Основные определения. По дисциплине: «Системное программное обеспечение»

КУРС ЛЕКЦИЙ

По дисциплине: «Системное программное обеспечение»

Тюмень 2008

Содержание

1 Основные определения. 5

2 Эволюция операционных систем.. 7

2.1 Появление первых операционных систем.. 7

2.2 Появление мультипрограммных операционных систем для мэйнфреймов. 9

2.3 Операционные системы и глобальные сети. 13

2.4 Операционные системы мини-компьютеров и первые локальные сети. 14

2.5 Развитие операционных систем в 80-е годы.. 15

2.6 Особенности современного этапа развития операционных систем.. 19

2.7 Выводы.. 23

3 Назначение и функции операционной системы.. 25

3.1 Операционные системы для автономного компьютера. 25

3.1.1 ОС как виртуальная машина. 25

3.1.2 ОС как система управления ресурсами. 27

3.2 Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера 28

3.2.1 Управление процессами. 29

3.2.2 Управление памятью.. 31

3.2.3 Управление файлами и внешними устройствами. 32

3.2.4 Защита данных и администрирование. 34

3.2.5 Интерфейс прикладного программирования. 35

3.2.6 Пользовательский интерфейс. 36

3.3 Требования к современным операционным системам.. 37

3.4 Выводы.. 39

4 Архитектура операционной системы.. 40

4.1 Ядро и вспомогательные модули ОС.. 40

4.2 Ядро в привилегированном режиме. 43

4.3 Многослойная структура ОС.. 46

4.4 Типовые средства аппаратной поддержки ОС.. 51

4.5 Микроядерная архитектура. 54

4.5.1 Концепция. 54

4.5.2 Преимущества и недостатки микроядерной архитектуры.. 56

4.6 Выводы.. 59

5 Процессы и потоки. 61

5.1 Мультипрограммирование. 61

5.1.1 Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. 62

5.1.2 Мультипрограммирование в системах разделения времени. 65

5.1.3 Мультипрограммирование в системах реального времени. 66

5.2 Мультипроцессорная обработка. 67

5.3 Понятия «процесс» и «поток». 71

5.4 Операции над процессами. 75

5.5 Планирование и диспетчеризация потоков. 77

5.6 Состояния потока. 79

5.7 Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования. 81

5.8 Алгоритмы планирования, основанные на квантовании. 83

5.9 Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах. 86

5.10 Смешанные алгоритмы планирования. 88

5.11 Планирование в системах реального времени. 89

5.12 Выводы.. 90

6 Мультипрограммирование на основе прерываний. 92

6.1 Назначение и типы прерываний. 92

6.2 Механизм прерываний. 94

6.3 Диспетчеризация и приоритезация прерываний в ОС.. 98

6.4 Функции централизованного диспетчера прерываний на примере Windows NT.. 100

6.5 Системные вызовы.. 105

6.6 Выводы.. 109

7 Синхронизация процессов и потоков. 111

7.1 Цели и средства синхронизации. 111

7.2 Необходимость синхронизации и гонки. 113

7.3 Критическая секция. 115

7.4 Блокирующие переменные. 116

7.5 Семафоры.. 120

7.6 Тупики. 123

7.7 Синхронизирующие объекты ОС.. 127

7.8 Сигналы.. 131

7.9 Выводы.. 132

9 Управление памятью.. 133

9.1 Функции ОС по управлению памятью.. 133

9.2 Типы адресов. 134

9.3 Алгоритмы распределения памяти. 143

9.4 Распределение памяти фиксированными разделами. 144

9.5 Распределение памяти динамическими разделами. 145

9.6 Перемещаемые разделы.. 147

9.7 Свопинг и виртуальная память. 148

9.8 Страничное распределение. 152

9.9 Сегментное распределение. 163

9.10 Сегментно-страничное распределение. 167

9.11 Разделяемые сегменты памяти. 173

9.12 Выводы.. 176

Основные определения

Систе́мное програ́ммное обеспе́чение — это набор программ, которые управляют компонентами вычислительной системы (такими как процессор, коммуникационные и периферийные устройства), а также которые предназначены для обеспечения функционирования и работоспособности всей системы.

Большинство из них отвечают непосредственно за контроль и объединение в единое целое различных компонентов аппаратного оборудования вычислительной системы.

Системное программное обеспечение противопоставляется прикладному программному обеспечению, которое напрямую решает проблемы пользователя.

СПО включает в себя два компонента:

а) операционные системы;

б) системные программы.

ОС – это комплекс программных средств, которые выполняют функции управления работой всей системы, обеспечивают первоначальный старт, конфигурирование и восстановление системы, а также предоставляют интерфейс взаимодействия с пользователем.

СП – комплекс программных модулей, которые обеспечивают взаимосвязь между интерфейсом и аппаратными средствами системы.

Системные программы:

а) машинно-ориентированные трансляторы (ассемблеры);

б) программно-ориентированные трансляторы (компиляторы, интерпретаторы);

в) вспомогательные (отладчики, утилиты, макропроцессор).

Транслятор - программа, которая принимает на вход программу на одном языке (он в этом случае называется исходный язык, а программа — исходный код), и преобразует её в программу, написанную на другом языке (соответственно, целевой язык и объектный код).

Ассемблер - транслятор с языка ассемблера в команды машинного языка.

Компилятор - транслятор, который осуществляет перевод всей исходной программы в эквивалентную ей результирующую программу на языке машинных команд.

Компилятор – проверяет и выполняет всю программу целиком, в случае успеха генерирует файл *.exe, если программа написана неверно - компилятор выведет список всех ошибок.

Интерпрета́тор — программа для непосредственного исполнения программ (производства вычислений, предписываемых этими программами) из исходного кода на определённом языке.

Интерпретатор – отличается от компилятора тем, что не выдает объектного файла и отлавливает только по одной ошибке за каждый просмотр, т.к. просматривает программу построчно.

Отла́дчик является модулем среды разработки или отдельным приложением, предназначенным для поиска ошибок в программе.

Утил́ита — программный продукт, предназначенный для решения вспомогательных задач.

Основная функция Макропроцессора – замена одних групп символов другими.