Презентация на тему "Интерфейс операционных систем"

Содержание

• 
  Слайд 1
  
• 
  Слайд 2
  
• 
  Слайд 3
  
• 
  Слайд 4
  

  Минимальные полномочия. Для любой программы и любого пользователя должен быть определен минимальный круг полномочий, необходимых для выполнения порученной работы. Благодаря этим действиям в значительной мере уменьшается ущерб, причиняемый при сбоях и случайных нарушениях. Кроме того, сокращение числа обменов данными между привилегированными программами до необходимого минимума уменьшает вероятность непреднамеренного, нежелательного или ошибочного применения полномочий. Таким образом, если схема защиты позволяет расставить "барьеры" в системе, то принцип минимальных полномочий обеспечивает наиболее рациональное расположение этих "барьеров".

• 
  Слайд 5
  
• 
  Слайд 6
  
• 
  Слайд 7
  

  Технология фильтрации пакетов является самым «простым» способом реализации брандмауэра. Такой брандмауэр может проверять пакеты различных протоколов, причем с большой скоростью, так как он просто просматривает информацию о пакете (заголовок), чтобы принять решение о его дальнейшей судьбе. Фильтр анализирует пакеты на сетевом уровне и не зависит от используемого приложения. К недостаткам такого брандмауэра можно отнести невозможность идентификации пакетов при имитации IP-адресов и невозможность слежения за конкретным сетевым сеансом. Имитация означает, что если воспользоваться IP-адресом законного пользователя, то можно беспрепятственно проникнуть в защищаемую сеть и получить доступ к ее ресурсам. 

• 
  Слайд 8
  
• 
  Слайд 9
  
• 
  Слайд 10
  
• 
  Слайд 11
  
• 
  Слайд 12
  
• 
  Слайд 13
  
• 
  Слайд 14
  
• 
  Слайд 15
  
• 
  Слайд 16
  
• 
  Слайд 17
  

  Флаг ссылки (reference бит) автоматически устанавливается, когда происходит любое обращение к этой странице, а уже рассмотренный выше флаг изменения (modify бит) устанавливается, если производится запись в эту страницу. Операционная система периодически проверяет установку таких флагов, для того чтобы выделить активно используемые страницы, после чего значения этих флагов сбрасываются.

• 
  Слайд 18
  
• 
  Слайд 19
  
• 
  Слайд 20
  
• 
  Слайд 21
  
• 
  Слайд 22
  
• 
  Слайд 23
  
• 
  Слайд 24
  
• 
  Слайд 25
  

  Операционная система— базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий интерфейс с пользователем, управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение прикладных программ и утилит.Позволяет абстрагироваться от деталей реализации аппаратного обеспечения, предоставляя разработчикам программного обеспечения минимально необходимый набор функций. Операционная среда — совокупность компьютерных программ, обеспечивающая оператору возможность управлять вычислительными процессами и файлами. Программнаясреда — это программныесредства, с которыми взаимодействует выполняемая программа; среда выполнения программы

• 
  Слайд 26
  
• 
  Слайд 27
  
• 
  Слайд 28
  
• 
  Слайд 29
  
• 
  Слайд 30
  
• 
  Слайд 31
  

  основная функция операционной системы (файловой системы)— скрыть специфику дисков и других устройств ввода-вывода и предоставить программисту удобную и понятную абстрактную модель, состоящую из независимых от устройств файлов.

• 
  Слайд 32
  
• 
  Слайд 33
  

  Драйверы работающие в режиме прерывания представляют собой сложный комплекс программных модулей и имеют несколько секций: ·         секция запуска ·         секция продолжения ·         секция завершения Секция запуска запускается для включения устройств ввода/вывода либо для инициализации очередной операции ввода/вывода . Секция продолжения осуществляет основную работу по передаче данных Секция завершения выключает устройства ввода/вывода либо просто завершает операцию.

