Билет 1
Операционные системы и среды.
Любая вычислительная система технического аппаратного обеспечения и программного обеспечения.
Причем вторая часть делится на две части: системная программа и прикладная программа
Решает след. Основные функции:
- Функции обеспечения интерфейса между пользователем и аппаратной частью ЭВМ
- Защита программ и аппаратной части несанкционированного вмешательства.
Основные элементы ЭВМ
В состав центрального процессора входят набор регистров. В результате при вычислениях размещают операнды, результаты вычислений.
Имеется набор управляющих регистров. К ним относится счетчик команд РС содержащий адрес команды которая должна быть выбрана из памяти.
Регистры команд(IR) содержат последнюю выбранную из памяти команду.
Регистр флагов содержит информацию, о текущем состоянии процессора, в том числе сведения о результате последней операции.
Программа состоит из набора хранящихся в памяти команд.
Обработка команд выполняется в 2 стадии:
- Выборка команды.
- Исполнение команды.
Исполнение программы сводится к повторению процесса выборки команды и ее исполнения.
| Запуск | Выборка | Исполнение | Остановка |
Набор действий требующий для реализации команды называется циклом команды.
Билет 48
Прерывания
В ЭВМ используются несколько видов прерываний. Основными являются программные прерывания и прерывания ввода\вывода.
Прерывания предназначены для повышения эффективности работы компьютера. Благодаря прерываниям ввода\вывода процессор при выполнении ввода\вывода может заниматься обработкой команд.
В тот момент когда устройство)принтер) завершает выполнение задания, он посылает процессору сигнал запроса прерывания.
В ответ , процессор приостанавливает выполнение текущей программы. Производится обращение к обработчику прерывания, обслуживающему устройства. По завершению обработчика происходит возврат к прерванной программе.
При этом важно то, что программа не должна включать в себя никакого специального кода, что бы прерывания функционировали. За приостановку программы и возобновление ее работы с того места в котором она была прервана, отвечают процессоры и ОС.
Основные принципы построения ОС
- Принцип модульности.
Современная ОС строится из множества программных модулей. Большинство систем имеют основной модуль-ядро.
По размеру ядра могут быть разными. Имеются ОС с микроядерной архитектурой и с монолитным ядром.
Использование модулей упрощает разработку ОС, устранение ошибок, так же замену модулей на новые. Легко расширять ОС, для добавления новых возможностей, нужно создать новые модули.
- Принцип особого режима работы.
Ядро ОС и некоторые другие ее важные части должны работать в специальном режиме. Нельзя разрешать обычным программам управлять работой компьютера. ОС должна иметь набор привелигерованных команд, либо программ, которые исполняются в специальном режиме работы процессора – режиме ядра.
- Принцип виртуализации.
Каждый уровень программного обеспечения поразному учитывает особенности устройства ЭВМ. Обычно программы работают не с конкретными устройствами а с некоторым обобщеным, обстрактным, виртуальным, их представлением.
Это делается для упрощения, недопущения, выполнения неправильных действий. Пользователь работает тоже не с реальной машиной а с некоторым ее виртуальным представлением.
- Принцип мобильности — означает возможность переноса ОС на другую аппаратную платформу.
Для этого желательно писать код системы на языке высокого уровня.
В этом случае для переноса нужно будет выполнять компиляцию программы, с помощью другого компилятора. Для того чтобы ускорить переход на другую платформу, разработан интерфейс POSIX.
- Принцип совместимости
Способность ОС выполнять программу написанную на более ранних версиях.
- Принцип обеспечения безопасности вычисления.
- Надо обеспечить защиту программ ОС от программ пользователей, защиту данных одного пользователя, от других пользователей.
Функции ОС
- Обеспечение загрузки пользовательских программ в оперативной памяти и их исполнение.
- Обеспечение управление памятью
- Обеспечение работы с устройствами памяти и др. устройствами ввода\вывода.
