Операционные среды, системы и оболочки

Содержание

Слайд 2

Операционные среды, системы и оболочки

Тематический расчет часов

Операционные среды, системы и оболочки Тематический расчет часов

Слайд 3

Структура учебных тем

Структура учебных тем

Слайд 4

Литература

Базовый учебник
Назаров С.В. Операционные среды, системы и оболочки. Основы структурной и функциональной

Литература Базовый учебник Назаров С.В. Операционные среды, системы и оболочки. Основы структурной
организации. – М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2007
Назаров С.В., Гудыно Л.П., Кириченко А.А. Операционные системы. Практикум. – М.: КУДИЦ-ПРЕСС, 2008
Основная
1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. СПб.: Питер, 2006
2. Столингс В. Операционные системы. М.: Вильямс, 2006
3. Назаров С. В. Администрирование локальных сетей Windows NT/2000/.NET. М.: Финансы и статистика, 2003
Дополнительная
Таненбаум Э. Современные операционные системы. Изд-е 4. СПб., Питер, 2006
Мюллер Дж., Чоудри П. Microsoft Windows 2000. Настройка и оптимизация производительности. М.: ЭКОМ, 2001
Рихтер Д. Windows для профессионалов. М.: Русская редакция, 2006

Слайд 5

7. Назаров С. В. Операционные системы специализированных вычислительных комплексов: Теория построения и

7. Назаров С. В. Операционные системы специализированных вычислительных комплексов: Теория построения и
системного проектирования. - М.: Машиностроение, 1989.
8. Варфоломеев В.И., Назаров С.В. Алгоритмическое моделирование элементов экономических систем. – М.: Финансы и статистика, 2004.

Слайд 6

Тема 1. Введение. Назначение, функции и архитектура операционных систем. Основные определения и

Тема 1. Введение. Назначение, функции и архитектура операционных систем. Основные определения и
понятия

1.1. Определение операционной системы (ОС). Место ОС в программном обеспечении вычислительных систем
1.2. Эволюция операционных систем
1.3. Назначение, состав и функции ОС
1.4. Архитектуры операционных систем
1.5. Классификация операционных систем
1.6. Эффективность и требования, предъявляемые к ОС
1.7. Множественные прикладные среды. Совместимость
1.8. Инсталляция и конфигурирование операционных систем

Слайд 7

1.1. Определение операционной системы (ОС). Место ОС в программном обеспечении вычислительных систем

1946

1.1. Определение операционной системы (ОС). Место ОС в программном обеспечении вычислительных систем
г. – ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) – полное отсутствие какого-либо ПО, программирование путем коммутации устройств.
Начало 50-х г. – появление алгоритмических языков и системного ПО.
Усложнение процесса выполнения программ:
1. Загрузка нужного транслятора.
2. Запуск транслятора и получение программы в машинных кодах.
3. Связывание программы с библиотечными подпрограммами.
4. Запуск программы на выполнение.
5. Вывод результатов работы на печатающее или другое устройство.
Для повышения эффективности использования ЭВМ вводятся операторы,
затем разрабатываются управляющие программы – мониторы - прообразы
операционных систем.
1952 г. – Первая ОС создана исследовательской лабораторией фирмы General Motors для IBM-701.
1955 г. – ОС для IBM-704. Конец 50-х годов: язык управления заданиями и пакетная обработка заданий.

Слайд 8

1963 г. – ОС MCP (Главная управляющая программа) для компьютеров B5000 фирмы

1963 г. – ОС MCP (Главная управляющая программа) для компьютеров B5000 фирмы
Burroughs: мультипрограммирование, мультипроцессорная обработка,виртуальная память, возможность отладки программ на языке исходного уровня, сама ОС написана на языке высокого уровня.
1963 г. – ОС CTSS (Compatible Time Sharing System – совместимая система разделения времени для компьютера IBM 7094 – Массачусетский технологический институт.
1963 г. – ОС MULTICS (Multiplexed Information and Computing Service) – Массачусетский технологический институт.
1974 г. – (UNICS) UNIX (Uniplexed Information and Computing Service) для компьютера PDP-7, публикация статьи Ритчи (С) и Томпсона.
1981 г. – PC (IBM), DOS (Seattle Computer Products) – MS DOS (Б. Гейтс).
1983г. – Apple, Lisa с Apple, Lisa с GUI (Даг Энгельбарт – Стэнфорд).
1985 г. – Windows, X Windows и Motif (для UNIX).
1987 г. – MINIX (Э. Таненбаум) – 11800 стр. С и 800 ассемблер (микроядро – 1600 С и 800 ассемблер)
1991 г. – Linux (Линус Торвальдс).

Слайд 9

Физические устройства (контроллеры, шины, монитор и т. д.)

Микроархитектура (регистры ЦП, АЛУ)

Утилиты

Компиляторы

Редакторы

Интерпретаторы команд

Прикладные

Физические устройства (контроллеры, шины, монитор и т. д.) Микроархитектура (регистры ЦП, АЛУ)
программы

Конечный пользователь

Программист

Машинный язык

Операционная система

Разработчик ОС

Расположение ОС в иерархической структуре программного и аппаратного обеспечения компьютера

Слайд 10

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА

- это набор программ, контролирующих работу прикладных программ и системных

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА - это набор программ, контролирующих работу прикладных программ и системных
приложений и исполняющих роль интерфейса между пользователями, программистами, приложениями и аппаратным обеспечением компьютера.

