Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

1 Operációs rendszerek Bevezetés az operációs rendszerek világába.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1 Operációs rendszerek Bevezetés az operációs rendszerek világába."— Előadás másolata:

1

2 1 Operációs rendszerek Bevezetés az operációs rendszerek világába

3 2 Számítógép HW-SW felépítése Operációs rendszer Operációs rendszer (kernel) Hardver felhasználó Alkal- mazás felhasználó Felhasználói felület

4 3 A számítógépes rendszerek fő komponensei fizikai eszközök mikroprogramozás gépi nyelv operációs rendszer hardver fordítók szerk. parancsért. repjegy. banki r.web-böng. rendszerpr. felhaszn.pr.

5 4 Az operációs rendszerek fogalma Operációs rendszer: –intelligens (feladat-végrehajtásra alkalmas) gép a HW-re mint erőforrásra támaszkodva. Operációs rendszerek általános funkciói: –szolgáltatások (kényelem) a felhasználó számára, –hatékony HW kihasználás.

6 5 OPR interface-ek Interface: –~felület, –OPR interface: kommunikációs felület, amin keresztül az OPR szolgáltatásait igénybe lehet venni. OPR interface az alkalmazások felé: –API (Application Programming Interface)(  MS), –rendszerhívások (  UNIX). OPR interface az felhasználó felé: –felhasználói interface (pl. UNIX: shell, Windows XP: cmd ).

7 6 Az operációs rendszerek feladatai Program végrehajtási környezet biztosítása. Program fejlesztési környezet biztosítása. Erőforrás gazdálkodás. Vezérlő program.

8 7 Operációs rendszerhez tartozó SW komponensek Szélsőséges alternatívák:  A számítógépen állandóan futó vezérlő program (kernel).  Minden, a gép általános felhasználásához szükséges program.

9 8 Operációs rendszerek fejlődése

10 9 Operációs rendszerek párhuzamosan fejlődtek a számítógépek architektúrájának fejlődésével.

11 10 Számítógépek felépítésének fejlődése

12 11 Bus struktúra Adat bus Memória CPU

13 12 Vezérlők használata Grafikus vez.HD vezérlő Adat bus Memória vezérlő MemóriaCPU

14 13 IT kezelésre alkalmas HW struktúra IT vezérlő Grafikus vez.HD vezérlő Adat bus Bus/ Memória vezérlő Memória CPU CACHE

15 14 Modern számítógépes rend- szerek felépítésének jellemzői Bus struktúra: –CPU, memória, vezérlők. Megszakítások: –külső-belső események kezelése, –óra IT. Rendszer betöltése: –ROM memóriából.

16 15 Be- és kivitel (I/O) Perifériák és a memória közötti adatforgalom: –megszakítások, –adatátvitel közvetlen tárhozzáféréssel (DMA). Perifériakezelés: –szinkron, –aszinkron.

17 16 Számítógépek adattároló eszközeinek hierarchiája  regiszterek  gyorsmemória (cache)  központi memória  elektronikus diszk  mágneses diszk  optikai tárolók  mágnesszalag Elérési idő, Kapacitás Ár/Bit

18 17 Program végrehajtás modellje bemenetVégrehajtó számító gépkimenet beolvasásfeldolgozáskiírás idő program

19 18 Gyakorlati tapasztalat Egy adott feladat (job, task) feldolgozási lépéseinek ideje nagyságrend(ekk)(d)el kisebb, mint a bemenetek beolvasásának, ill. kimenetek kiírásának időigénye.

20 19 Operációs rendszerek fejlődése Operációs rendszerek fejlődése párhuzamos a HW fejlődésével. A HW hatékony kihasználásának alapvető eszközei (ne várakozzon a CPU): –program váltás gyorsítása, –az I/O műveletek és a feldolgozás (CPU használat) átlapolása.

21 20 Batch típusú rendszerek Nincs operációs rendszer (open shop). Operátor alkalmazása (closed shop). Kötegelt feldolgozás (batch). Egyszerű monitor.

