Bevezetés Készítette: Zeke Éva 2013. Operációs rendszerek alapjai tantárgyi.

Az előadások a következő témára: "Bevezetés Készítette: Zeke Éva 2013. Operációs rendszerek alapjai tantárgyi."— Előadás másolata:

1 Bevezetés Készítette: Zeke Éva 2013. Operációs rendszerek alapjai tantárgyi

2 A számítógép szoftver nélkül egy funkciótalan alkatrész halom lenne. Szoftver jelenlétével viszont már tud funkcionálisan működni - azaz információt tud …  tárolni,  feldolgozni,  keresni,  módosítani,  futtatni.

3  A következő ábrán általánosan mutatja be a szoftverek és a hardverek kapcsolatát, rétegrendű elv szerint. Figyeljék meg az egymásra épülő rétegeket és tulajdonságaikat. Amennyiben tudnak, hozzanak példákat az egyes szintekhez tartozó eszközökre és programokra.

4 FELHASZNÁLÓI PROGRAMOK RENDSZER PROGRAMOK HARDVER Ügyviteli szoftver Multimédiás lejátszó Web böngésző FordítóEditor Parancs értelmező OPERÁCIÓS RENDSZER Gépi nyelv Mikroarchitektúra Fizikai eszköz

5 Magába foglalja a számítógép fizikális alapjait és működését. Tartalmazza az alábbi belsőbb szinteket:  Fizikai eszközök szintje  Mikroarchitektúra szintje  Gépi kód v. gépi nyelv szintje

6 FIZIKAI ESZKÖZÖK: Ezek az alap alkatrészek,a számítógépünk építő kövei. Fémekből és műanyagokból készült elektronikai alkatrészek, eszközök.  integrált áramköri lapkákból felépülő eszközök  huzalok  Tranzisztorok  Kondenzátorok  Chipek  Ellenállások,  Alapvető NYÁK-ok,  Áramellátás eszközei stb… Ezek tervezése, összeállítása, valamin működésük meghatározása villamosmérnöki feladatkör.

7  A fizikai eszközök egy célélt létrehozott komplett működési egységei alkotják a michroarchitektúrákat. Pl: CPU, videokártya, táp. Ezen alkatrészekben az adatútvonal vezérlését két módon irányíthatják a gépek:  Hardveráramkörökkel  Szoftveresen - az ezeket az alkatrészeket vezérlő programokat mikroprogramoknak nevezzük.

8  MIKROPROGRAM: A Digitális számítógépek gépi utasításainak (pl. szorzás, osztás) végrehajtására szolgáló elemi lépések. pl: Assembly nyelv  A mikroutasítások hatására egy-egy elemi műveletvégzés történik (átvitel, léptetés stb. – ez elektronikai úton pl. egy tranzisztor állapotváltozása)  Az adatútvonal célja tehát a gépi utasítás végrehajtása, ily módon mikroutasítások sorozatának végrehajtását kívánja.  ADATÚTVONAL CIKLUS: Ezen mikro program csokrok végrehajtási idejük adatútvonal ciklusban mérhető. Vannak mikroutasítások melyek egy, mások több ilyen ciklus alatt hajthatók végre.

9  MIKROPROGRAMTÁR: A mikroutasításokat különleges tárolóban, a mikroprogramtárban tárolják. Ezek amelynek felépítése hasonlít a gépi utasítások tárolására használatos operatív memóriaegység felépítéséhez. A legfontosabb eltérés, hogy a mikroprogramtár rendszerint csak olvasható tartalmát nem kell (és nem lehet) a gép működése közben módosítani.  Egy utasítás végrehajtása úgy történik, hogy 1. az utasításszerkezetben előírt műveleti kód (pl. osztás) meghatározza a megfelelő - kezdőcímét a mikroprogramtárban, 2. majd elindítja ettől a címtől kezdve a mikroutasítások végrehajtását. 3. Az egymás után végrehajtásra kerülő mikroutasítások megvalósítják az utasítás mikrolépéseinek végrehajtását.

