- •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
3.2.17 Кооперация процессов при работе с файлами.
Когда различные пользователи работают вместе над проектом, они часто нуждаются в разделении файлов.
Разделяемый файл является разделяемым ресурсом. Как и в случае любого совместно используемого ресурса, процессы должны синхронизировать свой доступ к совместно используемым файлам, каталогам, чтобы избежать тупиковых ситуаций, дискриминации отдельных процессов и снижения производительности системы.
Например, если несколько пользователей одновременно редактируют какой-либо файл и не принято специальных мер, то результат будет непредсказуем и зависит от того, в каком порядке осуществлялись записи в файл. Между двумя операциями read одного процесса, другой процесс может модифицировать данные, что неприемлемо для многих приложений. Простейшее решение данной проблемы предоставить возможность одному из процессов захватить файл, то есть блокировать доступ к разделяемому файлу других процессов на все время, пока файл остается открытым для данного процесса. Однако это было бы не гибко и не соответствовало бы характеру поставленной задачи.
Основные способы средство временный захват процессом файла или записи (части файла между указанными позициями), а также блокировки отдельных структур ядра, отвечающих за работу с файлами. Так, в ОС Unix во время системного вызова, осуществляющего ту или иную операцию с файлом, как правило, происходит блокирование индексного узла, содержащего адреса блоков данных файла. Может показаться, что организация блокировок или запрета более чем одному процессу работать с файлом во время выполнения системного вызова является излишней, так как в подавляющем большинстве случаев выполнение системных вызовов и так не прерывается, то есть ядро работает в условиях невытесняющей многозадачности. Однако в данном случае это не совсем так. Операции чтения и записи занимают продолжительное время и лишь инициируются центральным процессором, а осуществляются по независимым каналам, поэтому установка блокировок на время системного вызова является необходимой гарантией атомарности операций чтения и записи.
Системный вызов, позволяющий установить и проверить блокировки на файл, является неотъемлемым атрибутом современных многопользовательских ОС. В принципе, было бы логично связать синхронизацию доступа к файлу как к единому целому с системным вызовом open (т.е., например, открытие файла в режиме записи или обновления могло бы означать его монопольную блокировку соответствующим процессом, а открытие в режиме чтения - совместную блокировку). Так поступают во многих операционных системах (начиная с ОС Multics). В ОС Unix это не так, что имеет исторические причины.
В первой версии системы Unix, разработанной Томпсоном и Ричи, механизм захвата файла отсутствовал. Применялся очень простой подход к обеспечению параллельного (от нескольких процессов) доступа к файлам: система позволяла любому числу процессов одновременно открывать один и тот же файл в любом режиме (чтения, записи или обновления) и не предпринимала никаких синхронизационных действий. Вся ответственность за корректность совместной обработки файла ложилась на использующие его процессы, и система даже не предоставляла каких-либо особых средств для синхронизации доступа процессов к файлу. Однако впоследствии, для того, чтобы повысить привлекательность системы для коммерческих пользователей, работающих с базами данных, в версию V системы были включены механизмы захвата файла и записи, базирующиеся на системном вызове fcntl.
Допускаются два варианта синхронизации: с ожиданием, когда требование блокировки может привести к откладыванию процесса до того момента, когда это требование может быть удовлетворено, и без ожидания, когда процесс немедленно оповещается об удовлетворении требования блокировки или о невозможности ее удовлетворения в данный момент времени.
Установленные блокировки относятся только к тому процессу, который их установил, и не наследуются процессами-потомками этого процесса. Более того, даже если некоторый процесс пользуется синхронизационными возможностями системного вызова fcntl, другие процессы по-прежнему могут работать с тем файлом без всякой синхронизации. Другими словами, это дело группы процессов, совместно использующих файл, - договориться о способе синхронизации параллельного доступа.