Петербургский Университет Телекомунникаций им проф. Бонч-Бруевича курс лекций

Вид материала

Курс лекций

Содержание Основные функции операционных систем 1.2.1. Режим пакетной обработки 1.2.3. Режим реального времени 1.2.4.Диалоговый режим 1.3. Классификация ОС 1.3.1. ДОС (Дисковые Операционные Системы) 1.3.3. Системы виртуальных машин 1.3.4. Системы реального времени 1.3.6. Системы промежуточных типов Cisco с K9Q Hardware - Аппаратные средства Программное обеспечение - Software 2. Краткий обзор операционных систем. Обращение к ОС 2.6. Основные утилиты ОС UNIX 5. ОС Helios. 5.2.Ядро ОС Helios 7.1.Преимущества Win 7.3. Сpавhительhая хаpаkтеpистиkа 7.3.1. Тpетье кольцо. ... Полное содержание

Подобный материал:

• Федеральное агентство связи санкт-петербургский государственный университет телекоммуникаций, 39.82kb.
• Петербургский Государственный Университет телекоммуникаций им проф. М. А. Бонч-Бруевича, 55.39kb.
• Федеральное агентство связи санкт-петербургский государственный университет телекоммуникаций, 30.2kb.
• М. А. Бонч-Бруевича Кафедра опдс бочелюк Т. В., Доронин Е. М. «Назначение и примеры, 612.04kb.
• «мобильная связь», 49.1kb.
• Название доклада: универсальный, 63.37kb.
• Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций им проф. М. А. Бонч-Бруевича, 269.66kb.
• Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций им проф. М. А. Бонч-Бруевича, 143.46kb.
• Проблемы формирования учебно-методического комплекса, 151.02kb.
• Учебное пособие министерство Российской Федерации по связи и информатизации Санкт-Петербургский, 1446.56kb.

Санкт-Петербургский Университет Телекомунникаций им. проф. Бонч-Бруевича.

Курс лекций по дисциплине Операционные системы.

Выполнила: студентка группы СП-02

Казаченко Ю. В.

Лектор: Болтов Юрий Федорович

Проверил: Болтов Юрий Федорович

• 
  

Санкт-Петербург 2002г.

1. Общие сведения об операционных системах.

ЭВМ первого поколения ( 40 и начало 50 годов) практически не имели ОС. Программы писались непосредственно в машинных кодах, что, в частности, требовало поддержки доступа программы к памяти на этапе ее написания. Поэтому разработка программного продукта наталкивалась на ряд сложностей Для ЭВМ второго поколения были созданы простейшие ОС, которые отчасти позволили "разделить" среду разработки программ и аппаратные средства. Однако, достигнутого на этом этапе "уровня абстрагирования" было явно не достаточно для разработки и сопровождения относительно сложных задач. По структуре и функциям эти ОС существенно отличались от современных.

Современные контуры ОС стали приобретать в конце 60 годов, когда появились достаточно мощные ЭВМ третьего поколения. Становление ОС на этом этапе ниже будет рассмотрено более подробно.

Позднее (через полтора десятка лет) ЭВМ третьего поколения стали вытесняться более мобильными ЭВМ 4-ого поколения. К их числу, в частности, относятся самые распространенные в настоящее время персональные компьютеры семейства IBM PC. При разработке ОС для этих компьютеров были учтены не только опыт, но и горькие уроки, полученные в результате эксплуатации первых операционных систем. и требовала хорошего знания аппаратных средств.

1. Основные функции операционных систем
   

Современные ОС - широко распространенные системы - во многом похожи друг на друга. Прежде всего это определяется требованием переносимости программного обеспечения. Именно для обеспечения этой переносимости был принят POSIX (Portable OS Interface based on uniX) - стандарт, определяющий минимальные функции по управлению файлами, межпроцессному взаимодействию и т.д., которые должна уметь выполнять система.

Кроме того, за четыре с лишним десятилетия, прошедших с момента разработки первых ОС, сообщество программистов достигло определенного понимания того, что: при разработке ОС возникает много стандартных проблем и вопросов; для большинства из этих проблем и вопросов существует набор стандартных решений; некоторые из этих решений намного лучше, чем все альтернативные.

По современным представлениям, ОС должна уметь делать следующее:

1. Обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение.
   
2. Обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски и т.д. Как правило, ОС управляет свободным пространством на этих носителях и структурирует пользовательские данные.
   
