Учебное пособие допущен о министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Прикладная информатика (в сфере сервиса)» Омск 2005

Вид материала

Учебное пособие

Содержание Х – 90 Храпский С. Ф. В. Ю. Юрков О. Н. Лучко 2. Управление ресурсами в автономных однопроцессорных компьютерах 3. Управление процессами и ресурсами в автономных многопроцессорных 4.Управление процессами и ресурсами в многомашинных 5. Общие концепции разработки операционных систем 6. История развития операционных систем 7. Пример практической реализации операционной системы: UNIX 8. Пример практической реализации операционной системы: Windows 2000 Библиографический список Алфавитно-предметный указатель 1.2. Планирование процессов таблица управления процессом» Внутренние прерывания 1.3. Межпроцессное взаимодействие Контрольные вопросы и задания 2.1. Управление памятью Виртуальные адреса Физические адреса ... Полное содержание

Подобный материал:

• Учебное пособие Выпуск второй, 4617.34kb.
• В. В. Крупица Личность Коллектив Стиль отношений (социально-психологический аспект), 4876.34kb.
• Учебное пособие для вузов, 3736.61kb.
• Учебное пособие для вузов, 7834.87kb.
• Учебное пособие рекомендовано Министерством общего и профессионального образования, 3469.26kb.
• Учебное пособие красноярск 2003 министерство образования российской федерации, 1240.84kb.
• П. Я. Гальперин введение в психологию Учебное пособие, 3266.24kb.
• Учебное пособие Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве, 2582.59kb.
• В. Ю. Медведев сущность дизайна учебное пособие, 1623.05kb.
• Учебное пособие Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования, 4790.13kb.

Федеральное агентство по образованию

Омский государственный институт сервиса

Кафедра высшей математики и информатики


С. Ф. Храпский


ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, СРЕДЫ И ОБОЛОЧКИ


ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ


Учебное пособие

Д О П У Щ Е Н О

Министерством образования и науки Российской Федерации

в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по специальности «Прикладная информатика (в сфере сервиса)»

Омск 2005

УДК 681.3

Х – 90

Храпский С. Ф.

Операционные системы, среды и оболочки. Основные теоретические сведения: Учебное пособие. – Омск: ОГИС, 2005. – 268 c.


ISBN 5-93252-039-6

Учебное пособие разработано с целью обеспечения обучающихся и преподавателей систематизированным учебным материалом по теоретическим основам операционных систем.

Рассмотрены основные понятия операционных систем, сред и оболочек, вопросы управления процессами и ресурсами, особенности построения перациионных систем для многопроцессорных вычислительных машин и многомашинных вычислительных систем, общие концепции и принципы разработки операционных систем, история развития операционных систем и эволюция их функциональных характеристик. Представлены примеры практической реализации наиболее распространенных современных операционных систем.

Учебное пособие подготовлено в соответствии с требованиями ГОС ВПО специальности 351400 «Прикладная информатика (в сфере сервиса)».

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальности 351400 «Прикладная информатика (в сфере сервиса)», изучающих дисциплину «Операционные системы, среды и оболочки». Может быть использовано при изучении ряда смежных дисциплин этой специальности, а также студентами других специальностей, изучающих соответствующие разделы в дисциплинах «Информатика», «Информационные технологии», «Информационные системы».

УДК 681.3

Библиогр.: 18 назв., словарь, алфавитно-предметный указ. (в конце)


Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор В. Ю. Юрков

(Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия)


канд. техн. наук, доцент В. И. Стариков

(Омский государственный институт сервиса)