ОПЕРАЦИОННАЯ СРЕДА

- программная среда, образуемая операционной системой, определяющая интерфейс прикладного программирования (API) как множество системных функций и сервисов (системных вызовов), предоставляемых прикладным программам.

ОПЕРАЦИОННАЯ ОБОЛОЧКА

- часть операционной среды, определяющая интерфейс пользователя, его реализацию (текстовый, графический и т.п.), командные и сервисные возможности пользователя по управлению прикладными программами и компьютером

Слайд 11

1.2. Эволюция операционных систем

Многопрог- 1970 Динамическое распределение основной памяти
второе раммные

1.2. Эволюция операционных систем Многопрог- 1970 Динамическое распределение основной памяти второе раммные
Разделение времени, многотерминальные системы
UNIX (PDP-7), Ken Thompson
поколение ОС 1965 Управляемое мультипрограммирование
Классическое мультипрограммирование, OS/360
Однопрог- ОС CTSS (1963), MULTICS (начало работ)
раммные Оверлейные структуры
ОС Логическая система управления вводом-выводом
(первое 1960 Системы прерываний, контрольные точки
поколение) Управление файлами, таймеры
Спулинг (SPOOL)
Мониторы
1955 Методы доступа, полибуферизация
Загрузчики, редакторы связей
Отсутствие ОС 1950 Диагностические программы
(нулевое Ассемблеры, макрокоманды
поколение) Библиотеки подпрограмм
1946 Первый компьютер

Слайд 12

распре- 2003 Windows 2003
делен- .NET Framework, MAC OS X
ные 2000

распре- 2003 Windows 2003 делен- .NET Framework, MAC OS X ные 2000
Windows 2000
ОС Windows 4.0 – 1996
1995 Windows 95
много- четвертое Корпоративные информационные системы
процес- поколение NetWare 4.0 – 93, Windows NT 3.1 – 93
сорные ОС Linux 0.01 - 1993
ОС 1990 MINIX – 87 (11800 стр. С + 800 стр. Asm.)
сетевые много- OS/2 - 87
ОС машинные 1985 OS-Net (Novell) - 83, MS-Net - 84, Windows 1.0 – 85
ОС Интернет (1983), Персональные компьютеры (1981)
MS DOS 1.0 – (1981)
1980 Сети ЭВМ, UNIX, TCP/IP
третье Локальные сети
поколение 1975 SNA (System Network Architecture), MULTICS
ОС Протокол X.25, телеобработка, базы данных
1965 Виртуальная ЭВМ, Виртуальная память

2005 Windows 2003, 64-разрядная

2007 Windows Vista, Windows 7

Слайд 13

Операционные системы IBM

1. BPS/360 (Базовая программная поддержка)
2. BOS/360 (Базовая операционная система)
3. TOS/360

Операционные системы IBM 1. BPS/360 (Базовая программная поддержка) 2. BOS/360 (Базовая операционная
(Ленточная операционная система)
4. DOS/360 (Дисковая операционная система)
5. OS/360 – PCP (Первичная управляющая программа)
6. OS/360 – MFT (Мультипрограммирование с фиксированным числом задач)
7. OS/360 – MVT (Мультипрограммирование с переменным числом задач)
8. OS/360 – VMS (Система с переменной памятью)
9. CP-67/CMS (Управляющая программа 67/ диалоговая мониторная система)
10. DOS/VS (Дисковая виртуальная система)
11. OS/VS1 (Виртуальная система 1)
12. OS/VS2 (Виртуальная система 2)
13. VM/370 (Виртуальная машина)

Слайд 14

1.3. Назначение, состав и функции ОС

Назначение
1. Обеспечение удобного интерфейса [приложения, пользователь] -

1.3. Назначение, состав и функции ОС Назначение 1. Обеспечение удобного интерфейса [приложения,
компьютер за счет предоставляемых сервисов:
1.1. Инструменты для разработки программ
1.2. Автоматизация исполнения программ
1.3. Единообразный интерфейс доступа к устройствам ввода-вывода
1.4. Контролируемый доступ к файлам
1.5. Управление доступом к совместно используемой ЭВМ и ее ресурсам
1.6. Обнаружение ошибок и их обработка
1.7. Учет использования ресурсов
2. Организация эффективного использования ресурсов ЭВМ
2.1. Планирование использования ресурса
2.2. Удовлетворение запросов на ресурсы
2.3. Отслеживание состояния и учет использования ресурса
2.4. Разрешение конфликтов между процессами, претендующими на одни и те же ресурсы

Слайд 15

3. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы
3.1. Широкий набор

3. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы 3.1. Широкий
служебных программ (утилит), обеспечивающих резервное копирование, архивацию данных, проверку, очистку, дефрагментацию дисковых устройств и др.
3.2. Средства диагностики и восстановления работоспособности вычислительной системы и операционной системы:
- диагностические программы для выявления ошибок в конфигурации ОС;
- средства восстановления последней работоспособной конфигурации;
- средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др.
4. Возможность развития
4.1. Обновление и возникновение новых видов аппаратного обеспечения
4.2. Новые сервисы
4.3. Исправления (обнаружение программных ошибок)
4.4. Новые версии и редакции ОС

Слайд 16

Состав компонентов и функции операционной системы:

1. Управление процессами
2. Управление памятью
3. Управление файлами
4.

