Околения компьютеров
 Скачать 1.67 Mb.
|
|
Типовая структура ОС. Ядро – резидентная часть ОС, работающая в режиме супервизора. В ядре размещаются программы обработки прерываний и драйверы наиболее «ответственных» устройств. Это могут быть и физические, и виртуальные устройства. Например, в ядре могут располагаться драйверы файловой системы, ОЗУ. Обычно ядро работает в режиме физической адресации. Следующие уровни структуры – динамически подгружаемые драйверы физических и виртуальных устройств. Это драйверы, добавление которых в систему возможно «на ходу» без перекомпоновки программ ОС. Они могут являться резидентными и нерезидентными, а также могут работать как в режиме супервизора, так и в пользовательском режиме. Можно выделить следующие основные логические функции ОС: управление процессами; управление ОП; планирование; управление устройствами и ФС. Билет 19 Типы операционных систем Пакетная ОС Пакет программ – совокупность программ, для выполнения каждого из которых требуется некоторое время работы процессора. Этот тип был на первых компьютерах. Пакет программ – стопка перфокарт. Стратегия переключения с одного процесса на другой, если а)выполняемый процесс завершен б)возникло прерывание по обмену в выполняемом программе в)зафиксировался факт зацикливания. Системы разделения времени Квант времени ЦП – некоторый фиксированный ОС промежуток времени работы ЦП ЦП предоставляется процессу на один квант времени. Меняя размер кванта можно получить различные характеристики ОС. Большой квант времени удобен для отладки. Если квант времени устремить к нулю, то у пользователя создается впечатление, что он работает один на этой ОС. Это происходит потому, что критерий эффективности с точки зрения человека – через сколько компьютер реагирует на действия человека. Переключение выполнения процессов происходит только в одном из случаев: - Исчерпался выделенный квант времени - Выполнение процесса завершено - Возникло прерывание - Был фиксирован факт зацикливания процесса Системы реального времени являются специализированными системами в которых все функции планирования ориентированы на обработку некоторых событий за время, не превосходящее некоторого предельного значение Критерий качества – обработка любого события за некоторый гарантированный промежуток времени (бортовой компьютер, автопилот…) Реально (за исключением систем реального времени, которые могут быть разные по областям применения, важности серьезности и т.д.) используются комбинации пакетных и систем разделения времени друг в друге и с различными стратегиями Сетевые, распределенные ОС Сетевая ОС – Мы имеем физическую сеть в которой подключенные компьютеры взаимодействуют с помощью протоколов, сетевая ОС предоставляет пользователям распределенные прикладные приложения. Распределенная ОС – Состоит из ядра, локализованного в рамках одного компьютера, и остальных функций распределенных по компьютерам сети. Проблема распределения файловой системы Билет 20 Модель организации взаимодействия в сети ISO/OSI Необходима аппаратная стандартизация. Предложена модель семиуровневого взаимодействия в сетях. Основные проблемы: 1. Стандартизация программного обеспечения, устройств и т.д. С развитием сетей та проблема увеличивалась. Сети создавались как корпоративные, локальные. Каждое решение было уникальным. (каналы связи, формат передаваемой информации, программный интерфейс), следовательно перенос сетевой программы с одного компьютера на другой был невозможен, либо сильно затруднен. Т.к. мир существует на объединении и разделении предприятий, это было очень неудобно. Возникла необходимость стандартизации. OSI – системы открытых интерфейсов. 1..7 – все возможные уровни взаимодействия компьютеров в сети Каждый уровень использует логически целостный набор действий и форматов данных, предназначенных для передачи информации между взаимодействующими в сети ВС. регламентации программных или аппаратных средств. В каждом уровне модель ISO/OSI предполагает наличие некоторого количества протоколов, каждый из которых может осуществлять взаимодействие с одноименным протоколом на другой взаимодействующей машине (возможно виртуальной). 1.