Операционные системы

Основная литература
Таненбаум Э. Современные операционные системы. 4-е изд.
Вильям Столлингс. Операционные системы -4-е изд.
Линус Торвальдс, Дэвид Даймонд. Just for fun. Рассказ нечаянного революционера

ПЛАН ЛЕКЦИИ
Основные элементы
Регистры процессора
Программы и инструкции
Прерывания
Память

Операционная система
Дает доступ программам к железу
Предоставляет набор сервисов (услуг) системным пользователям
Управляет памятью и вводом/выводом
Это интерфейс
АБСТРАКЦИЯ!

Компьютер
I/O
модули
Системная шина

Процессор
Управляет операциями
Обрабатывает данные
Имеет внутреннюю память (регистры)
Две основные части
Арифметическое-логическое устройство
Управляющий автомат
(Control Unit)

Основная память
Непостоянная (отключается при выключении компьютера)
Набор ячеек с адресами

I/O модули
Перемещение данных между компьютером и устройствами, например:
жестким диском, сетевой картой, терминалом

Системная шина

ПЛАН ЛЕКЦИИ
Основные элементы
Регистры процессора
Программы и инструкции
Прерывания
Память

Регистры процессора
Намного меньше и намного быстрее основной памяти
Некоторые регистры доступны пользователям
Некоторые используются для управления и статусов

Регистр флагов
Хранение статуса выполнения операции
Только для чтения

ПЛАН ЛЕКЦИИ
Основные элементы
Регистры процессора
Программы и инструкции
Прерывания
Память

Программы и инструкции
Программа – набор инструкции в памяти
Процессор считывает инструкции в регистр инструкций и исполняет их
Счетчик команд содержит адрес команды (текущей или следующей)

Инструкции
Процессор – память
Процессор – I/O
Обработка данных
Управление

ПЛАН ЛЕКЦИИ
Основные элементы
Регистры процессора
Программы и инструкции
Прерывания
Память

Прерывания
Прерывания нормального порядка исполнения инструкций
Для улучшения использования ЦП
устройства ввода/вывода медленные, ЦП – быстрый
паузы и простой – плохо
Многозадачность

Множественные исключения
Что если прерывание произошло в тот момент, когда обрабатывается другое прерывание?
Есть 2 варианта:
Запретить прерывание при обработке прерываний
Использовать приоритеты

Мультипрограммирование
Процессор должен исполнять несколько программ
Порядок зависит от приоритета и от взаимодействия с устройствами I/O
Когда обработка прерываний завершена, управление не обязательно возвращается к программе, которая исполнялась до прерывания

ПЛАН ЛЕКЦИИ
Основные элементы
Регистры процессора
Программы и инструкции
Прерывания
Память

Вторичная память
Внешняя (для компьютера)
Данные хранятся без питания
Используется для хранения программ и данных

Эволюция ОС. Фундаментальные проблемы

Пользовательские приложения
Операционная система
Железо

Эволюция ОС
Serial Processing
Batch Processing
Time Sharing Systems

Serial Processing
Нет ОС
Прямое использование компьютера
Проблемы:
- планирование
- время на подготовку к работе

Simple Batch Systems
Запуск процессов партиями

Multiprogramming

Time Sharing Systems
Мультипрограммирование с несколькими пользователями
Один из первых приемов: Compatible Time-Sharing System (MTI? 1961)

Нужно «защищать» память одного процесса от другого
Файловые системы тоже нужно «защищать»
В целом, должна быть возможность ограничивать доступ

Режимы работы ЦП
Kernel mode
User mode

Процесс
Программа в процессе выполнения
Instance (экземпляр)
Некоторая цепь выполнения, текущее состояние и набор системных ресурсов

Процесс
Программа
Данные, которые необходимы программе для работы
Контекст выполнения («состояние процесса»)

Что делать с памятью?

Виртуальная память
Независимые схемы адресации памяти для отдельных процессов
Защита памяти между приложениями
Использование дополнительной памяти

Ядро ОС
Монолитное
Микроядро

Монолитное ядро / Микроядро