Состав компонентов и функции операционной системы: 1. Управление процессами 2. Управление памятью
Управление внешними устройствами
5. Защита данных
6. Администрирование
7. Интерфейс прикладного программирования
8. Пользовательский интерфейс

Слайд 17

1.4. Архитектуры операционных систем

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ АРХИТЕКТУРЫ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ:
1. Концепция многоуровневой иерархической

1.4. Архитектуры операционных систем ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ АРХИТЕКТУРЫ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ: 1. Концепция
вычислительной системы (виртуальной машины) с ОС многослойной структуры.
2. Разделение модулей ОС по функциям на две группы: ядро – модули, выполняющие основные функции ОС, и модули, выполняющие остальные (вспомогательные) функции.
3. Разделение модулей ОС по размещению в памяти вычислительной системы: резидентные, постоянно находящиеся в оперативной памяти, и транзитные, загружаемые в оперативную память только на время выполнения своих функций.
4. Реализация двух режимов работы вычислительной системы: привилегированного режима (режима ядра – kernel mode) или режима супервизора (supervisor) и пользовательского режима (user mode) или режима задача (task mode).
5. Ограничение функций ядра (а, следовательно и числа его модулей)
до минимально необходимых функций.

Слайд 18

6. Модульное строение (однократно используемые – при загрузке ОС) и повторно используемые

6. Модульное строение (однократно используемые – при загрузке ОС) и повторно используемые
(привилегированные – не допускают прерываний, реентерабельные – допускают прерывания и повторный запуск, повторновходимые – допускают прерывания после завершения секций).
7. Параметрическая универсальность. Возможность генерации ОС и создания нескольких рабочих конфигураций.
8. Функциональная избыточность.
9. Функциональная избирательность.
10. Открытость, модифицируемость, расширяемость (возможность получения текстов исходных модулей).
11. Мобильность – возможность переноса на различные аппаратные платформы.
12. Совместимость – возможность выполнения приложений, рассчитанных на другие ОС.
13. Безопасность – защита от несанкционированного доступа, защита легальных пользователей друг от друга, аудит, возможность восстановления ОС после сбоев и отказов.

Слайд 19

Модульно – интерфейсный подход (структурный подход)

1. Декомпозиция системы на на модули по

Модульно – интерфейсный подход (структурный подход) 1. Декомпозиция системы на на модули
структурному или функциональному признаку.
2. Модули и их взаимные связи образуют абстракцию системы высокого уровня.
3. Описывается каждый модуль и определяется его интерфейс.
4. Проводится декомпозиция каждого модуля и т. д.

Спецификации модулей и их интерфейсов дают структурную основу для проектирования каждого модуля и всей системы в целом.
Правильное определение и выделение модулей представляет собой сложную задачу. Тесно связанные между собой части системы должны входить в один и тот же модуль.

Разработчики программного обеспечения начинают работу с очень грубого и неполного наброска схемы системы и преждевременно обращают внимание на детали отдельных модулей. Поэтому решения, влияющие на систему глобальным образом, принимаются не из тех предпосылок, из которых нужно и без ясного понимания их последствий.
Преждевременная реализация приводит к неустойчивости программного обеспечения, которая часто требует огромных усилий по поддержанию системы.

Слайд 20

Многослойная (иерархическая) структура операционной системы и метод проектирования «сверху вниз» и «снизу

Многослойная (иерархическая) структура операционной системы и метод проектирования «сверху вниз» и «снизу
вверх»

Операционная система представляется в виде иерархии слоев.
Верхний слой определяет виртуальную машину с желаемыми свойствами.
Каждый следующий слой детализирует вышележащий, выполняя для него некоторый набор функций.
Межслойные интерфейсы подчиняются строгим правилам. Связи внутри слоя могут быть произвольными.
Отдельный модуль слоя L(i) может выполнить работу самостоятельно или последующим вариантам: обратиться только к слою L(i –1); обратиться к некоторой команде определенного слоя L(q), который выполняет требуемую функцию (i – 2 <= q <= 0); обратиться к любому последующему слою L(s), (i – 2 <= s <= 0).

1. Между уровнями можно организовать четкий интерфейс. 2. Систему можно спроектировать методом «сверху вниз», а реализовать методом «снизу вверх». 3. Уровни реализуются в соответствии с их порядком, начиная с аппаратуры и далее вверх. 4. Каждую новую виртуальную машину можно детально проверить, после чего продолжать дальнейшую работу. 5. Любой слой достаточно просто модифицировать, не затрагивая другие слои и не меняя межслойные интерфейсы.