Ответственный за выпуск

зав. кафедрой ВМиИ, канд. пед. наук, доцент О. Н. Лучко


ISBN 5-93252-039-6  Омский государственный

институт сервиса, 2005

Оглавление

Предисловие………………………………………...……………………………………..... Введение……………………………………………………………………………………... 1. Управление процессами в автономных однопроцессорных вычислительных машинах…………………………...…………… 1.1. Понятия вычислительного процесса и ресурса…………………………………….. 1.2. Планирование процессов…………………………………………………………….. 1.3. Межпроцессное взаимодействие……………………………………………………. 1.4. Понятия потока («нити») и многопоточности……………………………………… Контрольные вопросы и задания………………………………………………………… 2. Управление ресурсами в автономных однопроцессорных компьютерах…….…. 2.1. Управление памятью…………………………………………………………………. 2.2. Управление вводом-выводом………………………………………………………... 2.3. Управление файлами и файловая система………………………………………….. Контрольные вопросы и задания…………………...……………………………………. 3. Управление процессами и ресурсами в автономных многопроцессорных вычислительных машинах………………………………………………………………. 3.1. Реализация операционных систем многопроцессорных вычислительных машин. 3.2.Планирование и синхронизация в многопроцессорных вычислительных машинах…….................………………...... Контрольные вопросы и задания………………………………………...………………. 4.Управление процессами и ресурсами в многомашинных вычислительных системах.................................................................................................. 4.1. Способы организации управления процессами и ресурсами в многомашинных вычислительных системах……………………………………………. 4.2. Понятия сетевой и распределенной операционных систем………………………... 4.3. Варианты реализации распределенных операционных систем……………………. Контрольные вопросы и задания…………………………...……………………………. 5. Общие концепции разработки операционных систем………………………….. 5.1. Основные принципы построения операционных систем ………………………….. 5.2. Архитектурные особенности проектирования операционных систем……………. 5.3. Принципы построения системных и прикладных программных интерфейсов…... Контрольные вопросы и задания……………………...…………………………………. 6. История развития операционных систем и эволюция их функциональных характеристик………………………..……….…..... 6.1.Операционные системы разных этапов разработки вычислительных машин.......... 6.2. История развития и характеристики операционных систем UNIX......................... 6.3. История развития и характеристики операционных систем семейства Windows.. Контрольные вопросы и задания……………………………...…………………………. 7. Пример практической реализации операционной системы: UNIX………………. 7.1. Обзор системы UNIX…………………………………………………………………. 7.1.1. Общие представления…………………………………………………………….. 7.1.2. Интерфейсы системы UNIX……………………………………………………… 7.1.3. Оболочка и утилиты системы UNIX…………………………………………….. 7.1.4. Структура ядра системы UNIX…………………………………………………... 7.2. Процессы в UNIX……………………………………………………………………... 7.2.1. Основные понятия………………………………………………………………… 7.2.2. Реализация процессов в UNIX…………………………………………………… 7.2.3. Планирование в системе UNIX…………………………………………………... 7.3. Управление памятью в UNIX………………………………………………………… 7.3.1. Основные понятия………………………………………………………………… 7.3.2. Реализация управления памятью в UNIX……………………………………….. 7.4. Ввод-вывод в системе UNIX…………………………………………………………. 7.4.1. Основные понятия………………………………………………………………… 7.4.2. Реализация ввода-вывода в системе UNIX……………………………………… 7.4.3. Потоки данных в UNIX……………………………………….....……...………... 7.5. Файловые системы UNIX…………………………………………………………….. 7.5.1. Основные понятия………………………………………………………………… 7.5.2. Реализация классической файловой системы UNIX…………………....……… 7.5.3. Реализация файловой системы Berkeley Fast…………………………………... 7.5.4. Реализация файловой системы Linux.................................................................... 7.5.5. Реализация файловой системы NFS...................................................................... 7.6. Безопасность в UNIX..................................................................................................... 7.6.1. Основные понятия................................................................................................... 7.6.2. Реализация безопасности в UNIX.......................................................................... Контрольные вопросы и задания........................................................................................ 8. Пример практической реализации операционной системы: Windows 2000.......... 8.1. Обзор структуры операционной систем Windows 2000............................................. 8.1.1. Структура системы.................................................................................................. 8.1.2. Реализация объектов................................................................................................ 8.1.3. Подсистемы окружения........................................................................................... 8.2. Процессы и потоки в Windows 2000............................................................................ 8.2.1. Основные понятия.................................................................................................... 8.2.2. Межпроцессное взаимодействие............................................................................ 8.2.3. Реализация процессов и потоков............................................................................ 8.2.4. Загрузка Windows 2000............................................................................................ 8.3. Управление памятью в Windows 2000......................................................................... 8.3.1. Основные понятия.................................................................................................... 8.3.2. Реализация управления памятью............................................................................ 8.4. Ввод-вывод в системе Windows 2000........................................................................... 8.4.1. Основные понятия.................................................................................................... 8.4.2. Реализация ввода-вывода в Windows 2000............................................................ 8.5. Файловые системы Windows 2000................................................................................ 8.5.1. Файловые системы типа FAT................................................................................. 8.5.2. Файловая система типа NTFS................................................................................. 8.6. Безопасность в Windows 2000....................................................................................... 8.6.1. Основные понятия.................................................................................................... 8.6.2. Реализация защиты в Windows 2000...................................................................... Контрольные вопросы и задания........................................................................................ Заключение.............................................................................................................................. Библиографический список................................................................................................. Словарь терминов и определений...................................................................................... Алфавитно-предметный указатель....................................................................................

5 6 8 8 11 23 28 34 35 35 46 51 66 67 67 72 82 83 83 91 93 99 100 100 107 115 121 122 122 129 132 140 141 141 141 141 142 144 146 146 150 153 157 157 160 165 165 168 170 172 172 175 177 178 180 187 187 189 191 193 193 193 203 208 211 211 214 217 221 223 223 227 234 234 235 239 239 242 249 249 254 251 255 260 262 265

Предисловие

Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специальности 351400 «Прикладная информатика (в сфере сервиса)», изучающих дисциплину «Операционные системы, среды и оболочки», и разработано с целью обеспечения обучающихся и преподавателей систематизированным учебным материалом по теоретическим основам операционных систем.

