Структура и организация функционирования современных сетевых операционных систем

Содержание

Введение

Структура и организация функционирования современных сетевых операционных систем

Общая характеристика задания по трассировке процессов функционирования сетевых ОС

Раздел 1. Управление процессами

Занятие 1.1. Мультипрограммирование

Занятие 1.2. Циклическое квантование времени

Занятие 1.3 Приоритетные дисциплины

Раздел 2. Управление памятью

Занятие 2.1. Динамические разделы

Занятия 2.2. Свопинг процессов

Занятия 2.3. Страничная память

Раздел 3. Управление устройствами

Занятие 3.1. Циклическая буферизация

Занятие 3.2. Планирование дисковых операций

Занятие 3.3. Взаимодействие компьютеров в сет

Раздел 4. Управление информацией

Занятие 4.1. Файловая структура диска

Приложения

Приложение 1. Варианты заданий

Приложение 2. Описание алгоритмов работы компонентов ОС

Список основной рекомендуемой литературы

Список дополнительной литературы

Введение

Большинство современных сетевых операционных систем обладают практически одинаковым набором возможностей и отличаются лишь особенностями их реали­зации, а также организацией интерфейсов пользователя и администратора. Кроме того, конкретные операционные системы зачастую вводят собственную терминологию, что затрудняет понимание общих принципов функционирования сетевых операционных систем.

В настоящем методическом пособии изучение основных возможностей современных сетевых операционных систем выполнено в соответствии с классической терминологией теории операционных систем, что позволяет затем применить полученные знания и навыки к анализу конкретных операционных систем на лабораторных занятиях. Рекомендуемыми к дальнейшему изучению на лабораторных занятиях являются операционные системы семейств MS Windows, Unix, QNX. Кроме того, возможно изучение специализированных операционных систем ком­мутаторов, маршрутизаторов и других сетевых устройств, например операционных систем IOS компании Cisco. Целесообразным представляется также проведение семи­нарских занятий по ретроспективному изучению опера­ционных систем, внесших значительный вклад в развитие теории операционных систем, таких, как MULTICS, OS/360, RSX11М, VAS/VMX.

Существуют различные уровни освоения предмета «Сетевые операционные системы», такие, как уровень квали­фицированного пользователя, уровень администратора и уровень проектировщика (разработчика). Базовым уровнем для направления «Компьютерные науки» и «Телекоммуникации» является уровень администратора. Однако квалифицированное администрирование в настоящее время практически невозможно без освоения основ проектирования операционных систем, предполагающих знание структур данных и алгоритмов работы компонентов операционной системы. Задания по трассировке процессов функционирования ОС представляют собой основу для изучения алгоритмов работы компонентов сетевых операционных систем.

Структура и организация функционирования современных сетевых операционных систем

Операционная система - это комплекс программ для управления ресурсами компьютера, организации интер­фейсов с пользователем и обеспечения защиты ресурсов. Таким образом, ОС решает две группы задач:

- управление ресурсами;

- организация интерфейсов.

Различают 4 типа ресурсов:

- процессоры;

- оперативная память;

- устройства ввода/вывода;

- информация.

Рассматривают 4 типа операций по управлению ре­сурсом:

- выделение;

- освобождение;

- отслеживание;

- планирование.

Таким образом, управление ресурсами представлено 16 компонентами операционной системы (4 типа ресурсов х 4 типа операций). Кроме того, ввиду существенных отличий устройств ввода/вывода (например, сетевая карта и магнитный диск) выполняют дальнейшее структурирование средств управления устройствами. Компонент операционной системы, организующий ввод/вывод для конкретного типа устройств называют драйвером.

Среди интерфейсов операционной системы наиболее известным является интерфейс с пользователем. Как пра­вило, современные ОС реализуют две разновидности поль­зовательского интерфейса: текстовый командный интер­фейс и графический. Лаконичность текстового командного интерфейса обусловливает его широкое применение в сетях для удалённого доступа.

Запущенная программа представляет собой единицу работы для операционной системы и именуется процессор. Интерфейсы процессов и оборудования недоступны непосредственно конечному пользователю. Интерфейс процессов представляет собой набор системных вызовов, с помощью которых выполняемая программа обращается за сервисом к операционной системе, например, для выпол­нения операций ввода/вывода. Исполняя системные вызовы, операционная система взаимодействует с обору­дованием, используя его физический интерфейс, представ­ленный в архитектуре компьютера, например множеством портов ввода/вывода и аппаратными прерываниями.

Таким образом, операционная система запрещает непосредственное обращение пользовательских программ к оборудованию и выступает в качестве посредника, вы­полняя конкретные операции на устройствах от имени пользовательских процессов. Описанная технология явля­ется основой для реализации функций защиты пользова­тельских процессов друг от друга и самой операционной системы от пользовательских процессов. Обеспечение за­щиты возможно лишь при соответствующей аппаратной поддержке: наличии нескольких режимов работы процес­сора с различным множеством доступных команд. В про­стейшем случае используется 2 режима: «система» для исполнения ОС и «пользователь» для исполнения процессов пользователя. Попытка выполнения процессом пользо­вателя привилегированной команды (например, записи в порт устройства) вызывает специальное прерывание, пере­хватываемое ОС.

Классической является реализация компонентов операционной системы в форме ядра и множества системных процессов. Ядро представляет собой часть операционной системы, которая постоянно находится в оперативной памяти и не является процессом. Фактически ядро представляет собой множество обработчиков прерываний: аппаратных - для управления вводом/выводом, памятью и процессорами; программных - для реализации системных вызовов. В системные процессы выделяют компоненты ОС, требующие значительных временных затрат в процессе выполнения, например, файловые операции, командный и графический интерфейсы пользователя.

Как правило, при загрузке операционной системы в оперативную память загружается ядро, перехватывающее всё прерывания, и таким образом захватывающее полный контроль над оборудованием, а также несколько начальных процессов, обеспечивающих интерфейс с пользователем. Далее пользователь может запускать собственные процессы, а операционная система инициировать запуск требуемых системных процессов.