1. Определение ОС. Назначение и функции операционной системы 4

2. Место ОС в структуре вычислительной системы 4

3. Понятие ресурса. Управление ресурсами в вычислительной системе 5

4. Критерии эффективности и классы ОС 5

5. Эволюция ОС 6

6. Современный этап развития ОС 7

7. Функциональные компоненты ОС персонального компьютера 8

8. Требования, предъявляемые к современным ОС 8

9. Классификации ОС. 9

10. Архитектура ОС. Ядро и вспомогательные модули 9

11. Классическая архитектура ОС. Монолитные и многослойные ОС 10

12. Микроядерная архитектура ОС 10

13. Многослойная модель ядра ОС 11

14. Функции ОС по управлению процессами 11

15. Процессы и потоки 11

16. Состояния потока 12

17. Планирование и диспетчеризация потоков, моменты перепланировки 13

18. Алгоритм планирования, основанный на квантовании 13

19. Приоритетное планирование 14

20. Алгоритмы планирования ОС пакетной обработки: «первым пришел – первым обслужен», «кратчайшая задача – первая», «наименьшее оставшееся время выполнения» 15

21. Алгоритмы планирования в интерактивных ОС: циклическое, приоритетное, гарантированное, лотерейное, справедливое планирование 15

22. Алгоритм планирования Windows NT 16

23. Планирование в ОС реального времени 17

24. Синхронизация процессов и потоков: цели и средства синхронизации 17

25. Ситуация состязаний (гонки). Способы предотвращения. 18

26. Способы реализации взаимных исключений: блокирующие переменные, критические секции, семафоры Дейкстры 20

27. Взаимные блокировки. Условия, необходимые для возникновения тупика 22

28. Обнаружение взаимоблокировки при наличии одного ресурса каждого типа 22

29. Обнаружение взаимоблокировок при наличии нескольких ресурсов каждого типа 23

30. Предотвращение взаимоблокировки. Алгоритм банкира для одного вида ресурсов 24

31. Предотвращение взаимоблокировки. Алгоритм банкира для нескольких видов ресурсов 24

32. Синхронизирующие объекты ОС: системные семафоры, мьютексы, события, сигналы, ждущие таймеры, мониторы 25

33. Организация обмена данными между процессами (каналы, разделяемая память, почтовые ящики, сокеты) 26

34. Прерывания (понятие, классификация, обработка прерываний). 27

35. Средства вызова процедур. 28

36. Механизм вызова при переключении между задачами. 30

37. Обработка аппаратных прерываний. 31

38. Функции ОС по управлению памятью 32

39. Виртуальная память 32

40. Алгоритмы распределения памяти без использования внешних носителей (фиксированные, динамические, перемещаемые разделы) 34

41. Страничное распределение памяти 37

Дескриптор страницы включает в себя следующую информацию: 37

42. Таблицы страниц для больших объемов памяти 37

43. Алгоритмы замещения страниц. 39

Алгоритм удаляет произвольную страницу низшего класса. 39

44. Сегментное распределение памяти. 42

45. Сегментно-страничное распределение памяти. 43

46. Средства поддержки сегментации памяти в МП Intel Pentium. 43

47. Сегментный режим распределения памяти в МП Intel Pentium. 44

48. Сегментно-страничный режим распределения памяти в МП Intel Pentium. 46

49. Средства защиты памяти в МП Intel Pentium. 47

50. Кэш-память (понятие, принцип действия кэш-памяти). 47

51. Случайное отображение основной памяти на кэш. 48

52. Детерминированное отображение основной памяти на кэш. 49

53. Комбинированный способ отображения основной памяти на кэш. 50

54. Кэширование в МП Intel Pentium. Буфер ассоциативной трансляции 51

55. Кэширование в МП Intel Pentium. Кэш первого уровня 53

56. Задачи ОС по управлению файлами и устройствами 54

57. Многослойная модель подсистемы ввода-вывода 57

58. Физическая организация жесткого диска 58

59. Файловая система. Определение, состав, типы файлов. Логическая организация файловой системы 59

