Typologie, funkcn skladba a architektury OS, prklady z Windows, Unix, Linux, MAC OSx

Typologie, funkcn skladba a architektury OS, p r klady z Windows, Unix, Linux, MAC OSx

PB 152 Operacn systemy

Jan Staudek http://www. .muni.cz/usr/staudek/vyuka/ }

w A| y < 5 4 23 1 0 / -. , )+ ( %&' $ # !"

Æ

Verze : jaro 2016

Osnova dodatku p redna sky

2 2 2 2

Windows Unix Linux MAC OS X

Jan Staudek, FI MU Brno

|

PB152 Operacn systemy { Typologie, funkcn skladba a architektury OS

1

Zkusenosti z vyvoje OS Windows

2

Systematicky prehled viz http://windows.microsoft.com/cs-cz/windows/history

2

MS-DOS 1.0, 1981 X X X X

2

4 000 r adk u v assembleru Intel 8086 microprocessor, provozovatelny i v 8 KB pameti textove orientovany jazyk prkazu pro OS, z adn e GUI monoprogramovy, monouzivatelsky system

Windows 3.0, 1990 X 16 bitova architektura X rozhran GUI, implementace { vrstva nad MS-DOS


|


2


2

Windows NT (3.1), 1993 X 32 bitova architektura, mikrojadro, multitasking X podpora starsch aplikac pro MS-DOS a Windows,

pro OS/2 (IBM) a pro POSIX (Unix)

2

Windows 95, pokracovan Windows 3.0, 1995 X 32 bitova architektura,

monoliticke jadro { poskytoval se vyss vykon nez NT X nasledn y vyvoj { Windows 98 a Windows Me a tm konc tato vetev


|


3


2

Windows 2000, v linii NT X podpora distribuovaneho zpracovan dat X Active Directory { distribuovany adresa r plug-and-play a power-management

2

Windows XP, 2001 { 2005 X nahrada verz Windows zalozenych na MS-DOS verz zalozenou na NT X navrat ke sps e monoliticke architekture

2 2 2 2 2

Windows Vista, 2007, kosmeticke zmeny Windows Server, 2008 { vceuzivatelsky system Windows 7, 2009, kosmeticke zmeny Windows 8, 2012, + cloud computing Windows 10, 2015, kosmeticke zmeny Jan Staudek, FI MU Brno

|


4

Windows Vista Architecture


|


5

Windows Vista Architecture, komponenty v re zimu jadra

2

Executive: X X X X X

2

Zakladn funkce jadra { API pro software v user modu Sprava pameti, procesu, vlaken, IO Bezpecnost Vym ena zprav mezi procesy Vlaknov a struktura

Kernel X X X X X

sprava procesoru planov an vlaken, prepnan kontextu procesu sprava vyjimek a prerusen synchronizace multiprocesoru monoliticke r esen, z adn a vlakna jako v Executive a v uzivatelske oblasti Jan Staudek, FI MU Brno

|


6

Windows Vista Architecture, komponenty v re zimu jadra

2

Hardware abstraction layer (HAL) X Konverze genericke hradwarove platformy na konkretn e pouzitou

hardwarovou platformu X Prstup na systemovou sbernici, r adic DMA, r adic prrusen, c asovac, r adic pameti, podpora SMP 2

Device drivers X Dynamicke knihovn podporgramy rozsirujc funkce Executive

na konkretn IO zarzen X Implementace softwarove podpory systemu souboru X St'ove protokoly 2

Windowing and graphics system X Implementace funkc GUI Jan Staudek, FI MU Brno

|


7

Windows Vista Architecture, Executive modules

2

I/O manager X framework pro zprstupnov an IO zarzen, navazovan ovladacu X implementace IO API, X podpora bezpecnosti a pojmenovav an zarzen, st'ovych protokolu a

systemu souboru (se spravcem objektu)

2

File system cache manager X cache zvysujc vykon IO se soubory X docasne uchovav an posledne modi kovanych dat v hlavn pameti

2

Object manager X spravce objektu pro Executive X objekty { reprezentace procesu, vlaken, semaforu . . .


|


8


2

Plug-and-play manager X Urcuje drivery /ovladace nutne pro podporu konkretn ch zarzen

a zavad je

2

Power manager X sprava energie pri prostojch, vypnan , . . .