22 21 Megoldások I/O műveletek gyorsítására Off-line feldolgozás. Pufferelés. Spooling.

23 22 Off-line feldolgozás Különböző gyorsaságú (és árú) perifériák. Gyors feldolgozásra képes CPU. Adott idő alatt feldolgozott job-ok számának emelése: –különböző programok I/O műveleteinek időbeni átlapolása, –párhuzamos műveletek külön HW elemeken.

24 23 On-line feldolgozás Lassú periféria Szg. CPU Lassú periféria

25 24 Off-line feldolgozás Szg. CPU Gyors periféria Átírás Lassú periféria Átírás Lassú periféria

26 25 Pufferelés Lassú perifériákból származó adatok átmeneti tárolása a memóriában. HW támogatás szükséges(!!!) –megszakítás, periféria vezérlők. Adott program I/O műveleteinek és feldolgozásának átlapolása. Hatékony gyorsítás, ha szinkronban van a beolvasás a feldolgozással...

27 26 Pufferelés Input Output Monitor Program Input(puffer) Output(puffer) Beolvas Beolvasás Feldolgozás Kiírás Idő Kiír

28 27 Spooling Simultaneous Peripheral Operation On-line. HW fejlődés: mágneslemez megjelenése –gyors elérés, –NEM szekvenciális működés. A program kód, valamint a bemenetek és a kimenetek együttes, átlapolódó kezelése  folyamat kialakulása.

29 28 Spooling CPU Memória OR Monitor JOB1 JOB2 JOB3 Kimenet kiírása Feldolgozás Bemenet beolvasása IN OUT IN OUT IN OUT JOB1 JOB2 JOB3 Lemez

30 29 Multiprogramozott rendszerek

31 30 Multiprogramozott rendszerek kialakulása Több futó program (folyamat) kezelése. CPU sohasem kihasználatlan. Egyes folyamatok számára észrevehetetlen. Többletfeladatokat ró az operációs rendszerre.

32 31 Multiprogramozott rendszerek A művelet vagy utasítás: – 1 többnyire oszthatatlan matematikai kifejezés. A folyamat (job, task, process): –műveletek meghatározott sorrendje, –önmagában szekvenciális, –végrehajtás alatt álló (rész)program. A szál, avagy 1 folyamat-lefutási variáció –párhuzamos végrehajtású, közös memóriát használó utasítás-variációk - az adatfüggő elágazások miatt - a folyamaton belül.

33 32 Multiprogramozott rendszerek Több párhuzamosan futó folyamat. OR választ a futásra kész folyamatok között. Különböző programok CPU és a perifériás műveleteinek átlapolása. Hatékony HW kihasználás.

34 33 Multiprogramozott OR-ek többletfeladatai Job ütemezés. CPU ütemezés. Tárgazdálkodás. Erőforrás allokáció. Védelmi mechanizmusok biztosítása.

35 34 Jellemző megoldások multiprogramozott rendszerekben

36 35 Időosztásos rendszerek (time sharing) Gyors job váltás. CPU idő elosztása a folyamatok között. Rendszerszervezési elv. Folyamatok CPU használata limitált.

37 36 Interaktív rendszerek Interaktív kommunikáció: user-job-OR között. Felhasználó beavatkozását lehetővé tevő rendszer típus. Rövid válaszidő biztosítása. 100 ms nagyságrendű válasz. Tipikusan időosztásos rendszerek. On-line file rendszer.

38 37 Napjaink rendszerei Multiprogramozott "kötegelt" rendszerek. Időosztásos multiprogramozott rendszerek.

39 38 Számítógépes rendszerek típusai

40 39 Rendszer típusok Típusba sorolás szempontjai: –alkalmazási terület, –felépítés, –kapacitás. Az egyes típusokban különböző OPR.

41 40 Számítógépek kategóriái kapacitás alapján „Szuper-számítógépek”. Nagygépes környezetek. Munkaállomások. „Mini és mikro” számítógépek.