Физический уровень На этом уровне однозначно определяется физическая сфера передачи данных и форматы передаваемых сигналов. На этом уровне решаются вопросы взаимосвязи в терминах сигналов. Этот уровень однозначно определяется физической средой, используемой для передачи данных и отвечает за организацию физической связи между устройствами и передачи данных в сети. 2. Канальный уровень Обеспечивает управление доступом к физической среде передачи данных, в частности обеспечение синхронизации передачи данных. Формализуются правила передачи данных.Решаются задачи обнаружения и синхронизации ошибок. 3.Сетевой уровень Решается вопрос управления связью между взаимодействующими компьютерами. Решается задача маршрутизации. и адресацией в сети. 4. Транспортный уровень (уровень логического канала) Решаются проблемы управления и передачи данных локализация и обработка ошибок, сервис передачи данных. 5.Сеансовый уровень Управление сеансами связи. Синхронизация отправки и приема данных.Управление подтверждением полномочий. Обработка внештатных ситуаций. прерывания/продолжения работы в тех или иных внештатных ситуациях, управление подтверждением полномочий (паролей). 6.Представительский уровень Разрешается проблема унификации кодировок. Уровень представления данных. На этом уровне находятся протоколы, реализующие единые соглашения перевода из внутреннего представления данных конкретной машины в сетевое и обратно. 7. Прикладной уровень Осуществляет стандартизацию взаимодействия с прикладными системами. Основные понятия Протокол – формальное описание сообщений и правил, по которым сетевые устройства (вычислительные системы) осуществляют обмен информацией. или Правила взаимодействия одноименных уровней. Интерфейс – правила взаимодействия вышестоящего уровня с нижестоящим. Служба или сервис – набор операций, предоставляемых нижестоящим уровнем вышестоящему. Стек протоколов – перечень разноуровневых протоколов, реализованных в системе Логическое взаимодействие сетевых устройств по i-ому протоколу Для организации взаимодействия при передаче сообщений от одного уровня к соседнему, существуют стандартизованные соглашения, которые называются интерфейсами. Таким образом, данные от одной прикладной программы до другой прикладной программы в сети проходят путь от уровня протоколов прикладных программ до физического уровня на ВС, отправляющей данные, и далее на ВС, принимающей данные, они проходят этот путь обратном порядке. Билет 21 Семейство протоколов TCP/IP Соответствие модели ISO/OSI модели семейства протоколов TCP/IP Уровень доступа к сети. Стандартизация доступа к сети. Состоит из подпрограмм доступа к физической сети. Модель TCP/IP не разделяет два уровня модели OSI – канальный и физический, а рассматривает их как единое целое. Межсетевой уровень Работает с дейтаграммами, адресами, выполняет маршрутизацию и «прикрывает» транспортный уровень от общения с физической сетью. Однако, в отличие от сетевого уровня модели OSI, этот уровень не устанавливает соединений с другими машинами. Протоколы уровня доступа к сети используют при передаче и приеме данных пакеты, называемые фреймами. На межсетевом уровне используются дейтаграммы 3. Транспортный уровень. Обеспечивает доставку данных от компьютера к компьютеру, обеспечивает средства для поддержки логических соединений между прикладными программами. В отличие от транспортного уровня модели OSI, в функции транспортного уровня TCP/IP не всегда входят контроль за ошибками и их коррекция. TCP/IP предоставляет два разных сервиса передачи данных на этом уровне. Уровень транспортных протоколов семейства представляется двумя протоколами TCP и UDP. Протокол TCP оперирует сегментами. UDP – пакетами. На уровне прикладных программ, системы построенные на использовании протокола TCP используют поток данных, а системы использующие UDP - сообщения. 4. Уровень прикладных программ Состоит из прикладных программ и процессов, использующих сеть и доступных пользователю. В отличие от модели OSI, прикладные программы сами стандартизуют представление данных Свойства протоколов семейства TCP/IP •Открытые стандарты протоколов, которые поддерживаются почти всеми операционными средами и вычислительными платформами независимо от аппаратного обеспечения сети аппаратных данных. • независимость от аппаратного обеспечения сети передачи данных • обладает уникальным системным именованием сетевых устройств, что позволяет любому устройству единым образом адресоваться в этой сети. • Стандартизованные протоколы прикладных программ Взаимодействие между уровнями протоколов TCP/IP Уровень доступа к сети. Протоколы на этом уровне обеспечивают систему средствами для передачи данных другим устройствам в сети. Они определяют, как использовать сеть для передачи дейтаграмм IP. В отличие от протоколов более высоких уровней, протоколы этого уровня должны знать детали физической сети (структуру пакетов, систему адресации и т.