- •Лихачёв д.С.
- •1 Понятие операционной системы. Классификация операционных систем
- •2 Сетевые операционные системы
- •3 Назначение и основные функции операционных систем. Требования к современным операционным системам.
- •4 Назначение и основные функции операционных систем. Функции операционных систем по управлению ресурсами компьютера.
- •5 Функции операционных систем по управлению ресурсами компьютера. Управление процессами.
- •6 Функции операционных систем по управлению ресурсами компьютера. Управление памятью.
- •7 Функции операционных систем по управлению ресурсами компьютера. Управление файлами и внешними устройствами. Поддержка пользовательского интерфейса.
- •8 Функции операционных систем по управлению ресурсами компьютера. Защита данных и поддержка администрирования. Поддержка интерфейса прикладного программирования.
- •9 Обобщённая структура операционной системы.
- •10 Архитектура операционных систем на основе монолитного ядра.
- •11 Особенности работы ядра в привилегированном режиме.
- •12 Многослойная структура операционной системы.
- •13 Микроядерная архитектура.
- •14 Подсистема операционной системы управления памятью. Понятие виртуальной памяти.
- •15 Методы распределения памяти. Распределение памяти фиксированными разделами.
- •16 Методы распределения памяти. Распределение памяти динамическими разделами.
- •17 Методы распределения памяти. Распределение памяти перемещаемыми разделами.
- •18 Методы распределения памяти. Страничное распределение.
- •19 Методы распределения памяти. Сегментное распределение.
- •20 Методы распределения памяти. Странично-сегментное распределение. Свопинг.
- •21 Многозадачность. Особенности реализации многозадачности в системах пакетной обработки.
- •22 Многозадачность. Особенности реализации многозадачности в системах разделения времени.
- •23 Понятие процесса. Подсистема операционной системы управления процессами. Состояния процесса. Контекст и дескриптор процесса.
- •24 Совместное использование объектов ядра несколькими процессами. Наследование описателя объекта.
- •25 Совместное использование объектов ядра несколькими процессами. Именованные объекты
- •26 Совместное использование объектов ядра несколькими процессами. Дублирование описателей объектов
- •27Планирование и диспетчеризация потоков.
- •28 Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования.
- •29 Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах.
- •30 Алгоритмы планирования, основанные на квантовании.
- •31 Принципы работы с потоками вWindows. Распределение процессорного времени между потоками
- •32 Приостановка и возобновление потоков/процессов
- •33 Потоки вWindows. Приоритеты потоков и процессов
- •34 Задача синхронизации потоков
- •35 Синхронизация потоков с объектами ядра. Функции ожидания объектов ядра
- •36 Мьютексы. Создание, открытие, освобождение и удаление мьютекса. Отказ от мьютекса
- •37 Семафоры. Создание, открытие, освобождение и удаление семафора
- •38 Понятие сетевой операционной системы. Компьютерная сеть
- •39 Типичная структура сетевых операционных систем.
- •40 Сетевые службы и сетевые ресурсы
- •41 Архитектура взаимодействия типа клиент – сервер.
- •42 Многоуровневая структура коммуникаций. Эталонная модель взаимодействия открытых систем osi. Принцип пакетной передачи данных.
- •43 Технологии, используемые для построения компьютерных сетей.
- •44 Стек протоколов tcp/ip. Ip-адресация.
- •45 Понятие программной модели ia-32. Регистры общего назначения. Сегментные регистры.
- •46 Понятие программной модели ia-32. Регистры состояния и управления.
- •47 Режимы работы микропроцессора
- •48 Понятие оперативной памяти. Формирование адреса в процессорах с архитектурой ia-32.
- •49 Режимы адресации для процессоров с архитектурой ia-32. Работа с массивами на ассемблере.
- •50 Понятие модульного программирования. Понятие подпрограммы. Ассемблерные процедуры и функции.
- •51 Способы передачи аргументов в процедуру.
- •52 Программная модель математического сопроцессора.
- •2. Три служебных регистра:
11 Особенности работы ядра в привилегированном режиме.
Для возможности работы ядра ОС в привилегированном режиме аппаратура компьютера должна поддерживать как минимум два режима работы – пользовательский режим (user mode)ипривилегированный режим, который также называют режимом ядра (kernel mode), или режимом супервизора (supervisor mode). Подразумевается, что операционная система или некоторые ее части работают в привилегированном режиме, а приложения – в пользовательском режиме.
