Információtechnológiai alapismeretek

Az előadások a következő témára: "Információtechnológiai alapismeretek"— Előadás másolata:

1 Információtechnológiai alapismeretek
Szentiványi Imre

2 Számítógép rendszerek
1950 katonai célok Titkosítás, visszafejtés 1960 kötegelt feldolgozás Nem interaktív 1970 Mainframe Időosztásos interaktív 1980 PC Az asztali gép felé irányult a figyelem Elosztott információ feldolgozás (Autonóm rendszerek) 1990 Vállalati információs rendszerek (Enterprise Computing) Megbízható adatátvitel (sávszélesség, válaszidő) Központi fájl, Adatbázis, Alkalmazás szerverek + PC-k Elosztott rendszerek

3 Web Szolgáltatások

4 Elosztott vs. Központosított rendszer
A komponensek nem autonómok Homogén technológia (hatékony kommunikáció) Több felhasználó is használhatja egy időben Akár egy processzben és egy szálban futó alkalmazás Egy központi vezérlés, hiba pont (ritka a kommunikációs hiba) Elosztott rendszer Autonóm komponensek, nincs mester komponens Heterogén technológia Komponensek között eloszlik a terhelés, a komponensekhez exkluzív használati jog is tartozhat Párhuzamos végrehajtás (komponensenként vagy ezeken belül is) Több meghibásodási pont

5 Rendszer példák: Video-on-Demand (Java, C++)
Hong Kong előfizető Repülő konfiguráció menedzsment (meglévő komponensekből építette fel) Boeing Minden gép minden alkatrésze, javításnál azonnal szükség van az adott dokumentumokra 1,5 milliárd alkatrész évente (3 millió gépenként) A MainFrame nem bírta a terhelést Google Több mint mezei PC Napi 200 millió keresés Több 100 millió weboldal (tömörítve, …) Nagyfokú redundancia

6 Operációs rendszer ISO definíciója:
International Organization for Standardization Nemzetközi Szabványügyi Szerveze ISO definíciója: „Olyan programrendszer, amely a számítógépes rendszerben a programok végrehajtását vezérli: így például ütemezi a programok végrehajtását, elosztja az erőforrásokat, biztosítja a felhasználó és a számítógépes rendszer közötti kommunikációt.”

7 Operációs rendszer Program – közvetítő a felhasználó és a gép között
Célja: Egységes környezet biztosítása a felhasználó felé Szg. hardverjének hatékony kihasználása Számítási erőforrások: CPU Memória I/O egységek

8 Operációs rendszer részei
Kernel (mag) Közvetlenül a gépet vezérlő program Állandóan fut HW védelem – felhasználó nem fér hozzá Rendszerprogramok Szg tevékenységeit irányítja Felügyeli az összes erőforrást Biztosítja az alkalmazói programok futásának környezetét Alkalmazói programok Felhasználói alkalmazások

9 Neumann elv Neumann János 1946-ban számítógépek ideális működése
Gép 5 alapvető funkcionális egységből áll: Bemeneti egység Memória Aritmetikai egység Vezérlőegység Kimeneti egység A gép működését a tárolt program elvére kell alapozni A gép a program utasításait az adatokkal együtt a központi memóriában, bináris ábrázolásban tárolja, műveleteit ezek sorrendjében hajtja végre

10 Neumann-elvek soros utasítás végrehajtás (az utasítások végrehajtása időben egymás után történik. Ellentéte a párhuzamos utasítás végrehajtás, amikor több utasítás egyidejűleg is végrehajtható) kettes (bináris) számrendszer használata belső memória (operatív tár) használata a program és az adatok tárolására teljesen elektronikus működés széles körű felhasználhatóság, alkalmasság bármilyen adatfeldolgozási feladatra (a számítógép univerzális Turing-gépként működik) központi vezérlőegység alkalmazása

11 Informatika Történeti Fórum

12 CISC architektúra Példák
Intel x86, IBM Z-széria, idősebb CPU architektúrák Tulajdonságai Néhány általános célú regiszter Több különböző címzési mód Nagyszámú speciális, összetett utasítások Változó méretű utasítások