3. Предоставлять более или менее стандартный доступ к различным устройствам ввода/вывода, таким как терминалы, модемы, печатающие устройства.
   
4. Предоставлять некоторый пользовательский интерфейс. Слово некоторый здесь сказано не случайно - часть систем ограничивается командной строкой, в то время как другие на 90% состоят из средств интерфейса пользователя.
   

Более развитые ОС предоставляют также следующие возможности:

1.Параллельное (точнее, псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор) исполнение нескольких задач.

2.Распределение ресурсов компьютера между задачами.

3.Организация взаимодействия задач друг с другом.

4.Взаимодействие пользовательских программ с нестандартными внешними устройствами.

5. Организация межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов.
   
6. Защита системных ресурсов, данных и программ пользователя, исполняющихся процессов и самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ.
   

• 1.2. Становление операционных систем
  

Как было отмечено выше, контуры современных ОС стали вырисовываться на этапе машин 3 поколения. В это же время стали очевидны просчеты, допущенные при проектировании первых ОС. Для ЭВМ этого поколения характерно оптимальное использование аппаратных средств даже в ущерб

"комфортности пользователей".


Архитектура этих машин отображена на рис. 1.1. Эта архитектура обладает двумя характерными особенностями:

• Центральные устройства - центральный процессор (ЦП) и оперативная память (ОП) непосредственно соединены между собой;
  
• Периферийные устройства (ПУ) подключены к центральным устройствам через процессор ввода/вывода (ПВВ).
  

К машинам такого типа можно отнести зарубежные машины IBM и отечественные машины ЕС18**. Машины этого типа вошли в историю как "машины неиспользованных возможностей ". То есть

эти ЭВМ были заменены машинами следующего поколения, так и не успев использовать возможности, которые были в них заложены. Причины этого будут изложены ниже.

Первой операционной системой для этих ЭВМ явилась ОС типа ДОС, что расшифровывается как

дисковая операционная система. Такое название свидетельствует о "древности" этого термина, так как уже более двух десятков лет не дисковых операционных систем просто не существует. Эта система является однопользовательской системой. На смену этой системы пришло семейство многопользовательских ОС. Самой распространенной и известной из них была ОС 6.1, которая имела уже многие черты современных операционных систем.


ОС 6.1 имела 4 режима:

1. режим пакетной обработки;
   
2. режим разделения времени;
   
3. режим реального времени;
   
4. диалоговый режим.
   

1.2.1. Режим пакетной обработки

Который использовался и в ДОС, заключался в обработке однопользовательских заданий, последовательно извлекаемых из очереди. По сути дела 1-ый режим – однопользовательский усовершенствованный режим, позволяющий на большой срок (например, на ночные часы) задействовать время процессора без оперативного вмешательства в его работу.


1.2.2. Режим разделения времени

Многопрограммный режим, характеризующийся делением времени процессора на кванты (тики в простейшем случае). В персональных компьютерах IBM -1 тик =1/18 сек (0.055 сек). Работа в этом режиме отображена на рис. 1.2.

В этом режиме каждой задаче выделяется квант времени, в течение которого она является активной, т.е. владеет всеми ресурсами системы, после чего выделяется квант времени следующей по очереди задаче, а задача, если она не решена до конца, становится в конец очереди и т.д.

Основное назначение этого фактически псевдопараллельного режима – разблокирование системы от больших задач. Действительно, при пакетной обработке при входе систему большой задачи все остальные задачи должны были ожидать конца ее решения, что делало невозможным оперативную работу с машиной.

В составе этого режима было 2 подрежима:

1. MFT (Multi-Fixation Test) – более простой ;
   
2. MVT (Multi-Variable Test) – более оптимальный.
   

В первом режиме число задач, на которые выделялись кванты, определялись пользователем. Если реальное число задач меньше, чем заданное, то число квантов, равное разности заданных и реальных задач, используется вхолостую.

Во втором режиме указанное число квантов выбирается автоматически и равно реальному числу задач.


1.2.3. Режим реального времени

(РВ) как минимум связан институтом приоритетов. Основный принцип этого режима: "пока не обработаются задачи с большим приоритетом, задачи с меньшим приоритетом не могут выполняться". При этом задачи с одинаковым приоритетом решаются в режиме разделения времени. Кратко рассмотрим необходимость приоритетов для поддержки обработки в реальном времени. Естественно, что обработка в реальном времени ограничивается:

• Ресурсами машины и ее организацией;
  
• Равномерным делением этих ресурсов на всех пользователей и все программы.
  