д.), чтобы правильно оформить передаваемые данные. Межсетевой уровень. Протокол IP •Функции протокола IP формирование дейтаграмм поддержание системы адресации обмен данными между транспортным уровнем и уровнем доступа к сети организация маршрутизации дейтаграмм разбиение и обратная сборка дейтаграмм IP является протоколом без логического установления соединения. Это значит, что он не обменивается контрольной информацией для установки соединения, перед началом передачи данных. IP оставляет другим протоколам право устанавливать соединения – этим занимается либо протокол TCP, либо сами прикладные программы. Протокол IP не обеспечивает обнаружение и исправление ошибок Одним из основных свойств протокола IP является система адресации, которая обеспечивает уникальное именование любого сетевого устройства. Устройство будем считать сетевым, если с ним ассоциирован некоторый стек протоколов) Система адресации протокола IP IP адрес представляется последовательностью четырех байтов. В адресе кодируется уникальный номер сети, а также номер компьютера (сетевого устройства в сети). . Для представление содержимого IP адреса используется последовательность цифр: N1.N2.N3.N4 , где Ni – десятичное представление содержимого i – го байта адреса. Типы адресов A номер сети <=126, уникальные сети, которые исторически принадлежат крупным мировым корпорациям. С самые распространенные. Некоторые из IP адресов являются зарезервированными, т.е. их интерпретация отличается от стандартной. Протоколы TCP/IP были созданы для передачи данных через ARPANET, которая является сетью с коммутацией пакетов. Пакет – это блок данных, который передаётся вместе с информацией, необходимой для его корректной доставки. Каждый пакет перемещается по сети независимо от остальных. Дейтаграмма – это пакет протокола IP. Контрольная информация занимает первые пять или шесть 32-битных слов дейтаграммы. Это её заголовок (header). По умолчанию, его длина равна пяти словам, шестое является дополнительным. Для указания точной длины заголовка в нём есть специальное поле – длина заголовка (IHL, Internal Header Length). Шлюз – устройство, передающее пакеты между различными сетями Маршрутизация – процесс выбора шлюза или маршрутизатора Шлюз – компьютер, который имеет >=2 сетевых адаптеров (каждый имеет свой IP адрес) Компьютерные системы могут передавать данные только внутри той сети, к которой они подключены. Поэтому передача дейтаграмм из одной сети в другую идёт через шлюзы – от одного к другому. Внутри хоста данные проходят пути от уровня прикладных программ до уровня доступа к сети (и обратно). Дейтаграммы, которые переправляет шлюз, поднимаются только до межсетевого уровня. На этом уровне протокол IP, узнавая адрес получателя данных (на протяжении всего пути следования этот адрес не меняется – меняются промежуточные машины), принимает решение отправить дейтаграмму в одну из сетей, к которым подключен. На рисунке выше показано, как используются шлюзы для ретрансляции пакетов. Транспортный уровень Протокол контроля передачи (TCP, Transmission Control Protocol) - обеспечивает надежную доставку данных с обнаружением и исправлением ошибок и с установлением логического соединения. Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP, User Datagram Protocol) - отправляет пакеты с данными, «не заботясь» об их доставке. TCP Надежная передача данных. При отправке TCP пакета идет подтверждение о получении. Подтверждение должно прийти за некоторое детерминированное время. Если не пришло, то считается, что пакет потерялся. Обеспечивается порядок приема и передачи сообщений. UDP Не требует подтверждения о доставки пакета. TCP лучше, но за это мы платим содержательной скоростью и нагрузкой на сеть. UDP быстрее, т.