Достоинства:

Слайд 21

Монолитная архитектура операционной системы

От приложений
системный интерфейс

А п п а р а т

Монолитная архитектура операционной системы От приложений системный интерфейс А п п а
у р а

Модули

ОС

Пример: ранние версии ядра UNIX, Novell NetWare. Каждая процедура имеет хорошо определенный интерфейс в терминах параметров и результатов и может любую другую для выполнения нужной работы.

Слайд 22

Аппаратура

Средства апп.

поддержки ОС

Машинно-зависимые

модули ядра ОС

Базовые механизмы

ядра

Менеджеры ресурсов

Файловая сис., вирт. память и

Аппаратура Средства апп. поддержки ОС Машинно-зависимые модули ядра ОС Базовые механизмы ядра
др.

Интерфейс системных

вызовов API

Утилиты, системные программы

Приложения пользователей

АРХИТЕКТУРА МНОГОУРОВНЕВОЙ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Слайд 23

Смена режимов при выполнении вызова функции ядра

Работа приложения

Системный вызов

Пользовательский режим

Привилегированный режим

Работаядра

Время

Смена режимов при выполнении вызова функции ядра Работа приложения Системный вызов Пользовательский
переключения режимов


t

t

Недостатки иерархической организации ОС: 1. Значительные изменения одного из уровней могут иметь трудно предвидимое влияние на смежные уровни. 2. Многочисленные взаимодействия между соседними уровнями усложняют обеспечение безопасности.

Слайд 24

Микроядерная архитектура ОС

Аппаратура

Средства аппаратной поддержки ОС

Средства аппаратной поддержки ОС

Аппаратура

МИКРОЯДРО (режим ядра)

Машинно-зависимые

Микроядерная архитектура ОС Аппаратура Средства аппаратной поддержки ОС Средства аппаратной поддержки ОС
модули

Базовые механизмы ядра

Утилиты. Системные программы

Приложения пользователей

Средства аппаратной поддержки ОС

Аппаратура

API

Сервер безопасности

ыыы

Файловая система

Драйвер устройств

Менеджер процессов

Менеджер виртуальной памяти

Интерфейс системы ввода-вывода

Утилиты ОС, приложения

РЕЖИМ ЯДРА

Пользовательский режим

Слайд 25

Структура ОС клиент-сервер

Приложение

А П П А Р А Т У Р А

МИКРОЯДРО

Сервер
памяти

Файл-
сервер

Принт-
сервер

РЕЖИМ

Структура ОС клиент-сервер Приложение А П П А Р А Т У
ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

РЕЖИМ ЯДРА

Запрос

Ответ

Запрос

Ответ

Сервер
процессов

Слайд 26

Смена режимов при выполнении вызова функции микроядра

Приложение

Системный
вызов

МИКРОЯДРО

МИКРОЯДРО

СЕРВЕР ОС

Приложение

t

t

t

t

Р Е Ж И

Смена режимов при выполнении вызова функции микроядра Приложение Системный вызов МИКРОЯДРО МИКРОЯДРО
М Я Д Р А

Р Е Ж И М ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

Достоинства: единообразные интерфейсы, расширяемость, гибкость, переносимость, надежность, поддержка распределенных систем, поддержка объектно-ориентированных ОС.

Слайд 27

Классификация ядер операционных систем

1. Наноядро (НЯ) – крайне упрощённое и минимальное

Классификация ядер операционных систем 1. Наноядро (НЯ) – крайне упрощённое и минимальное
ядро, выполняет лишь одну задачу – обработку аппаратных прерываний, генерируемых устройствами компьютера. После обработки посылает информацию о результатах обработки вышележащему программному обеспечению. Концепция наноядра близка к кон-цепции HAL. НЯ используются для виртуализации аппаратного обеспечения реа-льных компьютеров или для реализации механизма гипервизора.

2. Микроядро (МЯ) предоставляет только элементарные функции управле-ния процессами и минимальный набор абстракций для работы с оборудованием. Бо́льшая часть работы осуществляется с помощью специальных пользователь-ских процессов, называемых сервисами. В микроядерной операционной системе можно, не прерывая ее работы, загружать и выгружать новые драйверы, файло-вые системы и т. д. Микроядерными являются ядра ОС Minix и GNU Hurd и ядро систем семейства BSD.

3. Экзоядро (ЭЯ) – предоставляет лишь набор сервисов для взаимодействия между приложениями, а также необходимый минимум функций, связанных с защитой: выделение и высвобождение ресурсов, контроль прав доступа, и т. д. ЭЯ не занимается предоставлением абстракций для физических ресурсов – эти функции выносятся в библиотеку пользовательского уровня (так называемую libOS). В отличие от микроядра ОС, базирующиеся на ЭЯ, обеспечивают боль-шую эффективность за счет отсутствия необходимости в переключении между процессами при каждом обращении к оборудованию.

