1 Операционные системы и оболочки Одинцов Игорь Олегович весна 2007

2 Лекция 2 Введение в операционные системы (продолжение) Внимание! С целью уменьшения размера файла, версия слайдов для рассылки содержит сокращения

3 План лекции Приложения будущего и роль операционных систем в поддержке параллелизма Классификации ОС по типу централизации, особенностям алгоритмов управления ресурсами, особенностям аппаратных платформ, особенностям областей использования Классификация ОС по типу архитектуры ядра системы

4 Фрагмент марсианской литературы Для человека естественно линейное и последовательное построение предложений языка Однако существуют и более сложные способы построения предложений. Например, марсианская грамматика имеет свои правила и использует Северный голос для эмоций, Южный голос для действия, Восточный голос для речи и Западный голос для обстоятельств ЭмоцияДействияРечьОбстоятель ства СердитыйПодкрадыва ется Ужасный марсианин Холодный, мрачный ОпределенноБитьУмри! Умри! Умри! Старая пещера СтыдноУкрасть мышь Мертвый марсианин

5 Семь вопросов о параллельном программировании:

6 Мотивация пользователя – примеры «из будущего» Мотивация пользователя Категории данных ПоискРазвле- чения РасчетыОбучение Системные - Установление необходимых соединений --- Как модернизировать оборудование и ПО, чтобы достичь нужной производительности? - Помогите избавиться от спама. - Научите меня эффективно работать с электронными таблицами Числовые - Дата последнего заморозка на моей даче - Список команд чемпионов страны по футболу - График давления после занятий спортом, прослушивания музыки, встречи с начальником - Прогнозы на этот и следующие годы по уплате налогов - Какие симптомы могут повлиять на здоровье? - Подберите мне диету, исходя из данных о моем здоровье Изображения - Фото моей собаки в отпускной период - Вымершие животные Австралии - Редактирование и сборка видеофильма о командах- чемпионах Языковые - Российские лауреаты Нобелевской Премии в годы «холодной войны» - Игра в «Что? Где? Когда?» - Анализ влияния симптомов на здоровье - Анализ генеалогии моего отца Ввод новичка в сложившуюся группу Комбиниро- ванные - Составные отчеты – текст, данные, изображения. - Выбор марки при покупке дорогой техники Научите меня...

7 Recognition – распознавание данных Mining – извлечение данных Synthesis – синтез данных Будущие приложения: концепция RMS (предложена Intel)

8 От задач - к функциям и примитивам

9 А вот и некоторые проблемы: Распараллеливание программ Языки: Распараллеливание вручную – сложно выполнить во многих случаях и требует много времени Системы программирования: Автоматическое распараллеливание компилятором – слишком консервативное Многих зависимостей в действительности нет Многие зависимости проявляются лишь время от времени Параллелизм на уровне команд (ILP) имеет ограниченную эффективность в некоторых приложениях Знание того, как организован параллелизм в ОС, поможет при написании Ваших параллельных программ!

10 Основная задача профессионального программирования Основная задача профессионального программирования – создание высококачественного программного обеспечения. Образно говоря, стержневой подзадачей является осуществление последовательной трансформации моделей при движении от периферии к ядру. Начинаем мы с первой модели общей постановки задачи в предметной области и более конкретных моделей спецификаций и заканчиваем алгоритмической моделью и моделью на языке машинных команд.

11 План лекции Приложения будущего и роль операционных систем в поддержке параллелизма Классификации ОС по типу централизации, особенностям алгоритмов управления ресурсами, особенностям аппаратных платформ, особенностям областей использования Классификация ОС по типу архитектуры ядра системы

12 Классификация по типу централизации Эта классификация принимает во внимание особенности аппаратных платформ, для которых операционные системы создаются

13 Обоснование классификации

14 Чем мы будем заниматься? Файловые системы Анализировать принципы и алгоритмы работы с основными ресурсами для основных классов операционных систем

15 Последовательность изучения принципов и алгоритмов работы с основными ресурсами для основных классов операционных систем курса Ресурсы ОС Классы ОС Процессы Виртуаль- ная память Драйверы и ФС Централи- зованные Сетевые Распреде- ленные Идея: изучаем принципы и алгоритмы работы с основными ресурсами для основных классов операционных систем Изучаем на следующей лекции