• 
  Слайд 34
  
• 
  Слайд 35
  

  Расширенный раздел DOS содержит вторичную запись MBR (secondary MBR, SMBR), в состав которой вместо partitiontable входит таблица логического дис­ка (LDT, logicaldisktable), ей аналогичная. Таблица LDT описывает размещение и характеристики раздела, содержащего единственный логический диск, а также может специфицировать следующую запись SMBR. Следовательно, если в рас­ширенном разделе DOS создано К логических дисков, то он содержит К экземп­ляров SMBR, связанных в список. Каждый элемент этого списка описывает со­ответствующий логический диск и ссылается (кроме последнего) на следующий элемент списка.

• 
  Слайд 36
  
• 
  Слайд 37
  

  В зависимости от источника возникновения сигнала прерывания делятся на: асинхронные или внешние (аппаратные) — события, которые исходят от внешних источников (например, периферийных устройств) и могут произойти в любой произвольный момент: сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя, нажатие клавиш клавиатуры, движение мыши. Факт возникновения в системе такого прерывания трактуется как запрос на прерывание синхронные или внутренние — события в самом процессоре как результат нарушения каких-то условий при исполнении машинного кода: деление на ноль или переполнение, обращение к недопустимым адресам или недопустимый код операции; программные (частный случай внутреннего прерывания) — инициируются исполнением специальной инструкции в коде программы. Программные прерывания как правило используются для обращения к функциям встроенного программного обеспечения , драйверов и операционной системы.

• 
  Слайд 38
  
• 
  Слайд 39
  

  любые операции по управлению вводом/выводом объявляются привилегированными и могут выполняться только кодом самой ОС. Для обеспечения этого принципа в большинстве процессоров даже вводятся режимы пользователя и супервизора. Как правило, в режиме супервизора выполнение команд ввода/вывода разрешено, а в пользовательском режиме — запрещено. Использование команд ввода/вывода в пользовательском режиме вызывает исключение и управление через механизм прерываний передается коду ОС  

• 
  Слайд 40
  
• 
  Слайд 41
  

  супервизор ввода/вывода получает запросы на ввод/вывод от прикладных задач и от программных модулей самой операционной системы. Эти запросы проверяются на корректность, и если запрос выполнен по спецификациям и не содержит ошибок, он обрабатывается дальше, в противном случае пользователю (задаче) выдается соответствующее диагностическое сообщение о недействительности (некорректности) запроса; супервизор ввода/вывода вызывает соответствующие распределители каналов и контроллеров, планирует ввод/вывод (определяет очередность предоставления устройств ввода/вывода задачам, затребовавшим их). Запрос на ввод/ вывод либо тут же выполняется, либо ставится в очередь на выполнение; супервизор ввода/вывода инициирует операции ввода/вывода (передает управление соответствующим драйверам) и в случае управления вводом/выводом с использованием прерываний предоставляет процессор диспетчеру задач с тем, чтобы передать его первой задаче, стоящей в очереди на выполнение; при получении сигналов прерываний от устройств ввода/вывода супервизор идентифицирует их и передает управление соответствующей программе обработки прерывания (как правило, на секцию продолжения драйвера); супервизор ввода/вывода осуществляет передачу сообщений об ошибках, если таковые происходят в процессе управления операциями ввода/вывода; супервизор ввода/вывода посылает сообщения о завершении операции ввода/вывода запросившему эту операцию процессу и снимает его с состояния ожидания ввода/вывода, если процесс ожидал завершения операции.

