OPERĒTĀJSISTĒMAS Ilvars Tauriņš

Operētājsistēmas Nodarbības nedēļā: 1 teorija 2 praktiskās nodarbības konsultācijas Kā mani atrast? 340. kab. vai Lai iegūtu atzīmi: kontroldarbi prezentācija

Sistēmas programmatūras struktūra Programmatūra ir visa veida programmu kopums, kas nodrošina apstrādes sistēmas efektīvu darbību un lietotāja apkalpošanu. Pēc funkcionālas pazīmes datora programmatūru var nodalīt divās daļās: sistēmas programmatūra (izmanto programmas produktu izstrādāšanai, izpildīšanai, lietotāja apkalpošanai) lietišķā programmatūra, kuru izmanto konkrēta uzdevuma risināšanai.

Sistēmas programmatūras struktūra

Operētājsistēma OS ir programmu komplekss, kas – vada datu organizēšanu un programmu izpildi datorā; – nodrošina aparatūras un programmatūras kopdarbību; – nodrošina resursu racionālu izmantošanu; – nodrošina sadarbību ar lietotāju.

Operētājsistēma OS galvenie uzdevumi – ērtība – efektivitāte – attīstības iespējas

Pazīstamākās personālo datoru OS. MS-DOS OS/2 Microsoft Windows 95,98,Me Microsoft Windows NT,2000,XP,Vista, 7 GNU/Linux Unix Mac OS

OS attīstības vēsture Pakešu apstrādes sistēmas, kas bija mūsdienu OS priekštecis. (50-tie gadi) Multiprogrammu OS parādīšanās mainframe (1965 – 1975) Tika realizēti visi galvenie mehānismi, kas ir raksturīgi mūsdienu OS: - multiprogrammēšana; - multiprocessing. 60.gados parādījās pirmās tīkla OS. 70.gadu vidū kopā ar mainfreimiem izplatījās minidatori (PDP11, Nova, HP). Minidatoru arhitektūra bija krietni vienkāršota, tas izpaudās arī OS, PDP11 bija veselas divas OS - OS RT11 un otra - RSX11M. Saistībā ar minidatoriem parādījās OS UNIX. 80.gadu sākumā parādījās personālie datori (PC). MS-DOS MS-DOS 3.1 ar tīkla atbalstu Novell - OS ar iebūvētām tīkla funkcijām OS/ gads, kad MS kopā ar IBM izstrādāja daudzuzdevumu OS. 90.gados visas OS kļuvušas par tīkla OS. 90.gadu otrā pusē visi OS ražotāji pievērsās OS nodrošinājumam darbam internetā.

OS OS ir pirmais programmatūras slānis, kas tiek ielādēts datora atmiņā pēc tā iedarbināšanas. Visa pārējā programmatūra, kas tiek ielādēta pēc tam, ir no tā atkarīga un izmanto tās sniegtos pamatservisus.

OS Pamatservisi: – pieeja diskiem; – atmiņas pārvaldīšana; – daudzuzdevumu režīma vadība; – lietotāja saskarne. Kods, kurš nodrošina šos pamatservisus tiek saukts par OS kodolu jeb kerneli.

OS Resursi ir datu apstrādes sistēmas līdzekļi, kas piedalās darba veikšanā. Resursu vadīšana nozīmē: – pieejas pie resursiem atvieglošana - realizēšana ļauj paslēpt datora aparatūras īpatnības un iedot lietotāja rīcībā virtuālo mašīnu ar būtiski vieglāku vadīšanu. – resursu sadalīšana starp konkurējošiem procesiem- raksturīga tādām operētājsistēmām, kas nodrošina dažu programmu vienlaicīgu izpildīšanu.

OS OS uztur divus interfeisus, kuru līmenis ir augstāks par aparatūras interfeisu. Lietotāja interfeiss- saskarne, kura nodrošina informācijas apmaiņu starp lietotāju un datu apstrādes sistēmas. Programmas interfeiss- pakalpojumu komplekss, kas atbrīvo programmētājus no rutīnas operāciju kodēšanas.