к. меньше мусора пересылается. Выводы UDP лучше для локальной сети, а TCP для межсетевого взаимодействия. У У Р Р О О В В Е Е Н Н Ь Ь П П Р Р И И К К Л Л А А Д Д Н Н Ы Ы Х Х П П Р Р О О Г Г Р Р А А М М М М На самой вершине архитектуры семейства протоколов TCP находится уровень прикладных программ. Все процессы этого уровня пользуются протоколами транспортного уровня для обмена данными по сети. Протоколы, опирающиеся на TCP TELNET (Network Terminal Protocol), Протокол сетевого терминала, разработан для удаленного доступа к компьютерам сети (remote login). FTP (File Transfer Protocol), Протокол передачи файлов, используется для интерактивной передачи файлов между компьютерами сети. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), Простой протокол передачи почты. Основной протокол для обмена почтой, использующийся в Internet. Протоколы, опирающиеся на UDP DNS (Domain Name Service), Служба имен доменов, или просто Служба именования. С помощью этого протокола устанавливается взаимно однозначное соответствие между IP-адресами сетевых устройств и их именами. RIP (Routing Information Protocol), Протокол информации о маршрутизации. Маршрутизация данных (поиск путей их передачи от хоста-отправителя к хосту- получателю) в Internet является одной из важнейших функций семейства протоколов TCP/IP. RIP используется сетевыми устройствами для обмена информацией о маршрутизации. NFS (Network File System), сетевая файловая система. С помощью этого протокола компьютеры могут совместно использовать файлы, разбросанные по сети. БИЛЕТ 22 Управление процессами. Определение процесса, типы. Жизненный цикл, состояния процесса. Свопинг. Модели жизненного цикла процесса. Контекст процесса. Рассмотрим типовые этапы обработки процесса в системе, совокупность этих этапов будем назвать жизненным циклом процесса в системе. Традиционно, жизненный цикл процесса содержит этапы: образование (порождение) процесса; обработка (выполнение) процесса; ожидание (по тем или иным причинам) постановки на выполнение; завершение процесса. Однако жизненные циклы процессов в реальных системах могут иметь свою, системно-ориентированную совокупность этапов. Рассмотрим модельную ОС. Пусть имеется специальный буфер ввода процессов (БВП) – пространство, в котором размещаются и хранятся сформированные процессы от момента их образования, до момента начала выполнения. На данном этапе происходит формирование всех необходимых структур данных, соответствующих процессу. В частности, на данном этапе ОС формирует информацию о предварительно заказанных данным процессом ресурсах. Основная задача БВП – «подпитка» системы новыми процессами, готовыми к исполнению. После начала выполнения процесса он попадает в буфер обрабатываемых процессов (БОП). В данном буфере размещаются все процессы, находящиеся в системе в мультипрограммной обработке. Обобщенный жизненный цикл процесса можно представить в этом случае графом состояний. Рассмотрим, кратко, переходы процесса из состояния в состояние. Ожидает начала б б ЦП Обрабатываетс я ЦП Ожидает завершение операции ввода/вывода Ожидает продолжения обработки ЦП 2 0 4 1 3 5 6 Заверше 7 0. После формирования процесс поступает в очередь на начало обработки ЦП (попадает в БВП). 1. В БВП выбирается наиболее приоритетный процесс для начала обработки ЦП (попадает в БОП). 2. Процесс прекращает обработку ЦП по причине ожидания операции в/в, поступает в очередь завершения операции обмена (БОП). 3. Процесс прекращает обработку ЦП, но в любой момент может быть продолжен (например, истек квант времени ЦП, выделенный процессу). Поступает в очередь процессов, ожидающих продолжения выполнения центральным процессором (БОП). 4. Наиболее приоритетный процесс продолжает выполнение ЦП (БОП). 5. Операция обмена завершена и процесс поступает в очередь ожидания продолжения выполнения ЦП (БОП). 6. Переход из очереди готовых к продолжению процессов в очередь процессов, ожидающих завершения обмена (например, ОС откачала содержимое адресного пространства процесса из ОЗУ во внешнюю память) (БОП). 7. Завершение процесса, освобождение системных ресурсов. Корректное завершение работы процесса, разгрузка информационных буферов, освобождение ресурсов (например, реальный вывод информации на устройство печати). Текущее состояние любого процесса из БОП изменяется во времени в зависимости от самого процесса и состояния ОС. С каждым из процессов из БОП система ассоциирует совокупность данных, характеризующих актуальное состояние процесса – |