2

Security reference monitor X prosazovan pravidel pro r zen prstupu k ob jektu a

generovan zprav pro audit X objekty { soubory, procesy, adreesove prostory, IO zarzen, . . . 2

Virtual memory manager X implementace konceptu virtualn pameti Jan Staudek, FI MU Brno

|


9


2

Process/thread manager X vytva r, ovlad a, rus objkety procesu a vlaken

2

Con guration manager X spravce databaze registry uchovavaj c parametry

systemov ych i uzivatelskych objektu

2

Advanced local procedure call (ALPC) facility X volan procedur mezi procesy { komunikacn nastroj

mezi lokaln mi procesy, ktere implementuj sluzby a subsystemy X ekv. RPC (remote procedure call) v ditribuovanem prstred


|


10

Windows Vista Architecture, procesy v u zivatelskem re zimu

2

Special system processes, system support processes X udrzovan relac s uzivateli (sessions) X aautentizace, prihlasovan , . . .

2

Service processes X vypis na systemovou tiskarnu (spooler), zaznamen av an udalost X uzivatelska c ast ovladacu, ldots X prostor pro rozsirovan funkcnosti OS

2

Environment subsystems X rozhran sluzeb operacnch system u X Win32, POSIX X preklad volan sluzeb ze systemu aplikace na ALPC volan nebo

na Native NT volan


|


11

Windows Vista Architecture, procesy v u zivatelskem re zimu

2

User applications X provednschopne programy (.EXE, DLL), Executables


|


12

Windows 7 Architecture, model klient { server

2 Windows OS services, environment subsystems

(POSIX, WIN32) a aplikace jsou strukturovane do modelu klient{server

X klienti komunikuj se srvery pomoc RPC X asymetricky model,

server obsluhuje klienty (sprava pameti, st'ove sluzby, . . . )

2

Klient X aplikace nebo jiny server X klient pozad a o sluzbu zaslan m zpravy server, zpravu Executive

doruc spravn emu serveru, server provede pozadovanou sluzbu a vrat klientovi vysledek jinou zpravou

2

Prnosy X zjednodusen Executive, zvy sen spolehlivosti,

jednotne rozhran na sluzby Jan Staudek, FI MU Brno

|


13

Modulova architektura

2 2 2 2

nejleps soudobe metodologie navrhu OS pouzvaj pro vytvoren (modularn ho) jadra OO programovac techniky komponenty jadra jsou samostatne jednotky { moduly moduly mezi sebou komunikuj pres znam a rozhran komunikace nen omezena na prsnou hierarchii kazdy modul je zaveditelny modul jadra, zavad se, je-li potrebny X do jadra se prida pro jisty hardware { driver sbernice, IO zarzen X jako zaveditelne moduly se mohou doplnit podpory pro ruzn e

souborove systemy


|


14

Tradicn systemy typu Unix

2 2

Vznik Bell Labs PDP-7, 1970, . . . , 1978 Verze 7 { zaklad dnesnch Unixu, . . . , UNIX System V Paraleln vetev { University of California at Berkeley, UNIX BSD (Berkeley Software Distribution)


|


15

Tradicn Unix, historie


|


16

Tradicn Unix, jadro


|


17

Soudobe Unixy, jadro


|


18

Linux

2 2

Puvodn e Unix pro IBM PC s procesorem Intel 80386 Od. r. 1991 otevreny projekt, jsou dostupne zdrojove programy X pod za stitou Free Software Foundation (FSF ).

2 2

V soucasnosti plnohodnotna varianta Unixu Dostupna na vce platformach X Intel Pentium, Itanium, Motorola, IBM PowerPC, . . .

2

Vysoce modularn koncepce, snadna kon gurovatelnost


|


19

Linux, modularn monoliticke jadro

2

Nen aplikovan koncept mikrojadra X Jadro virtualn e obsahuje veskerou funkcnost OS v jednom velkem

bloku programu, bez jako jeden proces s jednm adresovym prostorem X Vsechny funkcn komponenty maj prstup ke vsem vnitrnm datovym strukturam a programum 2

Moduly jadra lze zavad et automaticky a na z adost odstranovat, jsou relativne nezavisl ymi bloky X moduly jadra { zaveditelne moduly (Loadable Modules) X modul je objekt (soubor), jehoz kod lze pri behu dynamicky

navazovat a odstranovat do / z jadra X moduly jsou usporadatelne hierarchicky (Stackable Modules) 2

Modul jadra je r eseny na zaklad e pokynu bez cho procesu Jan Staudek, FI MU Brno

|


20

Ilustrace seznamu zavedenych modulu jadra Linuxu


|


21

Komponenty jadra Linuxu (implementace na arch. IA-64


|


22

Linuxovske signaly


|


23

Modulova architektura MAC OS X (Darwin)