• 
  Слайд 42
  
• 
  Слайд 43
  
• 
  Слайд 44
  

  1. SSTF (shortestseektime – first) – с наименьшим временем поиска – первым. В соответствии с этой дисциплиной при позиционировании магнитных голо­вок следующим выбирается запрос, для которого необходимо минимальное перемещение с цилиндра на цилиндр, даже если этот запрос не был первым в очереди на ввод/вывод. Однако для этой дисциплины характерна резкая дис­криминация определенных запросов, а ведь они могут идти от высокоприори­тетных задач. Обращения к диску проявляют тенденцию концентрироваться, в результате чего запросы на обращение к самым внешним и самым внутрен­ним дорожкам могут обслуживаться существенно дольше и нет никакой гаран­тии обслуживания. Достоинством такой дисциплины является максимально возможная пропускная способность дисковой подсистемы. 2. Scan (сканирование). По этой дисциплине головки перемещаются то в одном, то в другом «привилегированном» направлении, обслуживая «по пути» под­ходящие запросы. Если при перемещении головок чтения/записи более нет попутных запросов, то движение начинается в обратном направлении. 3. Next-StepScan – отличается от предыдущей дисциплины тем, что на каждом проходе обслуживаются только запросы, которые уже существовали на мо­мент начала прохода. Новые запросы, появляющиеся в процессе перемеще­ния головок чтения/записи, формируют новую очередь запросов, причем та­ким образом, чтобы их можно было оптимально обслужить на обратном ходу. 4. C-Scan (циклическое сканирование). По этой дисциплине головки перемеща­ются циклически с самой наружной дорожки к внутренним, по пути обслу­живая имеющиеся запросы, после чего вновь переносятся к наружным ци­линдрам. Эту дисциплину иногда реализуют таким образом, чтобы запросы, поступающие во время текущего прямого хода головок, обслуживались не по­путно, а при следующем ходе, что позволяет исключить дискриминацию запросов к самым крайним цилиндрам; она характеризуется очень малой дисперсией времени ожидания обслуживания. Эту дисциплину обслуживания часто называют «элеваторной».

• 
  Слайд 45
  
• 
  Слайд 46
  
• 
  Слайд 47
  

  Устройства ввода-вывода можно условно разделить на две категории: блочные устройства и символьные устройства. К блочным относятся такие устройства, которые хранят информацию в блоках фиксированной длины, у каждого из которых есть свой собственный адрес. Обычно размеры блоков варьируются от 512 до 32 768 байт. Вся передача данных ведется пакетами из одного или нескольких целых (последовательных) блоков. Важным свойством блочного устройства является то, что оно способно читать или записывать каждый блок независимо от всех других блоков. Среди наиболее распространенных блочных устройств жесткие диски, приводы компакт-дисков и флэш-накопители USB.  Другой тип устройств ввода-вывода — символьные устройства. Они выдают или воспринимают поток символов, не относящийся ни к какой блочной структуре. Они не являются адресуемыми и не имеют никакой операции позиционирования. В качестве символьных устройств могут рассматриваться принтеры, сетевые интерфейсы, мыши (в качестве устройства-указателя), крысы (для лабораторных исследований по психологии) и множество других устройств, не похожих на дисковые устройства. 

• 
  Слайд 48
  
• 
  Слайд 49
  

  Назначение таблицы «виртуальных логических устройств» (DeviceReferenceTable, DRT) — установление связи между виртуальными (логическими) устройствами и реальными устройствами, описанными посредством таблицы оборудования. таблица прерываний — необходима для организации обратной связи между центральной частью и устройствами ввода-вывода. Эта таблица указывает для каждого сигнала запроса на прерывание тот элемент UCB, который сопоставлен данному устройству.

• 
  Слайд 50
  

  UCB (UnitControlBlock) — блок управления устройством ввода-выводасодержит следующую информацию об устройстве: тип устройства, его конкретная модель, символическое имя и характеристики устройства; способ подключения устройства (через какой интерфейс, к какому разъему, какие порты и линия запроса прерывания используются и т. д.); номер и адрес канала (и подканала), если такие используются для управления устройством; информация о драйвере, который должен управлять этим устройством, адреса секции запуска и секции продолжения драйвера; информация о том, используется или нет буферизация при обмене данными с устройством, ≪имя≫ (или просто адрес) буфера, если такой выделяется из системной области памяти; установка тайм-аута и ячейки для счетчика тайм-аута; состояние устройства; поле указателя для связи задач, ожидающих устройство; возможно, множество других сведений.