- Предоставление единообразного пользовательского интерфейса.
Развитие ОС обычно предоставляют след. Образом:
— параллельное исполнение нескольких задач.
— организация взаимодействия задач друг с другом.
— организацию межмашинного взаимодействия и разделение ресурсов.
— защиту системных ресурсов, данных и программ пользователя.
— проверка идентификатора пользователя, его пароля, и предоставление, пользователю определенных прав.
Билет 2
Классификация ОС
— Дисковые ОС (DOS) – они передают управление отдельно пользовательской программе в которой после работы должна вернуть управление ОС.
— ОС общего назначения – они рассчитаны на работу одного или нескольких пользователей ЭВМ.
— Система виртуальных машин. Каждому пользователю предоставляется как быотдельная виртуальная машина, на которой он может запускать любые программы, в том числе операционные среды и даже ОС.
— Системы реального времени – должны гарантировать исполнение программ за определенное время.
— Системы промежуточных типов.
Билет 3
ОС разделения времени
Многозадачность не только позволяет одновременно выполнять несколько заданий в пакетном режиме, но может быть использована для обработки нескольких интерактивных заданий. Такую организацию называют разделением времени потому что процессорное время разделяется между различными пользователями.
Пользователи одновременно получают доступ к мониторам. ОС чередует выполнение программ каждого пользователя через малые промежутки времени. Учитывая относительно медленную реацию человека, время отклика в такой ОС сравнимо с временем реакции человека.
БИЛЕТ №4.Пакетные операционные системы.
Операционная система состоит из специальной программы называемой монитором. Часть этой программы постоянно находилась в памяти, а другая часть разгружалась по мере, необходимости.
В каждой программе состоялась команда пользователя. Программа записывалась на специальном языке. Из устройства ввода монитор извлекает первое задание, выполняет системы команд, подключение дисков, библиотек.
При выполнение пользовательской программы отводится полностью под контроллер этой команды. При завершение она должна передать управление монитору который выполнит заключительные действия для программы и возьмется за другое задание из пакета.
Для указанного способа работы операционной системы необходима некоторая поддержка, сделать так что бы пользовательская часть программы где находится монитор. Необходимо было вычислить выполнение пользовательской программы .
В следующих поколениях ЭВМ увеличится объём памяти, тогда стало возможно записывать несколько пользовательских программ. Можно было их выполнять с одной на другую, такой режим называется многозадачным, операционная система многозадачная. Для работы такой системы требуется память, а так система клонирования заданий.
БИЛЕТ №5. Общая характеристика операционной системы .
А.Существуют типы пользовательских процессов:1)процессы поддержки системы входа(процесс обработки системы(WINDOWS.exe); диспетчер сеансов(SMSS.exe); процесс локальной оунтификации(SQSS.exe)).2)Процессы сервисов (Services.exe,SucHoct.exe).3)Пользовательские приложения могут быть 6 типов.4)Подсистема окружения.
В.DLL- библиотека динамической компоновки преобразующая стандартизированные вызовы пользовательских программ в не стандартизированные вызовы внутренней функции WINDOWS.
WINDOWS использует компоненты ядра:
1)Исполнительная система которая управляет памятью, процессами и потоками, обеспечивает защиту, и выполняет другие важные функции
2)Ядро- считывает в планирование потоков диспетчеризации прерываний, синхронизацию при использование нескольких процессов
3)Драйвер устройств выполняет запросы подсистем вводы/вывода обращаясь к контроллерам устройств)
4)HALL- уровень обстрадирования от оборудования(Использует ядро, драйверы, использующую систему от специфики оборудования на данной аппаратную платформу)
№6.Основные элементы операционной системы WINDOWS.
| Процессы поддержки системы |
| Процессы сервисов |
| Пользовательские приложения |
| Система окружения |
| DLL |
Пользовательский
режим ядра
БИЛЕТ №10.Модель процесса с 5 состояниями.
| Блокированный |
| Завершенный |
| Новый |
| Готовый |
| Выполняющийся |
1 2 6
5 4
Состояние «новый»- процесс создан, созданы все таблицы, однако для него не выделяется память.