13 CISC architektúra korlátai
Az összetett utasításokat ritkán használják a programozók és fordítók Memóriát használó utasítások (load és store) végrehajtása lassú pedig ezek teszik ki utasítások jelentős részét Eljárás, ill. függvény hívások problémát okoznak Hívási paraméterek átadása Regiszterek tartalmát el kell menteni és vissza kell állítani a hívások után

14 A RISC tulajdonságai Példák Korlátozott és egyszerű utasításkészlet
Power PC, Sun Sparc, Motorola 68000 Korlátozott és egyszerű utasításkészlet Fix hosszúságú, meghatározott formátumú utasítás szavak Pipeline feldolgozás lehetősége, párhuzamos fetch és execution (azonos feldolgozási idő) Korlátozott számú címzési mód Egyszerűbbé teszi a megvalósító hardvert (CPU) Regiszter-orientált utasításkészlet Csökkenti a memória hozzáférések számát Nagyszámú regiszter Hatékony a szubrutin (alprogram) hívások végrehajtása

15 CISC vs. RISC feldolgozás

16 CISC és RISC teljesítményének összehasonlítása
RISC  Egyszerűbb utasítások  több utasítás  több memória hozzáférés RISC  nagyobb a busz forgalom és nagyobb a cache „hibák” valószínűsége Több regiszter növelhetné a CISC teljesítményét de nincs számukra hely Modern CISC és RISC architektúrák egyre hasonlóbbak lesznek

17 ALU

18 ALU

19 BIOS – Basic Input Output System
Számítógép „idegrendszere” EEPROM memóriába égetett programok PC problémamentes működéséhez Feladatai: Hardverek ellenőrzése (POST – Power-On Self Test) Hardverek vezérlőinek betöltése Rendszerkonfiguráció Az adott operációs rendszer betöltése BIOS interfész biztosítása az operációs rendszer számára Áramfelvétel szabályozása

20 BIOS beállítások - setup
DEL / ESC billentyűkkel rendszerindításkor Dátum Merevlemez adatok Floppy, billentyűzet, kijelző Boot sorrend Memória Órajel frekvencia Stb. CMOS RAM

21 Award BIOS CMOS Setup

22 EFI (Extensible Firmware Interface)
UEFI, Unified Extensible Firmware Interface Az EFI vagy UEFI a jelenlegi BIOS utódának szánt rendszer, mely egy software interface az operációs rendszer és a hardware elemekhez tartozó firmware közt. Az EFI sokkal inkább hasonlít egy operációs rendszerre és sok jelenlegi BIOS korlátot is átlép. Az EFI interfész adattáblákból áll, melyek a platformhoz tartozó adatokat, bootszolgáltatás hívásokat, és futási idejű szolgáltatásokat hívnak meg, melyek az operációs rendszer és annak betöltő felülete számára elérhetőek. Ez egy szabványos környezetet biztosít operációs rendszerek indításához, illetve boot előtti alkalmazások indításához.

23 Bootolás folyamata PC bekapcsolása Videokártya betöltése BIOS, POST
Tényleges rendszerindítás Lemezmeghajtó kiválasztása Kiválasztott lemez első szektorának – boot sector - beolvasása

24 Bootolás folyamata, Boot sector
Merevlemez esetén: MBR - master boot record 1 merevlemez több partíciót is tartalmazhat saját boot sectorral A boot sector kis programot tartalmaz, melynek feladata az aktuális operációs rendszer beolvasása, elindítása

25 MBR felépítése (a merevlemezek szektorának mérete 512 bájt)
Bootloader (446 bájt): A bootloader kódját tartalmazza Partíciós tábla (64 bájt): A partíciós táblát tartalmazza Ellenőrző bájtok (2 bájt): 0x55 0xAA kell tartalmaznia.