42 41 Személyi számítógépes rendszerek Egyfelhasználós rendszerek. Eredetileg kiskapacitású hardver. Gyors kapacitásbővülés. Lehetőség “igazi” OPR használatára.

43 42 Párhuzamos hardveren alapuló rendszerek Csoportosítás csatolás alapján: Többprocesszoros rendszerek szorosan csatolt (közös tárral, órajellel rendelkező) hardver. Elosztott rendszerek lazán csatolt (hálózati) rendszerek.

44 43 Párhuzamos rendszerek osztályai Csoportosításuk funkció alapján: szimmetrikus, aszimmetrikus. Csoportosításuk felépítés alapján: homogén, inhomogén.

45 44 Elosztott rendszerek előnyei Erőforrás megosztás (resource sharing). Nyílt és méretezhető rendszer (open system). Konkurens működés (concurrency). Hibatűrés, megbízhatóság (fault tolerance, reliability). Kommunikáció (communication).

46 45 Valósidejű (real time) rendszerek Garantált válaszidő a külső eseményekre. Ütemezés kritikus. Ipari alkalmazások. Kevés multiprogramozott rendszer.

47 46 I/O kiszolgálás multiprogramozott rendszerben

48 47 I/O kiszolgálás multi- programozott rendszerben Rendszerhívás: –alkalmazás OR szolgáltatást vesz igénybe. Megszakítás (Interrupt): –periféria kiszolgálása (OR feladata).

49 I/O kiszolgálás multi- programozott rendszerben Operációs rendszer A folyamat I/O folyamat I/O startI/O vége I/O-ra vár rendszerhívás Megszakítva IT Futásra kész, CPU-ra vár B folyamat IT kiszolgálás Futásra kész, CPU-ra vár I/O-ra vár I/O start

50 49 Megszakítások kiszolgálásainak lépései IT elfogadása. Módváltás – processzor rendszermódba kapcsol. A megszakítás-kezelő program szükség szerint elmenti a megszakított folyamat környezetét: regiszterek elmentése. IT kiváltó esemény azonosítása. IT rutin meghívása. IT rutin végrehajtása. Regiszterek visszaállítása. Módváltás. RETURN.

51 50 Rendszerhívások OPR szolgáltatásainak igénybevétele (API). Megszakításhoz hasonló működés: –OPR kapja meg a vezérlést. Különbség: –bemenő paraméterek, –visszatérési érték.

52 51 Fejlett hardver megoldások

53 52 Védelmi mechanizmusok Két módú programfuttatás –felhasználói- és rendszer- (privilegizált) mód, –privilegizált utasítások, –TRAP utasítás a módváltáshoz. Tár címtartományok védelme. Óra periféria, rendszeres megszakítások.

54 53 Operációs rendszerek tipikus komponensei és jellemző felépítése

55 54 Operációs rendszerek részei és szolgáltatásai Összetett funkcionalitás. Rendszer feladatának dekomponálása, részekre bontása: moduláris felépítés. Részek (alrendszerek) elhatárolása a funkcionalitás alapján. Kevés réteg, több funkció-modul.

56 55 Rendszerkomponensek I. Folyamat kezelő: –program végrehajtás, folyamatok vezérlése, szinkronizáció, kommunikáció. Központi tár kezelő: –memória kiosztás, programok betöltése, kirakása, virtuális memória kezelés. Állomány kezelő: –file-ok és könyvtárak kezelése.

57 56 Rendszerkomponensek II. I/O kezelő: –driverek, I/O eszközök kezelése. Másodlagos tárolók kezelői: –diszkek, szalagok kezelése, ütemezése. Védelmi rendszer: –a folyamatok egymástól és külső behatástól történő védelme.

58 57 Rendszerkomponensek III. Hálózat kezelő: –elosztott rendszerekben kommunikációs hálózati összeköttetés kezelése, erőforrások távoli elérése. Kezelői felület: –parancsértelmező (felhasználói interface).

