

slides3.pdf — April 15, 2002 — 1

programma

stack

driver

5

Resource management

Abstractie

I In een O.S/computer zitten veel “hulpbronnen” die door een aantal programma’s of gebruikers gezamenlijk gebruikt kunnen worden

I Het O.S. geeft een “abstract beeld van: De computer De apparatuur De software componenten

I Geheugen I gebruik van CPU

I voorbeelden: abstracte randapparaten virtueel geheugen file systeem virtuele machine

I schijfruimte I printer/netwerkaansluiting I Het O.S. moet dit regelen (politie-agent):

I Voordelen: Abstracte machines zijn simpeler dan de echte Nieuwe ontwikkelingen makkelijk inpassen Virtualisatie: doe net alsof iets bestaat uitwisselbaarheid

I Beheer (wie heeft wat in gebruik?) I Synchronisatie I scheduling (wie mag wanneer?)

CSN-CS3

6

CSN-CS3

7

Concurrency

Kenmerken van een proces

I Concurrency = het (min of meer) gelijktijdig uitvoeren van verschillende activiteiten op de computer

I eigen stuk (virtueel) geheugen

I Bij een multiprocessor systeem: echte concurrency

I eigen resources I eigen machineregisters

I Anders: virtuele concurrency

I CPU toewijzing

I Basis concurrency komt voort uit interrupts

I protectie

I O.S. levert op gebruikersniveau concurrency door processen

= eigen virtuele machine

I Proces = onafhankelijke executie (draaien) van een programma I Ook nodig om te kunnen stoppen, resource beheer, bescherming.

CSN-CS3

8

aanroepen van O.S. diensten I Procedure/functie-aanroep in het O.S. Nadeel: geen bescherming (user/system mode) Voordeel: snel, simpel I “Speciale system call instructie” push param1 push param2 move code, R1 TRAP −→ system mode bescherming tegen programmafouten ook langzamer

CSN-CS3

10

CSN-CS3

9

TRAP interrupt routine switch (R1): { case 1: /* case 2: /* etc.... default: /* } keer terug naar

code voor syscall 1 */ code voor syscall 2 */ error: verkeerde code */ het proces (RTI)

Iedere syscall controleert de parameters

CSN-CS3


11

O.S. kernel

Microkernel O.S.

I Het “centrale deel” van het O.S. dat in system mode draait wordt vaak “kernel” genoemd

I De kernel bevat alleen de minimaal benodigde onderdelen

I system call interface

I Alle andere functies worden in aparte processen uitgevoerd I Bijv. filemanagement, netwerk functies

I device drivers I process management

I Sommige functies kunnen in bibliotheekprocedures opgenomen worden (in de user processen).

I ...

I microkernel O.S. is flexibeler, maar vaak iets langzamer.

I Sommige O.S. hebben alle O.S. in één kernel (Unix)

I Voorbeeld: Mach (is de kernel van Mac OS X op de Macintosh)

I = Macro-kernel O.S. I Nadeel: moeilijk aan te passen (bijv. nieuwe device driver) I Moeilijk te debuggen I Door grotere gecompliceerdheid vaak fouten erin. CSN-CS3

12

CSN-CS3

Lagenmodel O.S.

File management File management beheert de data op de schijven:

user program gebruikers programma’s/processen

library

I Waar staat de data op de schijf

DLL

I Welke naam behoort bij welke data

system call interface

file system service

13

O.S.

process management

I Organisatie van filenamen in directories I Lezen, schrijven e.d. van de files

netwerk services

I Gelijktijdige toegang tot files I Bescherming van data tegen ongeoorloofd gebruik

memory management

I/O management

disk driver

terminal driver

netwerk driver

hardware interfaces

CSN-CS3

14

CSN-CS3

File Management 2

15

File Management 3

Storage Service:

Vragen:

I Beheert de indeling van de schijf

I Waar zit de bescherming tegen ongeoorloofd gebruik?

I Houdt bij welke ruimte in gebruik is en welke vrij

I Kun je een file benaderen zonder de naam te hebben?

I Houdt bij waar elke file op de schijf staat

I Kan een file meer dan één naam hebben?

Directory Service:

NB. Een directory is ook een file (met andere toegangsmogelijkheden)

I Houdt namen van files bij in directories I Beeldt namen in directories af op “Storage service dingen” Vaak min of meer met elkaar verweven.

CSN-CS3

16

CSN-CS3


17

Ge¨ıntegreerd systeem

Hi¨ erarchisch filesysteem # root

schijf

/

naam attrib blocknr 1 block nr 2

#

*

A

# C

b

schijf

entry

*

* dd

directory

CSN-CS3

18

*

# D

aa

* bb

* ee

* file # directory

* ff

CSN-CS3

Filesysteem met links

cc

19

Implementatie van links

# root

I directory structuur en storage structuur gescheiden

/

I File wordt ge¨ıdentificeerd door de “storage structuur” I In Unix een grote tabel op schijf #

*

A

#

b

I Index in deze tabel is inode.