Servisa sistēmas Servisa sistēmas ir tādas sistēmas, kas paplašina un papildina OS lietotāju un programmu interfeisus. – Interfeisa sistēmas, kuras modificē lietotāja interfeisu un dažkārt arī realizē resursu sadalīšanas funkcijas. Bieži šādas interfeisa sistēmas uzskata par operētājsistēmas turpinājumu.

Servisa sistēmas – Interfeisa sistēmas, kuras modificē tikai lietotāju interfeisu (shell- čaulas).Piem. Norton Commander, VC, FAR manager. – Utīlprogrammas - apkalpojoša veida programmas, kas ļauj bagātināt lietotāja interfeisu.

Hierarhiskais OS modelis

1.-4.līmenis faktiski nepieder OS sastāvdaļai, bet pieder pie procesora aparatūras komponentiem, bet, piemēram, 4.līmenī jau var pamanīt tādus OS elementus, kā pārtraukuma apstrādes programmas. 5.līmenī tiek ieviests procesa jēdziens, zem kura saprot programmu izpildes gaitā. Lai nodrošinātu dažu procesu vienlaicīgu gaitu, OS jānodrošina iespējas apturēt un atjaunot procesus, kā arī sinhronizēt tos. 6.līmeņa komponenti sadarbojas ar datora palīgatmiņas ierīcēm. Šajā līmenī notiek magnētiskās galviņas pozicionēšana un datu bloku fiziska pārraide. Darba plānošanai un paziņošanai process par pieprasītās operācijas pabeigšanu šis līmenis izmanto 5-tā līmeņa komponentes. 7.līmenis veido procesu adrešu platību. Šī platība tiek organizēta bloku veidā. Blokus var pārvietot starp pamatatmiņu un palīgatmiņu. Ja vajadzīgais bloks neatrodas pamatatmiņā, tad šis līmenis pārraida pieprasījumu 6.līmenim par bloka pārraidi.

Hierarhiskais OS modelis Līdz šim gāja runa par OS sadarbību ar procesoru, augstāko līmeņu komponenti sadarbojas jau ar ārējiem objektiem- t.i. perifērijas ierīces, citi datori. 8.līmenis ir atbildīgs par informācijas apmaiņu starp procesiem. Viens no jaudīgākajiem instrumentiem šajā jomā ir konveijeri. Konveijers ir loģiskais datu pārraides kanāls, kad viena procesa izejas dati ir cita procesa ieejas dati. 9.līmenis nodrošina failu ilgtermiņa glabāšanu. Šajā līmenī dati tiek uzskatīti kā abstrakti objekti ar mainīgu garumu. 10.līmenī tiek organizēta pieeja ārējām ierīcēm ar standarta interfeisiem.

Hierarhiskais OS modelis 11.līmenis uztur sakarus starp sistēmas resursu un objektu ārējiem un iekšējiem identifikatoriem. Ārējais identifikators ir vārds, ko izmanto lietojumprocess vai lietojums, iekšējais identifikators ir adrese vai cits identifikators, ko OS zemākie līmeņi izmanto objektu meklēšanai vai vadībai. 12.līmenis nodrošina procesu atbalstīšanas pilnfunkcionālos līdzekļus. Šajā līmenī procesora reģistru informācija tiek izmantota procesu noregulētai vadībai. 13.līmenis nodrošina OS sadarbību ar lietotāju. Šo līmeni sauc par čaulu un tā piedāvā lietotājam servisus. Čaula pieņem komandas, interpretē tās, rada vajadzīgos procesus un pārvalda tos. Šajā līmenī varētu būt realizēts grafiskais interfeiss, kas ļauj lietotājam izvēlēties komandas no izvēlnes un izpildes rezultātus attēlo uz ekrāna.