59 58 Operációs rendszerek legfontosabb szolgáltatásai I. Szolgáltatások (kényelem): –programok végrehajtása, –I/O műveletek, –file kezelés, –kommunikáció, –hiba detektálás, lokalizálás.

60 59 Operációs rendszerek legfontosabb szolgáltatásai II. Optimális működés (HW kihasználás): –erőforrás foglalás, –rendszerinformációk gyűjtése, elszámolás biztosítása, –védelmi és biztonsági mechanizmusok biztosítása.

61 60 Operációs rendszerek fizikai felépítése

62 61 Operációs rendszerek felépítése Komplex, nagyméretű szoftver rendszer. Hosszú életciklus, sok változat. A szoftver fejlesztés általános elveinek használata. Szempontok: –hatékonyság, –karbantarthatóság, hordozhatóság.

63 62 Alapvető szervezési elvek I. Moduláris szerkezet –Modulok jól definiált működéssel. –Példa: "klasszikus" UNIX szerkezet.

64 63 Alapvető szervezési elvek: Monolitikus kernel: (pl.: UNIX) –a modulok egymással korlátozás nélkül érintkezhetnek, –minden funkció egyetlen, megbonthatatlan egységben, –nagy teljesítményű, de módosításkor újrafordítandó, –hiba esetén a teljes rendszert veszélyezteti, –a teljes rendszer kernel módban fut.

65 64 Monolitikus kernel APL1APL2 Modul0 Modul2 Modul3 Modul1 Modul4 HW

66 65 Alapvető szervezési elvek: Mikrokernel: (pl.: Microsoft Singularity) –csak a legfontosabb komponenseket tartalmazza (folyamatok betöltése, kommunikációja), –minden mást különálló rendszerfolyamatok végeznek el, user módban, –a rendszerfolyamatok kernel funkcióit rendszerhívásokkal biztosítják (ezáltal ~10% az időveszteség), –kisebb teljesítményt biztosít, de azt „stabilabban”, –dinamikusan, sőt akár futás közben is bővíthetőek!

67 66 Alapvető szervezési elvek: Vegyes kernel: (pl.: Microsoft NT) –az arany középút, a biztonság és a teljesítmény között!

68 67 Alapvető szervezési elvek: Rétegszerkezet Rétegszerkezet: –interface-k használata, –a rendszer bonyolult folyamatainak az elrejtése, –hatékony végrehajtást megvalósító funkciómegosztás. Nehéz tiszta rétegszerkezetben a funkciók egymásra építése.

69 68 Átfogó működési felépítés az egymásra épülő rétegekkel Hardver Szoftver-hardver interfész Operációs rendszer Alkalmazói interfész (API) Alkalmazói szoftver alapréteg

70 69 Rétegszerkezet

71 70 Alapvető szervezési elvek: Kliens-szerver működés Kliens-szerver működés: –Meghatározott funkcióért felelős modulok: szolgáltatások nyújtása és használata. –A szolgáltatások igénybevétele kommunikációs csatornán keresztül.

72 71 Kliens-szerver működés kliensszerver 1. kérés 3. válasz 2. szolgáltatás kliens

73 72 Kliens-szerver működés operációs rendszerekben

74 73 Alapvető szervezési elvek: Virtuális gép Virtuális gép (virtual machine, VM): –réteg szerkezet speciális használata, –HW teljes körű szimulációja (védett utasítások is), –előny: valós HW erőforrások osztott kezelése, különböző operációs rendszerek akár egyidejűleg is, változtatás nélkül futtathatók, egyedüliség érzetének a keltése, –Java VM (hordozható!), PC emulátorok.

75 74 Virtuális hardver Hardver Kernel Virtuális hardver Alkal- mazás W XPDOSUNIX Kernel


Letölteni ppt "1 Operációs rendszerek Bevezetés az operációs rendszerek világába."

Hasonló előadás


Google Hirdetések