Состояние «готовый»- загружен в память.
Состояние «выполняющийся»- код процесса выполняется в процессоре.
Состояние «блокированный»- процесс ожидает наступление некоторого события.
Состояние «завершение»-стадия завершения.
Переходы: Переход 1- выделяется память и другие нужные ему ресурсы.
Переход 2-диспетчеризация(когда система считает что данный процесс выполняется в процессе).
Переход 3- может выполняться тогда когда закончится выделенный процессу интервал времени(квант). Когда необходимо выполнить более важный процесс.
Переход 4- возможен при ожидание окончания работы устройства.
Переход 5- наступает ожидание события.
Переход 6- завершение работы.
Если используется 5 состояний то возможна ситуация когда все процессы которым выделена память заблокируются. Процесс будет простаивать.
Для исправления ситуации один из процессов переписывается из памяти во вторичную память, а в место него загружается новый процесс. Перенос процесса из основной памяти во вторичную называется свопингом.
Схема состояния процесса изменится:
| Новый |
| Приостановленный готовый |
| Готовый |
| Приостановленный блокированный |
| Блокированный |
| Выполняющийся |
| Завершенный |
2
| 1 |
| 3 |
| 4 |
| 5 |
В приостановленных состояниях процесс находится на диске.
Переход 1- возможен тогда, когда необходимо срочно освободить память другому более привелегированному процессу.
Переход 2- когда освобождается память .
Переход 3- освобождение памяти для других процессов.
Переход 4- может выполняться когда данный процесс имеет большой приоритет важности и ожидается скорое снятие блокировки.
Переход 5- Совершается ожидание события.
БИЛЕТ № 20
В ОС нет никаких средств для работы с потоками, она ничего «не знает», поэтому для создания потоков, управления ими (изменения состояния), отслеживание времени выполнения, назначение и применение приоритета и т.п.
Завершение потоков возлагается на специальную библиотеку ф-ии. Эта библиотека является некоторой надстройкой над ОС. Все функции имеющиеся в ней, выполняются в пользовательском режиме. Выполняющийся процесс может в любое время обратиться к библиотеке, которая для него создаст поток.
Ос не работает с потоками, а создаёт только процессы и в дальнейшим управляет ими
Преимущества:
- При переключении потоков не нужно переключаться в режим ядра т.к. код в библиотеке потоков работает в том же пользовательском режиме, что и код самих потоков.
- Алгоритм планирования потоков может выбираться программистом, в зависимости от специфики программы.
- Использование потоков на пользовательском уровне применимо для любой ОС. В подсистему не нужно вносить никаких изменений.
Недостатки:
- Системный вызов блокирует процесс, поэтому все его потоки не могут выполняться.
- Невозможно воспользоваться преимуществами, предоставляемыми многопроцессорной системой.
БИЛЕТ № 30
Страничная организация виртуальной памяти.
Как и при простой страничной организации процесс делится на страницы, память на кадры, страница равна кадру, имеется таблица страниц.
Логический (виртуальный) адрес состоит из номера страницы и смещения внутри неё.
Так в основной памяти могут находиться не все страницы процесса, в каждой записи страницы страниц должен иметься бит Р, указывающий на присутствие соответствующей страницы в основной памяти.
Также имеется бит модификации М, который указывает было ли изменено содержимое данной страницы времени последней загрузки в основную память. Если изменений не было, то когда наступит время замены страницы, занимаемом ею в данном моменте кадра, записывать эту страницу на диск не следует так как на диске имеется её точная копия.
Имеются также и др. управляющие биты
Так как объём памяти, доступный процессу большой, то большими будут и таблицы страниц.
Для сокращения объёма, выделяемой памяти часто применяются двухуровневые таблицы страниц.