Bevezetés Készítette: Zeke Éva Operációs rendszerek alapjai tantárgyi

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

 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.

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

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

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.

 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.

 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.

 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.

 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.

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 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.

 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

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.

 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)

 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).

 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.

 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.

 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…

 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?

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

 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.

 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.

 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.

 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.

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!

 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.

 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.

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.

 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..

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

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).

 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.

 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

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

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