Приложения ставятся в подчиненное положение за счет запрета выполнения в пользовательском режиме некоторых критичных команд, связанных с переключением процессора с задачи на задачу, управлением устройствами ввода-вывода, доступом к механизмам распределения и защиты памяти.
Выполнение инструкции доступа к памяти для приложения разрешается, если инструкция обращается к области памяти, отведенной данному приложению операционной системой, и запрещается при обращении к областям памяти, занимаемым ОС или другими приложениями. Каждое приложение работает в своем адресном пространстве. Это свойство позволяет локализовать некорректно работающее приложение в собственной области памяти, так что его ошибки не оказывают влияния на остальные приложения и операционную систему.
Каждое приложение пользовательского режима работает в собственном адресном пространстве и защищено тем самым от какого-либо вмешательства других приложений. Код ядра, выполняемый в привилегированном режиме, имеет доступ к областям памяти всех приложений, но сам полностью от них защищен. Приложения обращаются к ядру с запросами на выполнение системных функций.
Системный вызов привилегированного ядра инициирует переключение процессора из пользовательского режима в привилегированный, а при возврате к приложению – переключение из привилегированного режима в пользовательский (рисунок). Во всех типах процессоров из-за дополнительной двукратной задержки переключения переход на процедуру со сменой режима выполняется медленнее, чем вызов процедуры без смены режима.
Рисунок – Смена режимов при выполнении системного вызова к привилегированному ядру
12 Многослойная структура операционной системы.
Вычислительную систему, работающую под управлением ОС на основе ядра, можно рассматривать как систему, состоящую из трех иерархически расположенных слоев: нижний слойобразует аппаратура,промежуточный– ядро, а утилиты, обрабатывающие программы и приложения, составляютверхний слой системы.
Многослойный подход является универсальным и эффективным способом декомпозиции сложных систем любого типа, в том числе и программных. В соответствии с этим подходом система состоит из иерархии слоев. Каждый слой обслуживает вышележащий слой, выполняя для него некоторый набор функций, которые образуют межслойный интерфейс. На основе функций нижележащего слоя следующий (вверх по иерархии) слой строит свои функции – более сложные и более мощные, которые, в свою очередь, оказываются примитивами для создания еще более мощных функций вышележащего слоя. Строгие правила касаются только взаимодействия между слоями системы, а между модулями внутри слоя связи могут быть произвольными.Отдельный модуль может выполнить свою работу либо самостоятельно, либо обратиться к другому модулю своего слоя, либо обратиться за помощью к нижележащему слою через межслойный интерфейс.
Такая организация существенно упрощает разработку системы, так как позволяет сначала определить «сверху вниз» функции слоев и межслойные интерфейсы, а затем при детальной реализации постепенно наращивать мощность функций слоев, двигаясь «снизу вверх». Кроме того, примодернизации системыможно изменять модули внутри слоя без необходимости производить какие-либо изменения в остальных слоях, если при этих внутренних изменениях межслойные интерфейсы остаются в силе.
Ядро может состоять из следующих слоев.
Средства аппаратной поддержки ОС: средства поддержки привилегированного режима, систему прерываний, средства переключения контекстов процессов, средства защиты областей памяти и т.п.
Машинно-зависимые компоненты ОС.Этот слой образуют программные модули, в которых отражается специфика аппаратной платформы компьютера.
Базовые механизмы ядра.Этот слой выполняет наиболее примитивные операции ядра, такие как программное переключение контекстов процессов, диспетчеризацию прерываний, перемещение страниц из памяти на диск и обратно и т.п.
Менеджеры ресурсов.Этот слой состоит из мощных функциональных модулей, реализующих стратегические задачи по управлению основными ресурсами вычислительной системы. Обычно на данном слое работают менеджеры (называемые также диспетчерами) процессов, ввода-вывода, файловой системы и оперативной памяти.
Интерфейс системных вызовов.Этот слой является самым верхним слоем ядра и взаимодействует непосредственно с приложениями и системными утилитами, образуя прикладной программный интерфейс операционной системы.
Выбор количества слоев ядра: увеличение числа слоев ведет к некоторому замедлению работы ядра за счет дополнительных накладных расходов на межслойное взаимодействие, а уменьшение числа слоев ухудшает расширяемость и логичность системы.