• 
  Слайд 51
  

  DCB (DataControlBlock - блок управления данным). Назначение— подключение препроцессоров к процессу подготовки данных на ввод-вывод, то есть учет конкретных технических характеристик и используемых преобразований. Это необходимо для того, чтобы имеющееся устройство получало не какие-то непонятные ему коды или форматы данных, не соответствующие режиму его работы, а коды и форматы, созданные специально под данное устройство. Теперь такие препроцессоры часто называют высокоуровневыми драйверами, или просто драйверами, хотя изначально под термином ≪драйвер≫ подразумевалась программа управления операциями ввода-вывода.

• 
  Слайд 52
  

  Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёх проводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода — для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА, у USB 3.0 — 900 мА).  USB(UniversalSerialBus— «универсальная последовательная шина») — последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств в вычислительной технике. Символом USB являются четыре геометрические фигуры: большой круг, малый круг, треугольник и квадрат, расположенные на концах древовидной блок-схемы. 

• 
  Слайд 53
  
• 
  Слайд 54
  
• 
  Слайд 55
  

  Сигналы могут быть синхронными, когда инициатор сигнала — сам процесс, и асинхронными, когда инициатор сигнала — интерактивный пользователь, сидящий за терминалом. Источником асинхронных сигналов может быть также ядро, когда оно контролирует определенные состояния аппаратуры, рассматриваемые как ошибочные. Сигналы можно рассматривать как простейшую форму взаимодействия между процессами. Они используются для передачи от одного процесса другому или от ядра ОС какому-либо процессу уведомления о возникновении определенного события.

• 
  Слайд 56
  
• 
  Слайд 57
  
• 
  Слайд 58
  
• 
  Слайд 59
  

  Дескриптор процесса, как правило, содержит следующую информацию: идентификатор процесса (ProcessIdentifier, PID); тип (или класс) процесса, который определяет для супервизора некоторые правила предоставления ресурсов; приоритет процесса, в соответствии с которым супервизор предоставляет ресурсы (в рамках одного класса процессов в первую очередь обслуживаются более приоритетные процессы); переменную состояния, которая определяет, в каком состоянии находится процесс (готов к работе, выполняется, ожидает устройства ввода-вывода и т. д.); контест задачи, то есть защищенную область памяти (или адрес такой области), в которой хранятся текущие значения регистров процессора, когда процесс прерывается, не закончив работы; информацию о ресурсах, которыми процесс владеет и/или имеет право пользоваться (указатели на открытые файлы, информация о незавершенных операциях ввода-вывода и др.); место (или его адрес) для организации общения с другими процессами; параметры времени запуска (момент времени, когда процесс должен активизироваться, и периодичность этой процедуры); в случае отсутствия системы управления файлами адрес задачи на диске в ее исходном состоянии и адрес на диске, куда она выгружается из оперативной памяти, если ее вытесняет другая задача (последнее справедливо для диск-резидентных задач, которые постоянно находятся во внешней памяти на системном магнитном диске и загружаются в оперативную память только на время выполнения).

• 
  Слайд 60
  
• 
  Слайд 61
  
• 
  Слайд 62
  

  Приоритет - это число, характеризующее степень привилегированности процесса при использовании ресурсов вычислительной машины, в частности, процессорного времени: чем выше приоритет, тем выше привилегии. Существует две разновидности приоритетных алгоритмов: алгоритмы, использующие относительные приоритеты, алгоритмы, использующие абсолютные приоритеты. В обоих случаях выбор процесса на выполнение из очереди готовых осуществляется одинаково: выбирается процесс, имеющий наивысший приоритет. По разному решается проблема определения момента смены активного процесса. В системах с относительными приоритетами активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не покинет процессор, перейдя в состояние ОЖИДАНИЕ (или же произойдет ошибка, или процесс завершится). В системах с абсолютными приоритетами выполнение активного процесса прерывается еще при одном условии: если в очереди готовых процессов появился процесс, приоритет которого выше приоритета активного процесса. В этом случае прерванный процесс переходит в состояние готовности.