60. Физическая организация и адресация файлов 60

61. FAT. Структура тома. Формат записи каталога. FAT12, FAT16, FAT32 62

62. UFS : структура тома, адресация файлов, каталоги, индексные дескрипторы 64

63. NTFS: структура тома 66

64. NTFS: типы файлов, организация каталогов. 68

65. Файловые операции. Процедура открытия файла. 72

66. Организация контроля доступа к файлам. 74

67. Контроль доступа к файлам на примере Unix. 76

68. Отказоустойчивость файловых систем. 77

69. Процедура самовосстановления NTFS. 79

70. Избыточные дисковые подсистемы RAID 81

71. Многоуровневые драйверы 84

72. Дисковый кэш 86

73. Параметры, свойства и показатели эффективности ОС. 86

74. Основные и частные показатели эффективности ОС. 87

75. Мониторинг производительности ОС. 87

76. Настройка и оптимизация ОС. 88

1. Определение ос. Назначение и функции операционной системы

Операционная система – комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих взаимодействие пользователя с вычислительной системой, а также управления ресурсами вычислительной системы.

Функции:

• Предоставление пользователю вместо реальной аппаратуры виртуальной машины (виртуальной аппаратуры);

• Повышенная эффективность использования аппаратуры путём рационального использования ресурсов.

Ресурсы: память, процессорное время, устройства ввода\вывода.

ОС регулирует конфликты, возникающие между процессами при разделении ресурсов. ОС удовлетворяет запросы на ресурсы, учитывая их свободность или занятость.

2. Место ос в структуре вычислительной системы

Вычислительная система – программно-аппаратный комплекс, который предоставляет услуги пользователю.

Рисунок 1. Структура вычислительной системы

Прикладные программы
Системы программирования
Управление логическими устройствами
Управление физическими устройствами
Аппаратные средства

Таблица 1. Вычислительная система

Аппаратные средства – нижний уровень - это аппаратура, то, что делается из металла, пластика и прочих материалов, используемых для производства «железа» компьютера.

Управление физическими устройствами осуществляют программы, ориентированные на качества и свойства аппаратуры, взаимодействующие с аппаратными структурами, знающие «язык» аппаратуры.

Уровень управления логическими устройствами ориентирован на пользователя, предназначен для сглаживания аппаратных особенностей устройств. Команды этого уровня обращены к предыдущему слою.

Система программирования – это комплекс программ для поддержки всего технологического цикла разработки программного обеспечения.

Прикладные программы предназначены для решения некоторых задач в конкретных областях знаний.

К ОС относят второй и третий уровень пирамиды.

3. Понятие ресурса. Управление ресурсами в вычислительной системе

Ресурс – всякий объект, который может распределяться внутри ОС.

• процессоры (процессорное время)

• память

• периферийные устройства (диски, таймеры, наборы данных, принтеры, сетевые устройства и т.п.)

Ресурсы могут быть:

• разделяемые (несколько процессов используют их одновременно) и неделимые

• выгружаемые (могут быть отобраны у процесса без негативных последствий – например, оперативная память) и невыгружаемые (принудительная выгрузка приводит к сбою – например, компакт-диск)

Управление ресурсами включает в себя решение следующих задач:

• планирование ресурса (когда, кому и в каком объёме)

• удовлетворение запросов на ресурсы

• отслеживание состояния и учёт использования ресурса

• разрешение конфликтов между процессами

4. Критерии эффективности и классы ос

Класс ОС	Критерий эффективности
ОС пакетной обработки	Максимальная пропускная способность (максимальная загрузка процессора)
Интерактивные ОС (ОС разделения времени)	Удобство работы пользователя
ОС реального времени	Реактивность (гарантированное время реакции системы на то или иное событие)

Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, т.е. решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требования к системным ресурсам; из этого пакета формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие разные требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины. Выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающийся в системе. Следовательно, в вычислительных системах, работающих под управлением пакетных ОС, невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.

Цель планирования в системах разделения времени - повышение удобства и эффективности работы пользователя. В системах разделения времени пользователям (или одному пользователю) предоставляется возможность интерактивной работы сразу с несколькими приложениями. ОС принудительно периодически приостанавливает приложения, не дожидаясь, когда они добровольно освободят процессор. Всем приложениям попеременно предоставляется квант процессорного времени, таким образом, что пользователи, запустившие программы на выполнение, получают возможность поддерживать с ними диалог.

ОС реального времени предназначены для управления различными техническими объектами или технологическими процессами. В таких системах мультипрограммная смесь обычно представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется по прерываниям (исходя из состояния управляемого объекта) или в соответствии с расписанием плановых работ. Критерий эффективности работы ОС реального времени – способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (реактивность системы).