Слайд 28

4. Монолитное ядро (МЯ) предоставляет широкий набор абстракций оборудования. Все части

4. Монолитное ядро (МЯ) предоставляет широкий набор абстракций оборудования. Все части ядра
ядра работают в одном адресном пространстве. МЯ требуют перекомпиляции при изменении состава оборудования. Компоненты операционной системы являются не самостоятельными модулями, а составны-ми частями одной программы. МЯ более производительно, чем микроядро, поскольку работает как один большой процесс. МЯ является большинство Unix-систем и Linux. Монолитность ядер усложняет отладку, понимание кода ядра, до-бавление новых функций и возможностей, удаление ненужного, унаследованно-го от предыдущих версий, кода. «Разбухание» кода монолитных ядер также по-вышает требования к объёму оперативной памяти.

5. Модульное ядро (Мод. Я) – современная, усовершенствованная модификация архитектуры МЯ. В отличие от «классических» МЯ, модульные ядра не требуют полной перекомпиляции ядра при изменении состава аппарат-ного обеспечения компьютера. Вместо этого они предоставляют тот или иной механизм подгрузки модулей, поддерживающих то или иное аппаратное обеспе-чение (например, драйверов). Подгрузка модулей может быть как динамической, так и статической (при перезагрузке ОС после переконфигурирования системы). Мод. Я удобнее для разработки, чем традиционные монолитные ядра. Они пре-доставляют программный интерфейс (API) для связывания модулей с ядром, для обеспечения динамической подгрузки и выгрузки модулей. Не все части ядра могут быть сделаны модулями. Некоторые части ядра всегда обязаны присут-ствовать в оперативной памяти и должны быть жёстко «вшиты» в ядро.

Слайд 29

6. Гибридное ядро (ГЯ) – модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы

6. Гибридное ядро (ГЯ) – модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать
запускать «несущественные» части в пространстве яд-ра. Имеют «гибридные» достоинства и недостатки. Примером смешанного под-хода может служить возможность запуска операционной системы с монолит-ным ядром под управлением микроядра. Так устроены 4.4BSD и MkLinux, осно-ванные на микроядре Mach. Микроядро обеспечивает управление виртуальной памятью и работу низкоуровневых драйверов. Все остальные функции, в том числе взаимодействие с прикладными программами, осуществляется моно-литным ядром. Данный подход сформировался в результате попыток исполь-зовать преимущества микроядерной архитектуры, сохраняя по возможности хорошо отлаженный код монолитного ядра.
Наиболее тесно элементы микроядерной архитектуры и элементы монолитного ядра переплетены в ядре Windows NT. Хотя Windows NT часто называют микроядерной операционной системой, это не совсем так. Микроядро NT слишком велико (более 1 Мбайт), чтобы носить приставку «микро». Компоненты ядра Windows NT располагаются в вытесняемой памяти и взаимодействуют друг с другом путем переда-чи сообщений, как и положено в микроядерных операционных систе-мах. В то же время все компоненты ядра работают в одном адресном пространстве и активно используют общие структуры данных, что свойственно операционным системам с монолитным ядром

Слайд 30

Средства аппаратной поддержки ОС

1. Средства поддержки привилегированного режима: системные регистры процессора,

Средства аппаратной поддержки ОС 1. Средства поддержки привилегированного режима: системные регистры процессора,
слово состояния процессора, привилегированные команды, привилегированные режимы.
2. Средства трансляции адресов: буферы быстрой трансляции виртуальных адресов, регистры процессора, средства поддержки сегментно-страничных таблиц.
3. Средства переключения процессов: регистры общего назначения, системные регистры и указатели, флаги операций.
4. Система прерываний: регистры и флаги прерываний, регистры масок, контроллеры прерываний.
5. Системный таймер и системные часы.
6. Средства защиты памяти: граничные регистры, ключи.

Слайд 31

1.5. Классификация операционных систем

1. Назначение (универсальные, специализированные – управление производством, обучение)
2. Способ

1.5. Классификация операционных систем 1. Назначение (универсальные, специализированные – управление производством, обучение)
загрузки (загружаемые, постоянно находящиеся в памяти)
3. Особенности алгоритмов управления ресурсами
3.1. Многозадачность: однозадачные (MS DOS), невытесняющая мно-гозадачность (Windows 3.x, NewWare), вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, Unix)
3.2. Многопользовательский режим: отсутствие (MS DOS, Windows 3.x), имеется (Windows NT, OS/2, Unix)
3.3. Многопроцессорная обработка: отсутствие, асимметричные ОС,
симметричные ОС
4. По базовой технологии (Юникс-подобные или подобные Windows)
5. По типу лицензии (проприетарная или открытая)
6. По состоянию развития (устаревшая DOS, NextStep или современные GNU/Linux и Windows)

Слайд 32

7. Область использования и форма эксплуатации
пакетная обработка (OS/360)
разделение времени
реальное

7. Область использования и форма эксплуатации пакетная обработка (OS/360) разделение времени реальное
время (VxWorks,QNX)
8. Аппаратная платформа
8.1. ОС для смарт-карт (с интерпретатором виртуальной Java-машины)
8.2. Встроенные ОС (Palm OS, Windows CE –Consumer Electronics)
8.3. ОС для ПК (Windows 9.x, Windows 2000, Linux, Mac OS X)
8.4. ОС мини-ЭВМ (RT-11 и RSX-11M для PDP-11, UNIX для PDP-7)
8.5. ОС мэйнфреймов (OS/390 – пакетная обработка, разделение времени, обработка транзакций)
8.6. Серверные операционные системы для ЛВС, Интранет и Интернет (UNIX, AIX, Windows 2000/2002, Linux)
8.7. Кластерные операционные системы (Windows 2000 Cluster Server, Sun Cluster (Solaris))