10  Az UTASÍTÁS szerkezeti felépítésének összefoglaló kifejezése. Minden utasítás két részből áll, a műveleti kód részből és a címrészből.  MŰVELETI KÓD: A műveleti kód határozza meg az éppen végrehajtásra kerülő műveletet.  CÍMRÉSZ: Az operandusok tárolóban elfoglalt helyét az utasítás címrésze tartalmazza. A címrész a géptől függően egy vagy több címet tartalmaz.  OPERANDUS: A művelet elvégzéséhez szükséges adatok.

11 Assembly nyelven az elérhető hardver és utasítások együttesen alkotják az utasításkészlet – architechtúrát (ISA). Ezt a szintet szokás GÉPI NYELVNEK nevezni Def: Gépi kódban megadott utasítás, amely meghatározza a digitális számítógép számára elvégzendő művelet típusát és a műveletben résztvevő tényezőket. Egy gépi kód általában 50-300 közötti gépi utasítást tartalmaz - mikroutasítást. Általában gépen belüli adatmozgatásra, aritmetikai (számokkal végzett) és relációs (összehasonlító) műveletekre szolgál. Ezen a szinten az I/O eszközöket vezérlik olyan módon, hogy az eszközregisztereket töltik fel értékekkel. Pl: a lemezolvasó vezérlésekor a feltöltött értékek a lemez cím, belső memória címe, bájtja, iránya(olvasás v írás…), időzítés stb. Ezek meghatározása például az op.rendszer egyik legfőbb feladata, elvégezteti és elrejti a felhasználó elől ezeket az apró működéseket.

12  RENDSZERPROGRAMOK: a számítógép saját működését szervezik. Ez a szint biztosítja számunkra azt a jótékony leplet, mely elrejti a felhasználó elől ezeket a finom és precíz de annál bonyolultabb működési elveket melyet az előző szinten tapasztaltunk. Részei:  OPERÁCIÓS RENDSZER  FORDÍTÓK  SZÖVEGSZERKESZTŐK  PARANCSÉRTELMEZŐK

13 Az operációs rendszer a legalapvetőbb rendszerprogram. Alap feladat körei:  A számítógép erőforrásait kezeli Összegzi és kiosztja az alsóbbrendű gépi kódokat, és az eszközöket működtető programokat, az azokat használó vagy kiszolgáló eszközöket és erőforrásaikat. Mindent szinkronban tart, biztosítja gépünk alapvető működését.  Kiterjesztett gépként (virtuális gépként ) interface-ként szolgál a felhasználóknak/programozóknak a gép felé. Összekapcsolja a felhasználót a lenti szintekkel kellemes felületet biztosítva számukra. Néhány példa oprendszerekre: DOS, Unix, Linux Ubuntu, gOS, MAC Os, Windows, OS2, Symbian, Apple iOS, RIM, Android.

14  KERNER módban futnak a legfontosabb feladatokat ellátó részek– azaz a felhasználó elől rejtve!  Shell módon futnak a felhasználói felülettel és alacsony szintű segédprogramokkal összefüggő os beépülő programrészek.  KERNER: alacsony szintű szolgáltatások: ütemezés, kivételek, megszakítások…  EXECUTIVE: alap operációs rendszer szolgáltatások – memória menedzsment, process ütemezés, thread menedzsment, I/O kezelés, biztonsági szolgáltatások, IPC)

15  Az operációs rendszeren kívül elhelyezkedő, sokszor fejlesztői környezetet biztosító, vagy az operációs rendszerrel párhuzamosan futó rendszerek ezek.  Parancsértelmező – shell  Ablakkezelő rendszer  Fordító  Szövegszerkesztő  Alkalmazás független programok  programozási nyelvek (pl: Pascal, C),  A programozási nyelvek fordítói,  Értelmezői és a hozzájuk kacsolódó fejlesztői környezet (pl: Delphi).

16  Ezek a gépre előre telepített vagy az OS-el csomagban adott programok.  Felhasználó vagy Kerner módban futnak.(Az OS nem kerner módban fut.)  Ha egy felhasználónak pl nem tetszik egy adott fordító, sajátot is írhat.