• 
  Слайд 63
  

  Приоритет может назначаться директивно администратором системы в зависимости от важности работы или внесенной платы, либо вычисляться самой ОС по определенным правилам, он может оставаться фиксированным на протяжении всей жизни процесса (статический приоритет) либо изменяться во времени в соответствии с некоторым законом (динамический приоритет).

• 
  Слайд 64
  
• 
  Слайд 65
  

  Когда составляемая программа целиком укладывается в схему событийно-ориентированного программирования с обособленными реакциями, а не является частью другой, охватывающей программы, то управление во всех таких программах может быть унифицировано: содержательные части, касающиеся обработки событий, встраиваются (в разных смыслах: вызыва­ются, подключаются как внешние библиотеки и др.) в стандартный про­граммный текст, обычно называемый проектом. Получается, что схема со­ставления программы как последовательного текста заменяется более аде­кватной задаче схемой, основанной на встраивании. Непейвода Н.Н. Программирование.

• 
  Слайд 66
  
• 
  Слайд 67
  

  Вычислительный процесс (или просто — «процесс») - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Последовательный процесс (иногда называемый «задачей») — это выполнение отдельной программы с ее данными на последовательном процессоре. В последние годы задачей стали называть единицу работы, для выполнения которой предоставляется центральный процессор. Процесс может включать в себя несколько задач.

• 
  Слайд 68
  
• 
  Слайд 69
  
• 
  Слайд 70
  

  Вирус – это саморазмножающаяся программа: она распространяется с файла на файл и с компьютера на компьютер. Черви считаются подклассом вирусов, но обладают характерными особенностями. Червь размножается (воспроизводит себя), не заражая другие файлы. Он внедряется один раз на конкретный компьютер и ищет способы распространиться далее на другие компьютеры. Троянский конь – это программа, которая внешне выглядит как легальный программный продукт, но при запуске совершает вредоносные действия. Троянские программы не могут распространяться сами по себе, и этим они отличаются от вирусов и червей.

• 
  Слайд 71
  
• 
  Слайд 72
  
• 
  Слайд 73
  
• 
  Слайд 74
  
• 
  Слайд 75
  
• 
  Слайд 76
  
• 
  Слайд 77
  
• 
  Слайд 78
  
• 
  Слайд 79
  

  Учетные записи групп (их называют группами безопасности) используются для определения разрешений на доступ к тем или иным объектам. Для этого каждый объект может иметь список управления доступом (AccessControlList, ACL). Список ACL состоит из записей — АСЕ (AccessControlEntry). Каждая запись списка состоит из двух полей. В первом поле указывается некий идентификатор безопасности. Во втором поле располагается битовая маска доступа, описывающая, какие разрешения указаны в явном виде, какие не запрещены, и какие запрещены в явном виде для этого идентификатора.

• 
  Слайд 80
  
• 
  Слайд 81
  

  Принцип обеспечения безопасности вычислений Обеспечение безопасности при выполнении вычислений является желательным свойством для любой многопользовательской системы. Правила безопасности определяют такие свойства, как защита ресурсов одного пользователя от других и установление квот по ресурсам для предотвращения захвата одним пользователем всех системных ресурсов (таких, как память). Принцип мобильности (переносимости) Операционная система относительно легко должна переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которая включает наряду с типом процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера, иначе говоря, архитектуру вычислительной системы) одного типа на аппаратную платформу другого типа. Принцип совместимости Одним из аспектов совместимости является способность ОС выполнять программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной операционной системы, а также для другой аппаратной платформы. Принцип независимости программ от внешних устройств Этот принцип заключается в том, что связь программ с конкретными устройствами производится не на уровне трансляции программы, а в период планирования ее исполнения. В результате перекомпиляция при работе программы с новым устройством, на котором располагаются данные, не требуется.