Слайд 33

1.6. Эффективность и требования, предъявляемые к операционным системам

1. Эффективность – степень

1.6. Эффективность и требования, предъявляемые к операционным системам 1. Эффективность – степень
соответствия своему назначению, техническое совершенство и экономическая целесообразность
2. Надежность и отказоустойчивость
3. Безопасность (защищенность)
4. Предсказуемость
5. Расширяемость
6. Переносимость
7. Совместимость
8. Удобство
9. Масштабируемость

Слайд 34

1.7. Множественные прикладные среды. Совместимость

Совместимость – возможность операционной системы выполнять приложения

1.7. Множественные прикладные среды. Совместимость Совместимость – возможность операционной системы выполнять приложения
, разработанные для других операционных систем.

Виды совместимости:
1. На двоичном уровне (уровень исполняемой программы).
2. На уровне исходных текстов (уровень исходного модуля).

Вид совместимости определяется:

1. Архитектурой центрального процессора.
2. Интерфейсом прикладного программирования (API).
3. Внутренней структурой исполняемого файла.
4. Наличием соответствующих компиляторов и библиотек.

Способы достижения совместимости:

1. Эмуляция двоичного кода.
2. Трансляция библиотек.
3. Создание множественных прикладных сред различной архитектуры.

Слайд 35

Обычное приложение OS1

Приложение
OS2

API OS2

Транслятор системных вызовов

Приложение
OS3

API OS3

Транслятор системных вызовов

Пользовательский режим

Привилегированный режим

Прикладная среда

Обычное приложение OS1 Приложение OS2 API OS2 Транслятор системных вызовов Приложение OS3
OS2

Прикладная среда OS3

Слайд 36

API OS1

API OS3

Приложение OS1

Приложение OS2

Приложение OS3

Пользовательский режим

Привилегированный режим

API OS1 API OS3 Приложение OS1 Приложение OS2 Приложение OS3 Пользовательский режим Привилегированный режим

Слайд 37

МИКРОЯДРО

Приложения

Серверы ОС

Приложение OS1

Приложение OS2

Приложение OS3

Привилегированный режим

Прикладная программная среда OS3

Прикладная программная

МИКРОЯДРО Приложения Серверы ОС Приложение OS1 Приложение OS2 Приложение OS3 Привилегированный режим
среда OS2

Прикладная программная среда OS1

Сетевой сервер

Сервер безопасности

Пользовательский режим

Слайд 38

Подсистемы среды Windows 2000

Приложения Win32

Приложения POSIX

Приложения OS/2

Подсистема Win32

Подсистема

Подсистемы среды Windows 2000 Приложения Win32 Приложения POSIX Приложения OS/2 Подсистема Win32
POSIX

Подсистема OS2

Интегральные подсистемы (службы сервера, рабочей станции и подсистема обеспечения безопасности)

СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС (NT DLL.DLL)

Режим пользователя

Режим ядра

Слайд 39

1.8. Виртуализация от Microsoft

1.8. Виртуализация от Microsoft

Слайд 40

Виртуализация приложений

Виртуализация приложений

Слайд 42

Виртуализация от Microsoft

Виртуализация от Microsoft

Слайд 43

Архитектура. Virtual Machine Monitor (VMM)

ЦП вынужден переключаться между процессами базовой ОС и

Архитектура. Virtual Machine Monitor (VMM) ЦП вынужден переключаться между процессами базовой ОС
гостевой ОС
VMM переключает контекст между этими процессами
Компьютер работает в контексте хоста либо VMM
На одном ЦП может работать только одна ОС
Сжатие кода нулевого кольца (ring 0) гостевой ОС

Слайд 44

Виртуализация ЦП. Проблемы

При прямом доступе гостевая ОС будет работать быстро! (99%)

Виртуализация ЦП. Проблемы При прямом доступе гостевая ОС будет работать быстро! (99%)
Когда требуется выполнить привилегированную операцию, срабатывает ловушка, и VMM обрабатывает эту операцию в режиме ядра.
Проблема: полная виртуализация платформы x86 таким способом невозможна, так как некоторые инструкции ЦП для режима ядра, выполняющие чтение, разрешены не только в нулевом кольце
Возможные решения:
a) Перекомпилировать ОС и приложения, избегая этих 20 инструкций, т.е. исключить 20 «проблемных» инструкций.
b) Воспользоваться исполнением с трансляцией двоичного кода ( модификация кода «на лету» во время выполнения на хосте).
c) Установить в гостевой системе VM Additions, что позволит модифицировать код в памяти VM.
d) Использовать аппаратную поддержку виртуализации (перехват инструкций в особом “кольце -1”).