C

I Elke entry in deze tabel stelt een file voor en bevat (o.a.) de locatie van de file

xx

I Directory entries bevatten de naam en de inode *

*

# aa

* bb

D

I Protecties staan in de inode

cc

I Harde link: dezelfde inode staat in verschillende directory entries

yy * dd

* ee

* ff

CSN-CS3

I Symbolische link: directory entry verwijst naar een andere filenaam

* file # directory link 20

CSN-CS3

Garbage collection

21

Disk cache

Wanneer kan het O.S. een file weggooien? I Als er geen extra links zijn kan de file weggegooid worden wanneer een remove (delete) commando gegeven wordt. I Maar wat gebeurt er als een ander programma met deze file bezig is? I Als er extra link zijn dan moet bijgehouden worden hoeveel verwijzingen er zijn (reference count). I Bij een delete/remove opdracht wordt de directory verwijzing weggehaald en de reference count afgelaagd I Als de reference count 0 is wordt de file echt weggegooid.

I Deel van het geheugen dat gebruikt wordt om gelezen/te schrijven blokken van de schijf op te slaan. I Wanneer het nog een keer nodig is dan is het snel beschikbaar I Vergelijkbaar met geheugen-cache maar op ander niveau (software) I Bij het schrijven voorzichtig zijn anders data verloren. I Sommige files graag direct doorschrijven I Volgorde kan belangrijk zijn database systemen metadata

I Als er cyclische structuren ontstaan wordt de reference count nooit 0

CSN-CS3

22

CSN-CS3


23

API 2

Programma interface (API) Unix interface: fileid = open ( filenaam, opties );

proces A

proces B

0 1

0 1

I opties = manier van openen: lezen, schrijven, nieuwe file aanmaken, e.d. I fileid = (klein) nummer. I Verschillende andere operaties (lezen, schrijven) gebruiken niet meer de filenaam maar de fileid:

file positie file 1

result = read (fileid, buffer, aantal_bytes); result = write (fileid, buffer, aantal_bytes); close (fileid); I In O.S. wordt een datastructuur bijgehouden over deze “open file”. I De fileid is de index in een array van deze data-objecten

file positie file 2

Garbage collection gevolgen: I Bij een close opdracht in een programma wordt de reference count afgelaagd I Files die geopend zijn door programma’s moeten nog extra references krijgen.

CSN-CS3

24

CSN-CS3

25

API 3

Hogere File I/O lagen

I In Win32 soortgelijke operaties: Meer parameters fileHANDLE = “geheime” waarde Handle = CreateFile(FileName, Access, ShareMode, Security, Disposition, Flags, Template)

I Files lezen met de ‘primitieve’ API is vaak niet handig: Bijvoorbeeld regels lezen: Hie vind je het Newline teken? Per character lezen is inefficient Bij grotere blokken lezen heb je teveel of te weinig

I Wordt ook gebruikt om bestaande files te openen.

I Gebufferde I/O: Lees met de ‘primitieve I/O blokken in Haal daar uit wat je nodig hebt I Bepaalde operaties (bijv. file copieren kunnen efficient met de primitieve API.

CSN-CS3

26

CSN-CS3

Memory-mapped Files

27

Memory mapping

I Dit kan voor lezen/schrijven I Dan hebben we ‘shared memory’

data data

stack stack

paging

paging

pagina’s van file

CSN-CS3

28

swap

swap gebied

file

I Dan hebben we DLL’s (shared libraries)

file

I Maar ook voor instructies (bibliotheek)

swap gebied

swap gebied

I je kunt nu gewoon de file als een stuk geheugen gebruiken

proces B programma code B

I Zeg tegen het O.S. dat een bepaald deel van het geheugen eigenlijk een file is

intern geheugen

programma code A

proces A

I In plaats van File opdrachten kunnen we het memory management systeem gebruiken (paginering)

CSN-CS3


29

Geheugen pagina’s

Netwerk Filesystemen

I vrij nog niet gebruikt

I Netwerk Filestysteem: De files staan op een andere computer dan waar ze gebruikt worden (Fileserver)

I vast pagina’s van het O.S. die niet gepaged mogen worden (bijv. page tables, de pager zelf)

I Ze kunnen op dezelfde manier gebruikt worden als locale files

I nieuw pagina’s die nog geen waarde hebben (bijv aangevraagde heap)

I Alle file operaties worden opgevangen en doorgestuurd naar de fileserver

I file van/naar een file gepaged: instructies, mapped files en cache pagina’s

I NFS (Network File System): populair op Unix systemen

I swap niet bij een specifieke file horend, gepaged van en naar een speciale swap-ruimte: data, heap en stack pagina’s e.d.

I SMB/CIFS (Server Message Block/Common Internet File System) op Microsoft systemen I Samba is een open source implementatie van SMB/CIFS op vooral Unix systemen I Eerst moet een remote filesysteem gemount worden Op Unix geintegreerd in de directory structuur Op Windows aparte drive letter (X:) of \\servernaam\filenaam

CSN-CS3

30

CSN-CS3


31

slides3.pdf April 15,

Recommend Documents