- •0.1 Что такое операционная система?
- •0.1.1 Структура вычислительной системы
- •0.1.2 Что такое ос?
- •Раздел 1 Основные понятия ос Тема 1.1. Основные понятия. Эволюция ос.
- •1.1.1 Основные понятия
- •1.1.2 Краткая история эволюции вычислительных систем
- •Принцип функциональной избирательности
- •Принцип генерируемости ос
- •Принцип функциональной избыточности
- •Темак 1.2 Принципы построения ос. Состав ос. Функции ос.
- •1.2.1 Принципы построения ос
- •Принцип модульности
- •Принцип виртуализации
- •Принцип независимости программ от внешних устройств
- •Принцип совместимости
- •Принцип открытой и наращиваемой ос
- •Принцип переносимости
- •Принцип обеспечения безопасности вычислений
- •1.2.2 Назначение и состав операционной системы компьютера.
- •1.2.3 Функции ос
- •1.2.4 Классификация ос
- •Тема 1.3 Архитектура ос (монолитные и микроядерные ос).
- •1.3.1 Монолитное ядро
- •1.3.2 Слоеные системы (Layered systems)
- •1.3.3 Виртуальные машины
- •1.3.4 Микроядерная архитектура.
- •1.3.5 Смешанные системы
- •1.6 Резюме
- •Раздел 2 Машинно-зависимые свойства ос Тема 2.1 Управление процессами (планирование и диспетчеризация)
- •2.1.1 Понятие процесса
- •2.1.2. Состояния процесса
- •2.1.3. Операции над процессами и связанные с ними понятия
- •2.1.3.1. Набор операций
- •2.1.3.2. Process Control Block и контекст процесса
- •2.1.3.3. Одноразовые операции
- •2.1.3.4. Многоразовые операции
- •2.1.3.5. Переключение контекста
- •2.1.4. Резюме
- •Тема 2.2 Управление памятью Часть 1 Физическая память
- •2.2.1 Основы управления памятью
- •2.2.2 Связывание адресов.
- •2.2.3 Простейшие схемы управления памятью.
- •2.2.3.1 Схема с фиксированными разделами.
- •2.2.3.2 Свопинг
- •2.2.3.3 Мультипрограммирование с переменными разделами.
- •2.2.4 Резюме
- •Часть 2 Виртуальная память
- •2.2.5. Проблема размещения больших программ. Понятие виртуальной памяти.
- •2.2.6 Архитектурные средства поддержки виртуальной памяти.
- •2.2.7 Страничная память
- •2.2.8 Сегментная и сегментно-страничная организации памяти
- •2.2.9 Таблица страниц
- •2.2.10 Ассоциативная память.
- •2.2.11 Иерархия памяти
- •2.2.12 Размер страницы
- •Тема 2.3 Обработка прерываний
- •2.3.1. Механизм общей обработки прерывания
- •2.3.2. Программные прерывания или системные вызовы
- •2.3.3.Аппаратные или внешние прерывания
- •2.3.3.1. Немаскируемые внешние прерывания
- •2.3.3.2. Маскируемые внешние прерывания
- •2.3.4. Внутренние прерывания или исключения.
- •2.3.5. Таблица прерываний
- •2.3.6. Уровни приоритета прерываний
- •Тема 2.4 Обслуживание ввода-вывода
- •2.4.1 Основные понятия и концепции организации ввода/вывода в ос
- •2.4.2 Менеджер ввода-вывода
- •2.4.2.1.Основные задачи супервизора следующие:
- •2.4.2.2. Состав супервизора:
- •2.4.3. Основные режимы ввода/вывода:
- •2.4.5. Виды ввода-вывода:
- •2.4.6. Функции ос по обслуживанию ввода-вывода:
- •Раздел 3 Машинно-независимые свойства ос Тема 3.1 Планирование заданий
- •3.1.1. Стратегия планирования
- •3.1.2. Дисциплины диспетчеризации
- •3.1.3. Вытесняющие и не вытесняющие алгоритмы диспетчеризации
- •3.1.4. Качество диспетчеризации и гарантии обслуживания
- •3.1.5. Диспетчеризация задач с использованием динамических приоритетов
- •Тема 3.2. Организация файловых систем. Типы файловых систем fat16, fat32, vfat, ntfs и другие.
- •Часть 1 Основные понятия
- •3.2.1 Введение в ос
- •3.2.2 Имена файлов
- •3.2.3 Структура файлов
- •3.2.4 Типы и атрибуты файлов
- •3.2.5 Доступ к файлам
- •3.2.6 Операции над файлами.
- •3.2.7 Директории. Логическая структура файлового архива.
- •3.2.9 Защита файлов.
- •3.2.9.1 Контроль доступа к файлам
- •3.2.9.2 Списки прав доступа
- •3.2.10 Резюме
- •Часть 2 Реализация файловой системы
- •3.2.11 Интерфейс файловой системы.
- •3.2.12 Общая структура файловой системы
- •3.2.13 Структура файловой системы на диске.
- •3.2.13.1 Методы выделения дискового пространства
- •3.2.13.2 Управление свободным и занятым дисковым пространством.
- •3.2.13.3 Размер блока
- •3.2.14 Реализация директорий
- •3.2.13.4 Структура файловой системы на диске
- •3.2.14.1 Примеры реализации директорий в некоторых ос
- •3.2.14.2 Поиск в директории
- •3.2.15 Монтирование файловых систем.
- •3.2.16 Связывание файлов.
- •3.2.16.1 Организация связи между каталогом и разделяемым файлом
- •3.2.17 Кооперация процессов при работе с файлами.
- •3.2.18 Надежность файловой системы.
