Операционные системы конспект лекций

Содержание 2

1 Введение 5

1.1 Основы архитектуры вычислительной системы 11

1.1.1 Структура ВС 11

1.1.2 Аппаратный уровень ВС 12

1.1.3 Управление физическими ресурсами ВС 13

1.1.4 Управление логическими/виртуальными ресурсами 14

1.1.5 Системы программирования 17

1.1.6 Прикладные системы 23

1.1.7 Выводы, литература 28

1.2 Основы компьютерной архитектуры 31

1.2.1 Структура, основные компоненты 31

1.2.2 Оперативное запоминающее устройство 33

1.2.3 Центральный процессор 37

1.2.3.1 Регистровая память 37

1.2.3.2 Устройство управления. Арифметико-логическое устройство 38

1.2.3.3 КЭШ-память 39

1.2.3.4 Аппарат прерываний 41

1.2.4 Внешние устройства 45

1.2.4.1 Внешние запоминающие устройства 46

1.2.4.2 Модели синхронизации при обмене с внешними устройствами 49

1.2.4.3 Потоки данных. Организация управления внешними устройствами 51

1.2.5 Иерархия памяти 52

1.2.6 Аппаратная поддержка операционной системы и систем программирования 54

1.2.6.1 Требования к аппаратуре для поддержки мультипрограммного режима 54

1.2.6.2 Проблемы, возникающие при исполнении программ 57

1.2.6.3 Регистровые окна 59

1.2.6.4 Системный стек 61

1.2.6.5 Виртуальная память 61

1.2.7 Многомашинные, многопроцессорные ассоциации 65

1.2.8 Терминальные комплексы (ТК) 68

1.2.9 Компьютерные сети 70

1.2.10 Организация сетевого взаимодействия. Эталонная модель ISO/OSI 72

1.2.11 Семейство протоколов TCP/IP. Соответствие модели ISO/OSI 74

1.3 Основы архитектуры операционных систем 78

1.3.1 Структура ОС 80

1.3.2 Логические функции ОС 83

1.3.3 Типы операционных систем 84

2 Управление процессами 87

2.1 Основные концепции 87

2.1.1 Модели операционных систем 87

2.1.2 Типы процессов 89

2.1.3 Контекст процесса 90

2.2 Реализация процессов в ОС Unix 91

2.2.1 Процесс ОС Unix 91

2.2.2 Базовые средства управления процессами в ОС Unix 93

2.2.3 Жизненный цикл процесса. Состояния процесса 102

2.2.4 Формирование процессов 0 и 1 103

2.3 Планирование 105

2.4 Взаимодействие процессов 105

2.4.1 Разделяемые ресурсы и синхронизация доступа к ним 105

2.4.2 Способы организации взаимного исключения 107

2.4.3 Классические задачи синхронизации процессов 109

3 Реализация межпроцессного взаимодействия в ОС Unix 119

3.1 Базовые средства реализации взаимодействия процессов в ОС Unix 119

3.1.1 Сигналы 121

3.1.2 Неименованные каналы 128

3.1.3 Именованные каналы 136

3.1.4 Модель межпроцессного взаимодействия «главный–подчиненный» 139

3.2 Система межпроцессного взаимодействия IPC
(Inter-Process Communication) 142

3.2.1 Очередь сообщений IPC 144

3.2.2 Разделяемая память IPC 153

3.2.3 Массив семафоров IPC 155

3.3 Сокеты — унифицированный интерфейс программирования распределенных систем 162

4 Файловые системы 169

4.1 Основные концепции 169

4.1.1 Структурная организация файлов 170

4.1.2 Атрибуты файлов 171

4.1.3 Основные правила работы с файлами. Типовые программные интерфейсы 172

4.1.4 Подходы в практической реализации файловой системы 175

4.1.5 Модели реализации файлов 176

4.1.6 Модели реализации каталогов 179

4.1.7 Соответствие имени файла и его содержимого 179

4.1.8 Координация использования пространства внешней памяти 180

4.1.9 Квотирование пространства файловой системы 181

4.1.10 Надежность файловой системы 182

4.1.11 Проверка целостности файловой системы 183

4.2 Примеры реализаций файловых систем 185

4.2.1 Организация файловой системы ОС Unix. Виды файлов. Права доступа 186

4.2.2 Логическая структура каталогов 186

4.2.3 Внутренняя организация файловой системы: модель версии System V 188

4.2.3.1 Работа с массивами номеров свободных блоков 188

4.2.3.2 Работа с массивом свободных индексных дескрипторов 189

4.2.3.3 Индексные дескрипторы. Адресация блоков файла 189

4.2.3.4 Файл-каталог 191

4.2.3.5 Достоинства и недостатки файловой системы модели System V 193

4.2.4 Внутренняя организация файловой системы: модель версии Fast File System (FFS) BSD 193

4.2.4.1 Стратегии размещения 194

4.2.4.2 Внутренняя организация блоков 195

4.2.4.3 Выделение пространства для файла 196

4.2.4.4 Структура каталога FFS 196

4.2.4.5 Блокировка доступа к содержимому файла 197

5 Управление оперативной памятью 198

5.1 Одиночное непрерывное распределение 198

5.2 Распределение неперемещаемыми разделами 199

5.3 Распределение перемещаемыми разделами 201

5.4 Страничное распределение 202

5.5 Сегментное распределение 209

5.6 Сегментно-страничное распределение 211

6 Управление внешними устройствами 213

6.1 Общие концепции 213

6.1.1 Архитектура организации управления внешними устройствами 213

6.1.2 Программное управление внешними устройствами 214

6.1.3 Планирование дисковых обменов 215

6.1.4 RAID-системы. Уровни RAID 218

6.2 Работа с внешними устройствами в ОС Unix 221

6.2.1 Файлы устройств, драйверы 221

6.2.2 Системные таблицы драйверов устройств 222

6.2.3 Ситуации, вызывающие обращение к функциям драйвера 223

6.2.4 Включение, удаление драйверов из системы 223

6.2.5 Организация обмена данными с файлами 224

6.2.6 Буферизация при блок-ориентированном обмене 225

6.2.7 Борьба со сбоями 226