17  Az operációs rendszer működését segítő programok. Nem az OS részei! Beágyazott kis programok. Az ún. segédprogramok körébe tartoznak a vírusirtók, tömörítők, lemezkarbantartó programok. A rendszer működést kiegészítik, és számunkra hasznos alkalmazásként végzik munkájuk.

18  A felhasználó kívánságának megfelelő munkát hajtják végre. Számos program létezik az irodai alkalmazásoktól egészen a szórakoztató, multimédiás programokig.  A programokat szokták programcsomagokban is értékesíteni, ezek általában egymással rokon feladatokat szakmai területet fednek le.  Irodai programcsomagok pl.:MS Office  Multimédiás programcsomagok ADOBE, COREL csomagok  Vállalat irnyítási programok és rendszerek pl: reptéri rendszer, SAP stb…

19  Fogalmazzuk meg saját szavunkkal mi számunkra az operációs rendszer!  Milyen operációs rendszereket ismerünk?  Milyen operációs rendszert használunk?  Mi az ami különbözik az operációs rendszereinkben?  Ha a belső tagoltságát kell nézzük milyen rész tevékenységi körökre használjuk osztanánk az OS-ünket?

20 Az operációs rendszer a legalapvetőbb rendszerprogram. Alap feladat körei:  A számítógép erőforrás kezelője Mik a számítógép erőforrások?  Virtuális gép/kiterjesztett gép

21  Felülről lefelé tekintve az OS a felhasználónak egy Interface: kényelmes, kompakt, integrált.  Ebből a nézőpontból az OS feladata hogy a felhasználónak egy olyan egyenértékű kiterjesztett gépet vagy virtuális gépet nyújtson, amelyiker egyszerűbb programozni, mint a mögöttes hardvert.  Az OS különféle szolgáltatásokat nyújt, melyeket a programok speciális, rendszerhívásoknak nevezett utasítások segítségével érhetnek el.

22  A gép architektúra (utasításkészlet, memóriaszervezés, I/O-rensszerek, sínrendszerek) programozása, működése nehézkes, primitív programnyelvi készlettel, bőséges utasítással dolgozik (gépi kódok, utasítások), éppen ezért különösen kényelmetlen a be és kimenetek kezelése felhasználói szinten. (Pl. lemez beolvasásának gépi kódolt folyamata )  E helyet a programozó egy magasabb szintű absztrakción szeretne kommunikálni a számítógéppel, úgy, hogy a legapróbb utasításokat ne neki kelljen megadnia. PL.:a lemez névvel ellátott állományaihoz hozzáférjen, nyissa, olvassa, tárolja, módosítsa… hogy ez hogy történik fizikálisan, gépi kóddal és mikro utasítások szintjén, arra ő már nem kíváncsi.

23  Az a program tehát amely elrejti az felhasználó elől a valós hardvert, az erőforrásokat az allokációkat, a foglalásokat, megszakításokat… és egy egyszerű a programozó számára kényelmes felületet ad mindezekről, nevesített állományok képében, esetleg vizuálisan, és egyszerűbben értelmezhető programnyelvvel, mellyel dolgozhatunk, azt rendszert hívjuk Operációs rendszernek.

24  Alulról felfelé: egy aprólékos összetett rendszer irányítója kezelője, „ápol és eltakar”, precízen üzemel, beosztja erőforrásait.  Az OS feladata tehát az hogy a különböző eszközökért versenyző programok számára szabályos és felügyelt módon biztosítsa az erőforrásokat : memória, processzorok és I/O eszközök.

25 Mi lenne ha 3 ugyanazon a gépen futó program egyszerre szeretné ugyan azt a nyomtatót használni…  De nincs irányítás…mi történne?  Ha nem lenne aki irányít, és kiosztja a nyomtatót mi történne?  Ha lenne akkor mi alapján döntene az illető? És mit csinál az OS-ünk? Lássuk!

26  átmenetileg tárol mindent> spooling.  sorrendet szab  a lemezről a nyomtató felé továbbítja az információt az első programról, majd ha az befejezte a másodikról és a harmadikról vagy akár egyszerre más- más lemezterületen.  A nyomtató elkezdi nyomtatja az egyik anyagot  Közben az összes program már rég mással foglalkozhat, hisz a kinyomtatásra szánt anyag egy tárhelyen pihen, tehát a programok már befejezték azt a feladatot.  Ha befejeződött az első nyomtatás, a háttértáron várakozó állományokat is sorra veszi, nyomtatja és befejezte a műveletet úgy hogy nem lett káosz.