Слайд 45

Решения

1. Преобразование двоичного кода
Трансляция инструкций гостевой операционной системы в инструкции базовой

Решения 1. Преобразование двоичного кода Трансляция инструкций гостевой операционной системы в инструкции
ОС. Всегда возможна, но работает очень медленно.
2. VM Additions
Модифицирует dll-код в памяти VM (невозможно в 64-разрядных версиях Vista и Longhorn).
VM Additions поддерживают синхронизацию времени, «пульс», завершение работы, оптимизированный SCSI-диск, лучшие драйверы мыши и видео.
3. Аппаратная виртуализация
ЦП с поддержкой технологий Intel VT или AMD Virtualization. ЦП решает проблемы, отслеживая параметры каждой VM (фактически, это «кольцо -1»).

Слайд 47

Версии VM Additions

Версии VM Additions

Слайд 48

Linux VM Additions

Добавляется поддержка:
Синхронизации времени
«Пульса»
Завершения работы
SCSI-дисков
Драйвер мыши и видео
Поддержки прямого исполнения кода

Linux VM Additions Добавляется поддержка: Синхронизации времени «Пульса» Завершения работы SCSI-дисков Драйвер
нет!
Дистрибутивы (9x):
Red Hat 7.3/9.0, Enterprise 2.1/3/4
SuSE Linux 9.2/9.3/10.0, Enterprise Server 9

В выпуске VS 2005 R2 SP1 поддерживаются гостевые ОС : Red Hat Enterprise Linux 2.1 (update 7), Red Hat Enterprise Linux 3.0 (update 8), Red Hat Enterprise Linux 4.0 (update 4), Red Hat Enterprise Linux 5.0, SuSE Linux Enterprise Server 9.0, SuSE Linux Enterprise Server 10.0, Red Hat Linux 9.0, SuSE Linux 9.3, SuSE Linux 10.0, SuSE Linux 10.1, SuSE Linux 10.2.

Слайд 49

Win2003 или WinXP

Ядро

VMM.sys

Кольцо 0

Оборудование

Базовая ОС

Гостевая система (VM)

Кольцо 1

Кольцо 3

Windows в VM

VM Additions

Гостевые

Win2003 или WinXP Ядро VMM.sys Кольцо 0 Оборудование Базовая ОС Гостевая система
приложения

Кольцо 3

Служба Virtual Server

IIS

Веб-сайт

Виртуальное оборудование

ЦП

Кольцо "-1"

Архитектура виртуализации с аппаратной поддержкой

Слайд 50

Виртуализация с аппаратной поддержкой (Intel VT или AMD Virtualization)

Поддерживается в:
Virtual PC 2007
Virtual

Виртуализация с аппаратной поддержкой (Intel VT или AMD Virtualization) Поддерживается в: Virtual
Server 2005 R2 SP1
Windows Virtualization (обязательно)
Необходимо включить в BIOS и в параметрах Virtual PC 2007
Скорость работы гостевых ОС Windows не повышается
Последние версии VM Additions уже поддерживают прямой доступ к ЦП
Установка Windows выполняется в 2-3 раза быстрее
Гостевые ОС типа Linux и Netware работают быстрее

Слайд 51

Спецификации Virtual Server 2005 R2

Базовая система:
VS2005 Standard Edition: до 4 ЦП

Спецификации Virtual Server 2005 R2 Базовая система: VS2005 Standard Edition: до 4
(1- или 2-ядерные),
VS2005 Enterprise Edition: до 32 ЦП (1- или 2-ядерные),
ОЗУ: до 64 Гб
Гостевая система:
ЦП: до 1, ОЗУ: до 3,6 Гб, Сетевые адаптеры: до 4, (неограниченная пропускная способность). USB: нет, поддерживаются USB-клавиатура и USB-мышь, можно также подключить USB-устройство для чтения смарт-карт.

Дополнительные возможности Server 2005 R2 SP1: Поддержка Intel VT и AMD Virtualization, Поддержка 64-х разрядных базовых систем: Win2003 и WinXP. Поддержка теневого копирования томов (Volume Shadow Copy, VSS), Интеграция с Active Directory средствами Service Connection Points, Поддержка Vista как гостевой ОС, Утилита для монтирования VHD, Емкость по умолчанию VHD - 127 Гб (ранее – 16 Гб), Исправление Virtual SCSI для гостевых ОС Linux 2.6.x, Кластеризация VM, Передача VM при ее сбое в пределах того же хоста, Общий SCSI- (iSCSI-) диск для гостевых систем.