. При N пользователях .

Первое ограничение определяется возможностями компьютера и задает по сути дела "потолок" данной вычислительной системы. Однако, второе ограничение можно снять, дав задаче реального времени "зеленую улицу", что достигается консервированием остальных задач на некоторое время.


1.2.4.Диалоговый режим.

Это системы, предназначенные для облегчения разработки так называемых приложений реального времени. Это программы, управляющие некомпьютерным по природе оборудованием, часто с очень жесткими ограничениями по времени. Примером такого приложения может быть программа бортового компьютера крылатой ракеты, системы управления ускорителем элементарных частиц или промышленным оборудованием. Такие системы обязаны поддерживать многопроцессность, гарантированное время реакции на внешнее событие, простой доступ к таймеру и внешним устройствам. Такие системы могут по другим признакам относиться как к классу ДОС (RT-11), так и к ОС (OS-9, QNX). Часто такие системы (например, VxWorks) рассчитаны на работу совместно с управляющей host-машиной, исполняющей «нормальную» операционную систему .

Любопытно, что новомодное течение в компьютерной технике - multimedia - при качественной реализации предъявляет к системе те же требования, что и промышленные задачи реального времени. В multimedia основной проблемой является синхронизация изображения на экране со звуком. Именно в таком порядке. Звук обычно генерируется внешним аппаратным устройством с собственным таймером, и изображение синхронизуется с ним же. Человек способен заметить довольно малые временные неоднородности в звуковом потоке. Напротив, пропуск кадров в визуальном потоке не так заметен, а расхождение звука и изображения заметно уже при задержках около 30 мс. Поэтому системы качественного multimedia должны обеспечивать синхронизацию с такой же или более высокой точностью, что мало отличается от систем мягкого реального времени


Изначально, в машинах 3-го поколения не было оперативного общения с машиной (не было столь привычных в настоящее время дисплеев), что понижало конкурентоспособность этих машин по сравнению появившимися уже в это время ЭВМ четвертого поколения. Поэтому в ОП ввели новый пакет программ, позволяющий общаться с дисплеем.

Было 2 таких пакета (московский – “Примус” и, петербургский – “JEC” размером в 100 Кбайт).





На рис. 1.3 схематично изображено распределение оперативной памяти, которая в этих машинах колебалась от 1 до 5 Мб. На такой ЭВМ, которая по ресурсам существенно уступает современным даже персональным компьютерам, могло работать одновременно несколько десятков пользователей.

Далее появилась ОС 7.0 (СВМ – Система Виртуальных Машин).










1 Мб







Рис.1.4.


Процессоры, на которых осуществляется классический вариант СВМ, являются воспроизводящими конечными автоматами (КА), что дает возможность создавать копии состояний этого процессора и организовать работу пользователей с различными копиями.


Девиз UNIX: “Мобильная, инструментальная ОС.”


В середине 80-х гг. в связи с развитием ПК появился новый девиз для ОС: “Максимально дружественный пользователю интерфейс.”

При этом девизе аппаратные средства использовались не оптимально.

В настоящее время существует 2 девиза:

1. оптимальное использование аппаратных средств (профессиональные ЭВМ);
   
2. дружественный пользователю интерфейс (ПК).
   

Т.о., зафиксируем следующее:

а) эти принципы конфликтуют между собой;

б) массовые более дешевые системы тяготеют ко 2-му принципу;

в) ОС РВ тяготеют к 1-му принципу (одна из причин, по который системы этого типа) .


Функции, выполняемые современными ОС:

• они должны уметь обеспечивать загрузку ПО в ОЗУ и поддерживать выполнение этого ПО;
  
• обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти;
  
• предоставлять более или менее стандартный доступ к различным устройствам ввода/вывода;
  
• предоставить некоторый пользовательский интерфейс или, как минимум, командную строку, либо развитую оболочку .
  

Дополнительные условия (их имеют развитые ОС):

• параллельное (для мультипроцессорных систем) или псевдопараллельное (для однопроцессорных систем) использование нескольких задач;
  
• распределение ресурсов между несколькими задачами;
  
• организация взаимодействия задач друг с другом;
  
• взаимодействие пользовательских задач с нестандартными внешними устройствами;
  
• организация межмашинного взаимодействия, в т.ч. разделения ресурсов;
  
• защита системных ресурсов, данных и программ пользователя.