27  Több felhasználó /program esetén még fontosabb ezen erőforrások kiosztása. (pl: gondoljunk a csomagkapcsolt hálózatokra, vagy csak a buszok foglalására gépen belül)  Mindig úgy kell megoldani az OS–nek ezt az erőforrás kiosztást, hogy egymást ne zavarják a programok, vagy a felhasználók, hogy ne fusson holtpontra, ne keletkezzenek felesleges vagy üres idők.  Ez hálózati környezetben is fontos, sőt nem csak IO-n hanem Állománykezelésen is fennálhatnak ezek a problémák, és módszerek.

28 AZ OS elsőrendű feladata, hogy:  Nyilvántartsa, ki (user, program vagy eszköz) melyik erőforrást használja,  Teljesítse az erőforráskéréseket,  Mérje a használatot (időben, tárhelyben…)  Egyeztesse a programok és felhasználók ellentmondásos kéréseit.

29  A hardver erőforrások megosztása alatt azt értjük, hogy a hálózatba kötött gépek elérhetik egymás hardver eszközeit, például CD meghajtóját, merevlemezét, faxmodemét. Pl: Hálózati rendszerekben fontos szerepe van az ún. hálózati nyomtatóknak. A hálózati nyomtató általában egy kitüntetett számítógéphez van kötve, és elérhető a hálózatba kötött valamennyi számítógépről.  A szoftver erőforrások megosztása alatt azt értjük, hogy a hálózatba kötött számítógépek elérhetik egymás adat- és programállományait, adatbázisait, és ezeket egy időben használhatják. Az egyidejű használat azonban sok problémát vet fel (például egy adatbázis egyidejű módosításának problémája, a szerkesztő személye a mentések módja)…felhő alapú szolgáltatások..

30 Allokáció  valamely erőforrás szabad kapacitásának használatba vétele;  felosztás, szétosztás, juttatás Az erőforrások kétféle megosztása lehetséges:  Időalapú  Téralapú

31 IDŐOSZTÁSOS ERŐFORRÁSOKAT felváltva lehet használni a felhasználóknak v. programoknak. Elsőnek az egyik aztán a másik…pl CPU használata sok program esetén. Maga az idő osztásának módszere, hogy: - ki - mikor, és - meddig használhatja az erőforrást Az erőforrás kezelés az OS feladata (ezt a későbbiekben részletezzük majd a félév folyamán).

32  Téralapú erőforrások esetén több felhasználó/program esetén olyan erőforrás kiosztás is lehetséges, amikor egy időben nem ütköznek, viszont térben irányítani kell az egy idejű működést. Pl.: a központ memória normál esetben fel van osztva több futó program között – így mindenki egyszerre lehet rezidens státuszban, feltételezve hogy elegendő a tárhely. Ez esetben ez a módszer hatékonyabb mint egyesével időben tagolni a feladatot. Ez viszont biztonsági kérdéseket vet fel: korrektség, védelem… ezt szintén az OS feladata megoldani.

33  A számítógép felépítése működés szerinti szintek alapján.  Hardver szint, fizikai eszközök, mikroarchitektúra  A számítógép mikroutasítsai, utasítás, a gépi kód  Rendszer szoftverek  Az operációs rendszer  Programfejlesztői programok szintje  A felhasználói programok

34  Az operációs rendszer értelmezési körei  AZ OS mint virtuális /kiterjesztett gép  AZ OS mint erőforrás-kezelő  Erőforrás megosztás alap fogalmai

35  Andrew S. Tanenbaum-Albert S. Woodhull – OPERÁCIÓS RENDSZEREK 2. kiadás – Panem 2007.  Saját készítésű szakiskola jegyzet – Discimus Üzleti Iskola 2003.  Saját készítésű főiskolai jegyzet – Debreceni Egyetem Műszaki Kar 2005.