Слайд 52

Virtual PC / Virtual Server 2005 R2

Win2003 или WinXP

Ядро

VMM.sys

Кольцо 0

Оборудование

Базовая система

Гостевая система

Virtual PC / Virtual Server 2005 R2 Win2003 или WinXP Ядро VMM.sys
(VM)

Кольцо 1

Кольцо 3

Windows в VM

VM Additions

Гостевые приложения

Кольцо 3

Служба Virtual Server

IIS

Веб-сайт

Виртуальное оборудование

Слайд 53

Windows Virtualization

Поддержка виртуализации для Windows Server Windows Hypervisor (Гипервизор), кодовое имя -

Windows Virtualization Поддержка виртуализации для Windows Server Windows Hypervisor (Гипервизор), кодовое имя
"Viridian“: «Тонкий» (~160 Кб) программный уровень, «внутренняя базовая ОС», Родительский раздел – управляет дочерними разделами, Дочерний раздел включает любое число ОС, управляемых родительским разделом.
Стек виртуализации: Работает в корневом (= родительском) разделе, Обеспечивает виртуализацию устройств, WMI-интерфейс для управления
Провайдеры служб виртуализации (Virtualization Service Providers, VSPs) Архитектура совместного использования оборудования, В гостевой ОС устанавливаются драйверы "viridian«.
Windows Virtualization Server требует x64-совместимого оборудования, ЦП с поддержкой Intel VT или AMD-V
Поддерживает: 32- и 64-разрядные гостевые ОС; до 8 ЦП на VM; горячее добавление» ЦП, ОЗУ, сетевых адаптеров, дисков; > 32 Гб ОЗУ на VM; возможность переноса VM без отключения; традиционную модель драйверов; использование существующих драйверов Windows; прежний же набор эмулируемого оборудования; Server Core в качестве родительской ОС

Слайд 54

Windows Virtualization Схемы VMM

Оборудование

Базовая ОС

VMM

Гостевая ОС 1

Гостевая ОС 2

Оборудование

VMM (Hypervisor)

Гостевая ОС 1

Гостевая ОС

Windows Virtualization Схемы VMM Оборудование Базовая ОС VMM Гостевая ОС 1 Гостевая
2

Оборудование

VMM

Гостевая ОС 1

Гостевая ОС 2

Базовая ОС

VMM типа 2

Примеры:
- JVM
- .NET CLR

Примеры:
- Virtual PC
- Virtual Server

Примеры:
Виртуализация
Windows ("Viridian")

VMM типа 1
Hypervisor

Гибридный VMM

Слайд 55

Windows Virtualization

Windows (Core)

Ядро

Windows Hypervisor

Кольцо 0

Оборудование

Родительский раздел

Дочерний раздел

Кольцо 3

Гостевые приложения

Кольцо "-1"

Windows

VMBus

Enlightment

Ядро

VSP

VSC

Стек виртуализации

Служба

Windows Virtualization Windows (Core) Ядро Windows Hypervisor Кольцо 0 Оборудование Родительский раздел
VM

WMI

Рабочий процесс VM

Драйверы

Слайд 56

Версии продуктов

* Жизненный цикл этих продуктов близок к завершению
** На http://vpc.visualwin.com находится список

Версии продуктов * Жизненный цикл этих продуктов близок к завершению ** На
из > 1200 (!) ОС, совместимых с Virtual PC и Virtual Server
В статье KB 867572 см. список ОС, поддерживаемых Virtual Server 2005 R2

Слайд 57

Основные области применения:
Тестирование программного обеспечения и средств разработки ( тестирование создаваемых приложений,

Основные области применения: Тестирование программного обеспечения и средств разработки ( тестирование создаваемых
тестирование конфигураций и настроек готового программного обеспечения, а также действий администраторов серверов и сети с целью проверки работоспособности той или иной конфигурации серверного ПО перед началом ввода его в реальную эксплуатацию.
Хостинг унаследованных приложений. Зачастую наиболее удачные бизнес-приложения эксплуатируются десятилетиями, поэтому вполне может случиться так, что платформа, для которой они написаны, в компании уже практически не применяется из-за отсутствия нормальной технической поддержки со стороны производителей оборудования.
Консолидация загрузки серверов. Идея консолидации загрузки серверов заключается в создании виртуальных машин с разными операционными системами и программным обеспечением, реализующими выполнение указанных задач, и в размещении одного и того же набора этих виртуальных машин на нескольких физических серверах. Благодаря этому число самих серверов можно уменьшить, да и выход из строя одного из серверов не будет столь критичен для компании, поскольку его нагрузку может взять на себя виртуальная машина на каком-либо другом сервере.
Моделирование распределенных серверных приложений на одном физическом сервере. Данный способ применения серверных виртуальных машин предназначен для разработчиков, специалистов по тестированию и специалистов по внедрению приложений масштаба предприятия. С его помощью можно создавать распределенные приложения, тестировать их, а также моделировать реальные условия внедрения, используя для этой цели один-единственный компьютер, что позволяет сократить расходы на приобретение аппаратного обеспечения для разработки приложений.

Слайд 58

Запуск VMM

Подготовка гостевой ОС к запуску

VMPTRLD VMLAUNCH

Работа гостевой ОС

VMON

Обработка возникшего в гостевой

Запуск VMM Подготовка гостевой ОС к запуску VMPTRLD VMLAUNCH Работа гостевой ОС
ОС или во внешнем мире события

Сохранение текущего состояния виртуальной машины или ее уничтожение

VMREAD VMWRITE

Настройка свойств виртуальной машины

Событие, требующее обработки, либо вызов

VMMCALL

VMRESUME

VMPTRST VMCLEAR

Остановка VMM

VMOFF

Схема работы Intel Virtualization Technology

Имя файла: Операционные-среды,-системы-и-оболочки.pptx
Количество просмотров: 194
Количество скачиваний: 0