OS funkcionālie komponenti OS funkcijas var sagrupēt saskaņā ar lokālo resursu rīkiem, kurus vada OS saskaņā ar specifiskiem uzdevumiem, kurus var pielietot pie visiem resursiem. OS funkcijas sauc par apakšsistēmām. Svarīgākās resursu vadības apakšsistēmas: Procesu vadība Atmiņas vadība Failu un ārējo iekārtu vadība Apakšsistēmas, kuras ir kopējas visiem resursiem: Lietotāja un programmas interfeisi Datu aizsardzība un administrēšana

OS funkcionālie komponenti Procesu vadības apakšsistēma Svarīgākā OS daļa, kas ietekmē datora funkcionēšanu. Katram jaunizveidotam procesam OS ģenerē sistēmas informatīvās struktūras, kas satur datus par resursiem, kuri vajadzīgi procesam un kuri faktiski iedalīti procesam. Šajā struktūrā saglabā arī datus par procesa atrašanās vēsturi sistēmā, par procesa pašreizējo stāvokli un prioritāti. Šos datus OS izmanto, kad pieņem lēmumu par resursu iedalīšanu procesam. Multiprogrammu sistēmās OS organizē rindas pie resursiem, aizsargā resursus, nodrošina resursu koplietošanu, pārslēdz procesu stāvokļus, sinhronizē procesu izpildi un sadarbību.

OS funkcionālie komponenti Atmiņas vadības apakšsistēmas Nodrošina fiziskās atmiņas sadalīšanu starp visiem dotajā momentā eksistējošiem procesiem, procesa koda un datu ielādi atmiņas apgabalos un to aizsardzību. Viens no populārākajiem (un galvenajiem) atmiņas vadības paņēmieniem ir virtuālās atmiņas paņēmiens.

OS funkcionālie komponenti Failu un ārējo iekārtu vadības apakšsistēmas OS iespēja izolēt pielietojumus no reālas aparatūras īpatnībām tiek realizēt failu sistēmas jēdzienā. Dati, kas tiek glabāti ārējā atmiņā ir organizēti failos, kuriem ir simboliski vārdi. Failu sistēmas izpilda simbolisko vārdu pārveidošanu fiziskajās adresēs, izpilda visas faila operācijas, organizē pieeju failiem un aizsargā tos no nesankcionētas pieejas. Failu sistēma cieši sadarbojas ar ārējo iekārtu vadības apakšsistēmu, kas pēc failu sistēmas vaicājumiem nodrošina datu pārraidi starp magnētiskajiem diskiem un operatīvo atmiņu. Šī apakšsistēma organizē interfeisus visām ieslēgtām iekārtām un uzturēt tādu interfeisu ir viena no svarīgākajām un grūtākajām OS funkcijām (draiveri).

OS funkcionālie komponenti Datu aizsardzība un administrēšana OS sastāvā jābūt līdzekļiem, kas nodrošina sistēmas drošību aparatūras un programmatūras darbības traucējumu gadījumos un aizsargā sistēmas komponentus no nesankcionētas pieejas. Piemēram- ieejas loģiskā kontrole (vārds un parole), pieejas pie resursiem ierobežošana, audits, iekārtu rezervēšana. Visas aizsardzības funkcijas ir cieši saistītas ar administrēšanu.

OS funkcionālie komponenti Lietišķās programmēšanas interfeiss API ļauj programmētājam izmantot OS iespējas. No lietotāja API funkcijas ir paslēptas ar lietotāja čaulas palīdzību. Lietojumu izstrādātājiem konkrētās OS īpašības tiek attēlotas API īpašību veidā. API standartizēšana ļauj izstrādāt pārnesamus pielietojumus, kurus var izmantot atšķirīgās OS vidēs. Lai izmantotu API funkcijas, pielietojumi izpilda sistēmas vaicājumus, kuru realizācija ir atkarīga no OS struktūras organizācijas un aparatūras īpatnībām. Lietotāja interfeiss Lietotāju interfeisus OS var uzturēt divos veidos. Burt-ciparu Grafisko interfeisu veidā Burt ciparu interfeisā, lietotāja rīcībā ir komandu valoda, kas atspoguļo sistēmas funkcionālās īpatnības. Komandas var izpildīt vai nu interaktīvajā režīmā vai komandu faila veidā. Komandu ievadi var būtiski atvieglot, ja OS uztur lietotāja grafisko interfeisu.