16 Классификация по особенностям алгоритмов управления ресурсами Поддержка многозадачности Поддержка многопоточности Поддержка многопроцессорной обработки Поддержка многопользовательского режима …

17 Аппаратные платформы: есть ли особенности в операционных системах? С точки зрения функциональной классификации компьютеров, можно выделить: Массивно-параллельные системы однородные вычислительные узлы со скоростными специализированными каналами связи Кластерные архитектуры дешевый вариант массивно-параллельных систем Грид-архитектуры гетерогенная вычислительная сеть Суперкомпьютеры высокоскоростные вычислители Мэйнфреймы большие универсальные компьютеры Мини-компьютеры компьютеры, появившиеся как альтернатива мэйнфреймам и имеющие гораздо меньшие по сравнению с ними размеры. Эпоха мини-компьютеров приходится на 80-е годы XX века Рабочие станции высококачественные компьютеры для рабочих мест пользователей. Они вытеснили мини-компьютеры, завершив их эпоху В модели вычислений "клиент-сервер" принято выделять разновидность данного класса рабочие станции- серверы, выполняющие часть клиентской работы (и поэтому, обычно, имеющие более мощную конфигурацию) В этой же модели выделяют еще одну разновидность бездисковые рабочие станции, используемые, как правило, в качестве клиентов Терминалы оконечные устройства, не имеющие собственного процессора общего назначения. Такие устройства фактически не являются вычислителями, а выполняют только операции ввода-вывода Персональные компьютеры универсальные компьютеры, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком В модели вычислений "клиент-сервер" принято выделять разновидность данного класса персональные компьютеры-серверы Переносимые компьютеры лэптопы, ноутбуки Карманные компьютеры палмтопы Встроенные компьютеры для специальных целей …

18 Классификация по особенностям основных аппаратных платформ Операционные системы для мощных серверов Операционные системы для рабочих станций и персональных компьютеров Операционные системы для карманных компьютеров

19 Классификация по особенностям областей использования Операционные системы пакетной обработки Они работают с пакетами задач, причем переключение процессора с одной задачи на другую происходит лишь в том случае, если активная задача сама отказывается от процессора Операционные системы разделения времени Такие системы предоставляют каждой из задач некоторый квант процессорного времени. При этом время ответа программы обычно оказывается достаточно приемлемым, что позволяет использовать эти ОС в качестве диалоговых Операционные системы реального времени Они применяются для управления некоторыми технологическими объектами и процессами. В них существует предельно допустимое время, в течение которого программа должна ответить. Операционные системы реального времени характеризуются тем, что в ответ на события они должны гарантированно реагировать до определенного времени. Проще говоря, когда дается ответ так же важно, как и какой

20 План лекции Приложения будущего и роль операционных систем в поддержке параллелизма Классификации ОС по типу централизации, особенностям алгоритмов управления ресурсами, особенностям аппаратных платформ, особенностям областей использования Классификация ОС по типу архитектуры ядра системы

21 Классификация по типу архитектуры ядра системы Монолитное ядро Слоистое ядро Экзоядро Микроядро

22 Монолитное ядро Такое ядро компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую

23 Слоистое ядро В этом случае компоненты операционной системы образуют уровни с хорошо продуманной функциональностью и интерфейсом

24 Экзоядро Принцип экзоядра: все отдать пользовательским программам

25 Микроядро Микроядро выполняет минимум функций по управлению аппаратурой. Обычно в него включаются машинно-зависимые программы, некоторые функции управления процессами и обработка прерываний Функции более высокого уровня выполняют специализированные компоненты операционной системы: сервер процессора, файловый сервер и т.п.

26 Сравнение ядер

27 Спасибо! Вопросы?

28 P.S. Вопросы к теоретическому зачету, рассмотренные на лекции Классификации ОС по типу централизации, особенностям алгоритмов управления ресурсами, особенностям аппаратных платформ, особенностям областей использования Классификация ОС по типу архитектуры ядра системы