- •3.2.18.1 Целостность файловой системы.
- •3.2.18.2 Управление плохими блоками
- •3.2.19 Производительность файловой системы
- •3.2.20 Реализация некоторых операций над файлами.
- •3.2.20.1 Системные вызовы, работающие с символическим именем файла.
- •3.2.20.2 Системные вызовы, работающие с файловым дескриптором
- •3.2.21 Современные архитектуры файловых систем
- •3.2.22 Резюме
- •Часть 3. Примеры файловых систем
- •3.2.23. Файловая система fat
- •3.2.24 Файловая система fat32
- •3.2.25. Файловая система vfat
- •3.2.26. Файловая система ntfs
- •Тема 3.3. Защищенность и отказоустойчивость ос
- •3.3.1. Введение в безопасность ос
- •3.3.2 Классификация угроз
- •3.3.3 Формализация подхода к обеспечению информационной безопасности. Классы безопасности
- •3.3.5 Криптография, как одна из базовых технологий безопасности ос.
- •3.3.6 Введение в защитные механизмы операционных систем
- •3.3.7. Идентификация и аутентификация
- •3.3.7.1 Пароли, уязвимость паролей
- •Шифрование пароля
- •3.3.8. Авторизация. Разграничение доступа к объектам ос
- •3.3.8.1 Домены безопасности
- •3.3.8..2 Матрица доступа
- •3.3.8.3 Недопустимость повторного использование объектов
- •3.3.9. Аудит, учет использования системы защиты
- •3.3.10. Анализ некоторых популярных ос с точки зрения их защищенности.
- •3.3.11. Резюме
- •Раздел 4 ос ms-dos Тема 4.1 Структура ос ms-dos
- •4.1.1. Структура dos
- •4.1.2. Загрузка. Dos
- •Тема 4.2 Команды ms-dos
2.1.3. Операции над процессами и связанные с ними понятия
2.1.3.1. Набор операций
Процесс не может сам перейти из одного состояния в другое. Изменением состояния процессов занимается операционная система, совершая операции над ними. Количество таких операций в нашей модели пока совпадает с количеством стрелок на диаграмме состояний. Удобно объединить их в три пары:
Создание процесса - завершение процесса;
Приостановка процесса (перевод из состояния исполнение в состояние готовность) - запуск процесса (перевод из состояния готовность в состояние исполнение);
Блокирование процесса (перевод из состояния исполнение в состояние ожидание) - разблокирование процесса (перевод из состояния ожидание в состояние готовность);
В дальнейшем, когда мы будем говорить об алгоритмах планирования, в нашей модели появится еще одна операция, не имеющая парной: изменение приоритета процесса.
Операции создания и завершения процесса являются одноразовыми, так как применяются к процессу не более одного раза (некоторые системные процессы никогда не завершаются при работе вычислительной системы). Все остальные операции, связанные с изменением состояния процессов, будь то запуск или блокировка, как правило, являются многоразовыми. Рассмотрим подробнее, как операционная система выполняет операции над процессами.
2.1.3.2. Process Control Block и контекст процесса
Для того чтобы операционная система могла выполнять операции над процессами, каждый процесс представляется в ней некоторой структурой данных. Эта структура содержит информацию, специфическую для данного процесса:
состояние, в котором находится процесс;
программный счетчик процесса или, другими словами, адрес команды, которая должна быть выполнена для него следующей;
содержимое регистров процессора;
данные, необходимые для планирования использования процессора и управления памятью (приоритет процесса, размер и расположение адресного пространства и т. д.);
учетные данные (идентификационный номер процесса, какой пользователь инициировал его работу, общее время использования процессора данным процессом и т. д.);
информацию об устройствах ввода-вывода, связанных с процессом (например, какие устройства закреплены за процессом, таблицу открытых файлов);
Конкретный ее состав и строение зависят, конечно, от конкретной операционной системы. Во многих операционных системах информация, характеризующая процесс, хранится не в одной, а в нескольких связанных структурах данных. Эти структуры могут иметь различные наименования, содержать дополнительную информацию или, наоборот, лишь часть описанной информации. Для нас это не имеет значения. Для нас важно лишь то, что для любого процесса, находящегося в вычислительной системе, вся информация, необходимая для совершения операций над ним, доступна операционной системе. Для простоты изложения будем считать, что она хранится в одной структуре данных. Мы будем называть ее PCB (Process Control Block) или блоком управления процессом. Блок управления процессом является моделью процесса для операционной системы. Любая операция, производимая операционной системой над процессом, вызывает определенные изменения в PCB. В рамках принятой модели состояний процессов содержимое PCB между операциями остается постоянным.
Информацию, для хранения которой предназначен блок управления процессом, удобно для дальнейшего изложения разделить на две части. Содержимое всех регистров процессора (включая значение программного счетчика) будем называть регистровым контекстом процесса, а все остальное - системным контекстом процесса. Знания регистрового и системного контекстов процесса достаточно для того, чтобы управлять его поведением в операционной системе, совершая над ним операции. Однако этого недостаточно, чтобы полностью характеризовать процесс. Операционную систему не интересует, какими именно вычислениями занимается процесс, т. е. какой код и какие данные находятся в его адресном пространстве. С точки зрения пользователя, наоборот, наибольший интерес представляет содержимое адресного пространства процесса, возможно наряду с регистровым контекстом, определяющее последовательность преобразования данных и полученные результаты. Код и данные, находящиеся в адресном пространстве процесса, будем называть его пользовательским контекстом. Совокупность регистрового, системного и пользовательского контекстов процесса для краткости принято называть просто контекстом процесса. В любой момент времени процесс полностью характеризуется своим контекстом.