• 
  Слайд 82
  

  Принцип виртуализации Этот принцип позволяет представить структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распределителей ресурсов (мониторов) и использовать единую централизованную схему распределения ресурсов. Принцип функциональной избыточности В состав ОС может входить несколько типов мониторов (модулей супервизора, управляющих тем или другим видом ресурса), различные средства организации коммуникаций между вычислительными процессами. Принцип генерируемости ОС Основное положение этого принципа определяет такой способ исходного представления центральной системной управляющей программы ОС (ее ядра и основных компонентов, которые должны постоянно находиться в оперативной памяти), который позволял бы настраивать эту системную супервизорную часть, исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач. Эта процедура проводится редко, перед достаточно протяженным периодом эксплуатации ОС. Процесс генерации осуществляется с помощью специальной программы-генератора и соответствующего входного языка для этой программы, позволяющего описывать программные возможности системы и конфигурацию машины. В результате генерации получается полная версия ОС. Сгенерированная версия ОС представляет собой совокупность системных наборов модулей и данных. Принцип функциональной избирательности В ОС выделяется некоторая часть важных модулей, которые должны постоянно находиться в оперативной памяти для более эффективной организации вычислительного процесса. Эту часть в ОС называют ядром, так как это действительно основа системы.

• 
  Слайд 83
  
• 
  Слайд 84
  

  Модули, входящие в состав ОС, можно классифицировать по кратности использования. Однократно используемые модули – это модули, которые могут быть правильно выполнены только один раз, так как, при своём выполнении, они “портят” свою собственную память. Примером такого модуля является абсолютный загрузчик системы. Модули многократного применения (повторно используемые модули) могут быть, в свою очередь, непривилегированными, привилегированными и реентнрабельными. Непривилегированные программные модули – это модули, которые могут быть прерваны во время своей работы, причём, промежуточные результаты их работы не сохраняются. Привилегированные программные модули не могут быть прерваны во время своего выполнения, т. е. они работают при отключённой системе прерываний. Такие модули, начав работать, выполняются до конца. Реентерабельные программные модули допускают повторное многократное прерывание своего выполнения и повторный их запуск, причём при каждом таком прерывании происходит запоминание промежуточных результатов в некоторой специально отведённой для этого области памяти. Такие модули обычно состоят из трёх секций. Первая секция предназначена для выделения памяти под промежуточные результаты выполнения. Вторая секция представляет собой непосредственный код программного модуля. Третья секция – это секция освобождения памяти, которая использовалась для хранения промежуточных результатов. Первая и третья секции работают как привилегированные секции, а вторая – как непривилегированная. Примерами реентерабельных модулей являются ряд драйверов из состава ОС.

• 
  Слайд 85
  
• 
  Слайд 86
  

  Классификация ОС Поддержка многозадачности (однозадачные, многозадачные) Поддержка многопользовательского режима (однопользовательские , многопользовательские) Способу организации многозадачности (вытесняющая и невытесняющая многозадачность). Поддержка многопоточности Поддержка многопроцессорной обработки По типу аппаратуры (персональных компьютеров, мини-компьютеров, мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ) Особенности областей использования (пакетной обработки, разделения времени и реального времени) Особенности методов построения (монолитные, микроядерные и объектно-ориентированные)

• 
  Слайд 87
  
• 
  Слайд 88
  

  Прикладной программный интерфейс (API -application programming interface)реализуется с помощью специальных программных модулей, которые принимают его команды на соответствующем языке (возможно, с использованием графического интерфейса) и транслируют их в обычные вызовы в соответствии с основным интерфейсом операционной системы.