Рассмотрены основные понятия операционных систем, сред и оболочек, вопросы управления процессами и ресурсами, особенности построения операционных систем для многопроцессорных вычислительных машин и многомашинных вычислительных систем, общие концепции и принципы разработки операционных систем. Приведены краткие исторические сведения о возникновении и развитии операционных систем, а также даны оценки их свойств и характеристик. В качестве примеров практической реализации реально функционирующих современных операционных систем описаны наиболее распространенные и «знаковые» системы семейств UNIX и Windows.

Представленные в учебном пособии сведения могут найти применение при изучении ряда смежных дисциплин специальности 351400 «Прикладная информатика (в сфере сервиса)», а также соответствующих разделов в дисциплинах «Информатика», «Информационные технологии», «Информационные системы» других специальностей.

Учебное пособие подготовлено кандидатом технических наук, проректором ОГИС по информационным технологиям Сергеем Филипповичем Храпским.

В разделах 7 и 8 использованы материалы книги Э. Таненбаума «Современные операционные системы» (см. Библиографический список).

Данное учебное пособие по порядку изучения является следующим за учебным пособием С.Ф. Храпского «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» (ОГИС, 2005 г.). Поэтому при изложении материала предполагается наличие у читателя предварительных знаний по основным понятиям и терминологии вычислительной техники.


Автор


Введение

Операционные системы являются основой программного обеспечения вычислительных машин (и их систем – вычислительных систем). Операционная система (далее – ОС) – это комплекс управляю­щих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны, выступает как интерфейс между пользователем (с его задачами) и аппаратными компонентами вычислительных машин (далее – ВМ) и вычислительных систем (далее – ВС), а с другой стороны предназначен для эффективного управления вычислительными про­цессами, а также наиболее рационального распределения и использования вычислительных ресур­сов ВМ и ВС.

Обеспечение пользователю определенного уровня удобств осуществляется посредством того, что ОС представляет для него так называемую «расширенную» (или виртуальную) машину, которая избавляет пользователя от необходимости работать напрямую с аппаратными компонентами и берет на себя выполнение большинства рутинных операций. Таким образом, абстрактная «расширенная» машина, с которой, благодаря ОС, имеет дело пользователь, гораздо проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе этой абстрактной машины.

Идея о том, что ОС прежде всего система, обеспечивающая удобный интерфейс пользователям, соответствует рассмотрению ее сверху вниз. Другой взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме, распределяющим и управляющим всеми компонентами и ресурсами ВМ и ВС с целью обеспечения максимальной эффективности их функционирования.

Таким образом, ОС выполняет функции управления вычислительными про­цессами в ВМ и ВС, распределяет ресурсы ВМ и ВС между различными вычислительными процессами и образует программ­ную среду, в которой выполняются прикладные программы пользователей. Такая среда называется операционной средой.

Благодаря наличию операционной системы пользователи-программисты при написании собственных программ могут вообще не знать многих деталей управления конкретными ресурсами ВМ и ВС, а должны только обращаться к ОС как к некоторой программной подсистеме с соответствующими вызовами и получать от нее необходимые функции и сервисы. Набор таких функций и правил обращения к ним как раз и образуют то базовое понятие, которое называют операционной средой. Таким образом можно сказать, что термин «операционная среда» означает, прежде всего, соответствующие интерфейсы, необходимые программам и пользователям для обращения к ОС с целью получить определенные сервисы.

Параллельное существование терминов «операционная система» и «операционная среда» вызвано тем, что операционная система в общем случае может поддерживать несколько операционных сред. Операционная среда в свою очередь может включать несколько разных пользовательских и программных интерфейсов. Например, ряд ОС предоставляют для пользователя интерфейсы командной строки, интерфейсы-оболочки (типа Norton Commander и т.п.), а также графические интерфейсы. Если же говорить о программных интерфейсах, то это те интерфейсы, к которым могут обращаться программисты для получения соответствующих функций и сервисов. Можно сказать, что операционная среда – это то системное программное окружение, в котором могут выполняться программы, созданные по правилам работы этой среды.

Операционная система в значительной степени определяет функциональные возможности, удобства пользования и эффективность работы ВМ и ВС. На сегодняшний день существует большое количество разных типов ОС, отличающихся областями применения, аппаратными платформами и методами реализации. Естественно, это обуславливает и значительные функциональные различия этих ОС. Поэтому при изучении операционных систем очень важно из всего многообразия выделить те функции, которые присущи всем операционным системам как классу программных продуктов. Именно общие понятия ОС, концепции их построения и функциональные возможности являются предметами рассмотрения данного учебного пособия. В заключительных разделах учебного пособия уделено внимание историческим сведениям о возникновении и развитии ОС, а также даны оценки свойств и характеристик современных ОС. Представлены примеры практического построения, состава и особенностей функционирования наиболее популярных и эффективных операционных систем.


1. Управление процессами в автономных

однопроцессорных вычислительных машинах