2

hybridn struktura

X vrstvova struktura X spodn vrstva { mikrojadro Mach X horn vrstvy {

aplikacn prostred a obecne sluzby gra ckeho rozhran pro aplikace

2

Jadro

X mikrojadro Mach { volan vzdalen ych procedur (RPC, Remote Procedure Call), meziprocesova komunikace (IPC, InterProcess Communication), sprava pameti, vym ena zprav, dispecer X jadro BSD { rozhran na unixovske (BSD) prkazy, podpora st'ovan

(sockets), system souboru, API de novana v POSIX vc. vlaken Pthreads X rozsr en jadra { IO kit pro vyvoj driveru a dynamicky zavad enych modulu 2

Aplikace a obecne sluzby si zprstupnuj vlastnosti BSD a Mach prmo Jan Staudek, FI MU Brno

|


24

Modulova architektura MAC OS X (Darwin)


|


25

Volan slu zeb systemu, System Calls

2

prklady API sluzeb OS X Win32 API pro Windows, X POSIX API (UNIX, Linux, Mac OS X), X Java API pro Java virtual machine (JVM)

2 2

Neexistuje z adn a norma speci kujc vy cet a nazvy sluzeb OS, kazdy OS ma svoji sestavu sluzeb OS Java { platforma nezavisl a na OS X nelze volat sluzby OS prmo z javovskych programu X r es se neprmo, volan m C/C++ funkcionality nativn pro dany OS


|


26

Ilustrace standardnho API { Win32

X Funkce ReadFile() X c ten ze souboru dat

X X X X X

HANDLE le { jmeno souboru, ze ktereho se c te LPVOID buer { clova vyrovnavac pamet' DWORD bytesToRead { delka vyrovnavac pameti LPDWORD bytesRead { delka prectenych dat LPOVERLAPPED ovl { c ekat / necekat na konec operace Jan Staudek, FI MU Brno

|


27

Ilustrace standardnho Java API

X metoda read() z trdy java.io.InputStream X metoda vrac int reprezentujc pocet prectenych bytu

X X X X

IOException { odbocka pro r esen IO chyby byte [] b { clovy buer int o { pocate cn oset v b, kam se zapisuj data int len maximum c tenych bytu Jan Staudek, FI MU Brno

|


28

P r klady slu zeb POSIX (knihovna C)


|


29

P r klady slu zeb POSIX (knihovna C)


|


30

Rozhran programu Windows Vista


|


31

Subsystemy, DLL, slu zby

2

Subsystemy X puvodn r esen emulac rozhran sluzeb POSIX a OS/2

2

DLL, Dynamic Link Library X dynamicky, pri behu procesu, zavad ene knihovn programy,

nikoli pri kompilaci c i sestavovan

2

User mode services, take NT Services X analogie sluzeb implementovanych v jadru X rozsr en funkcionality systemu X napr. lsass.exe, local service authentication service taskmgr.exe, generuje tabulkovy seznam bezcch sluzeb a aplikac X snadno se napadaj, jsou dostupne vzdalen e X mnozstv trvale bez cch sluzeb je ,,obrovske" X predstavuj rezii Jan Staudek, FI MU Brno

|


32

P r klady volan Native NT API

2

Prklady volan pouzvajc handles pro manipulaci s objekty mezi procesy X madlo, reprezentace jine slozitejs struktury


|


33

Rozhran Win32 API

2 2

verejne dostupne, plne publikovane funkcn rozhran pro tvorbu aplikac knihovn podprogramy X bud' problem r es prmo nebo pomoc sluzeb Native NT calls

2

V puvodn m r esen Windows se podporovala dals dve rozhran X POSIX { volan sluzeb identicke s prostredm Unix X OS2 { volan sluzeb identicke s prostredm OS/2


|


34

Rozhran Win32 API, p r klady


|


35

Platforma .NET (.NET Framework)

2 2 2 2 2 2

Microsoft virtualn stroj, pro ktery lze psat programy nezavisl e na architekture systemu tento stroj hostujcho program napsany pro .NET Framework se nestara o to, na jakem poctaci s jakym OS bez .NET virtualn stroj { CLR, Common Language Runtime programy napsane v C# nebo ve VB.NET jsou kompilovany na tzv. assemblies pri spusten programu jsou assemblies v CLR (just-in-time compiler) prelozeny do nativnho kodu hostujcho systemu Jan Staudek, FI MU Brno

|


36

Typologie, funkcn skladba a architektury OS, prklady z Windows, Unix, Linux, MAC OSx

Recommend Documents