OS struktūru organizācija Eksistē vairāki OS kodola strukturēšanas veidi

OS struktūru organizācija Monolīta OS Nelielas OS struktūra, bieži organizēta kā procedūru kopa, katru no kurām var izsaukt jebkurā lietotāju procedūrā. Tāda struktūra nodrošina datu izolēšanu. Dažādos koda gabalos tiek izmantota informācija par visas sistēmas ierīkošanu. Tādu OS paplašināšana ir ļoti sarežģītas process, jo vienas procedūras mainīšana var izsaukt kļūdas citās OS daļās, kuras uz pirmo skatienu nav saistītas ar šo procedūru. Visi OS pielikumi ir atdalīti no pašas OS. OS kods ir izpildīts priviliģētā režīmā (kernel mode) un tam ir pieeja sistēmas resursiem un aparatūrai. Pielikumi vai lietojumprogrammas izpildās lietotāju režīmā, kurā ir ierobežota pieeja sistēmas datiem. Kad lietojumprogramma izsauc sistēmas servisu, procesors pārķer izsaukumu un pārslēdz plūsmu kodola režīmā. Faktiski notiek režīma pārslēgšana. Kad sistēmas izsaukums tiek izpildīts, OS pārslēdz plūsmu atpakaļ lietotāju režīmā un dod iespēju programmai turpināt izpildīšanu. Piem. MS-DOS

OS struktūru organizācija

Slāņu OS Paredz OS sadalīšanu uz moduļiem, kuri tiek izvietoti dažādos slāņos. Katrs modulis piedāvā funkcijas, kuras var izsaukt citi moduļi, bet modulis var izmantot kodus tikai no zemāk izvietotiem slāņiem. Šādas OS priekšrocības- katra slāņa kods var saņemt pieeju tikai interfeisam un datiem no zemāk izvietotiem slāņiem, kas samazina koda ar neierobežotu varu izmēru (apjomu). Šī struktūra ļauj izstrādes un skaņošanas gaitā uzsākt darbu no zemāka slāņa un pakāpeniski pievienot citus slāņus. Slāņu organizācija atvieglo OS paplašināšanas iespējas. Piem. OS/2, UNIX

OS struktūru organizācija

Klient-servera OS Šajā gadījumā OS tiek sadalīta uz procesiem, katrs no kuriem realizē vienu servisa kopu, piemēram, atmiņas sadalījums, procesu vadība, procesu plānošana utt. Katrs process izpilda vienu funkciju. Katrs OS serviss funkcionē lietotāju režīmā un pārbauda vai kāds klients nav pieprasījis apkalpošanu. Klients, par kuru var uzskatīt vai nu lietojumprogrammu vai jebkuru sistēmas servisu, pieprasa servisa izpildīšanu sūtot serverim paziņojumu. OS kodols (mikrokodols) pārsūta paziņojumu serverim, kurš izpilda pieprasītās darbības. Serveris izpilda apkalpošanu un mikrokodols pārsūta klientam rezultātus cita paziņojuma veidā. Šajā gadījumā OS sastāv no neliela izmēra autonomiem komponentiem. Par cik visi servisi tiek izpildīti kā lietotāja režīma atsevišķi procesi, tad avārija ar kādu no tiem neietekmē citu OS daļu darbību. Dažādi servisi var izpildīties uz dažādiem procesoriem vai datoriem, kas dod iespēju izmantot šo pieeju dalītās OS. Piem. Mach, PARAS, Chorus

OS struktūru organizācija

Objektu modelis Saskaņā ar objektorientēto metodoloģiju, no sākuma vajag izdalīt datus, ar kuriem strādās programma. OS par tādiem datiem uzskata sistēmas resursus (failus, atmiņas blokus utt.). Kad izstrādā sistēmu, kuras orientētas uz datoriem, tad izstrādes galvenais mērķis ir tādas programmatūras izveidošana, kuru var viegli un lēti izmainīt un pielāgot citai videi. Viens no veidiem kā var minimizēt izmaiņas objektorientētās programmās ir paslēpt datu fizisko attēlošanu objektu iekšienē. Objekts ir datu struktūra, kuras fiziskais formāts ir paslēpts tipa definēšanā. Katru sistēmas resursu, kuru kopīgi var izmantot vairāki procesi, var realizēt kā objektu un apstrādāt ar objektu servisiem. Priekšrocības: Samazināta izmaiņu ietekme Unificēta pieeja pie OS resursiem un darbs ar tiem Vienkāršota objektu aizsardzība Piem. Windows NT, Windows 2k, Windows XP

Jautājumi?