26 partíciós tábla boot jelző (1 bájt): 0x80 jelenti az aktív partíciót, különben 0 partíció kezdete (3 bájt): a partíció kezdő szektorát adja meg C/H/S módban partíció típusa (1 bájt): a partíció típusát adja meg partíció vége (3 bájt): a partíció utolsó szektorát adja meg C/H/S módban partíció kezdete (4 bájt): a partíció kezdő szektorának sorszámát adja meg partíció mérete (4 bájt): a partíció mérete szektorokban 0-5. bitek: fej 6-15. bitek: cilinder bitek: szektor

27 Bootolás folyamata folyt.
Ha merevlemezről bootolunk: Az MBR beli kód megvizsgálja a partíciós táblát, hogy azonosítsa az aktív partíciót Beolvassa annak boot sectorát Elindítja az ottani kódot Ez a kód beolvassa a kernelt és elindítja Az op.rsz. a háttértárolóról betölti részeit – rendszerfájlok

28 Merevlemez címzése A merevlemez címzése
Cilinder/Fej/Szektor Mely cilinder / melyik fejjel írva,olvasva / a sáv hányadik szektorában Számozás: C 0-tól / F 0-tól / S 1-től A lemezek ilyen C/F/S egységben megadott méretét a lemez geometriájának nevezzük Pl.: MBR címe 0/0/1

29 Bootolási infromáció Merevlemezen két helyen tárolható :
MBR Boot sector A fő boot sector – MBR - 0/0/1 címen 512 byte-os szektor Gépi kódú betöltő programot és 4 x 16 byte-os táblázatot tartalmaz – partíciós tábla

30 Partíciós tábla 4 x 16 byte A 16 byte bejegyzései:
F [1 byte] boot flag (bootolható-e a partíció) B [3 byte] partíció első szektora C/F/S T [1 byte] partíció típuskódja (op.rsz. kódja) E [3 byte] partíció utolsó szektora C/F/S R [4 byte] partíció első szektora a partíciós tábla címéhez képest, szektorban S [4 byte] partíció mérete szektorban

31 Partícionálás A merevlemezek részekre - partíciókra szabdalásának folyamata A partíció a merevlemez egy önálló logikai egysége, amely fájlrendszer tárolására alkalmas Primary/elsődleges partíció Azon partíciók, melyeket az MBR partíciós táblája ír le A partíciós tábla méretei miatt 4 partíciónak biztosít helyet Közülük egy lehet extended partíció Extended/kiterjesztett partíció Segítségével 4-nél több partíció hozható létre

32 Extended/ kiterjesztett partíció
Erre helyezhetők el a logikai/secondary partíciók A logikai partíciókat a másodlagos partíciós táblák írják le

33 Partícionálás Partícionáláskor meg kell adni az aktív (boot) partíciót - hogy a rendszer bootolásra képes legyen Partícionáló programok Fdisk Cfdisk PartitionMagic QtParted GParted GNU Parted Ghost

34 Fájlrendszerek Olyan struktúrák, amelyek a számítógép merevlemezeken tárolt adatainak rendszerezésére szolgálnak A lemez kezelése diszkrét részekben történik – cluster (klaszter) Egy klaszter a lemez fizikai szektorának egész számú többszöröséből állhat Klaszter – legkisebb kezelhető lemezegység A különböző fájlrendszerek különböző méretű indexeket használnak a klaszterek kiválasztásához

35 Fájlrendszerek Floppy Általános Win9x WinNT OS/2 Linux CD
FAT12 (File Allocation Table) FAT16 FAT32 NTFS (New Technology File System) HPFS Ext2, Ext3 CDFS

36 FAT12, FAT16, FAT32 12, 16, 32 bites indexeket használ a klaszterek kiválasztásához - helypazarlás Fájlkiosztási tábla (FAT), amely a kötet legfelső szintjén elhelyezkedő adattáblázat Lemezek fürtökre vannak felosztva, amelyek mérete a kötet méretének függvénye Fájlrendszer adatai egyetlen szektorban Vele létrehozható max. logikai lemez 2GB/ 4GB Gyökérkönyvtár max bejegyzés száma 512 Nincs hibatűrés FAT-partíciót képező fájlokhoz jogosultságokat nem lehet beállítani Adminisztrációs célokra kevés helyet foglal

37 NTFS Fő irányvonal: Helyreállíthatóság - rögzíti a fájlrendszerben végrehajtott tranzakciókat - naplófájl Súlyos szektorhibák eltávolíthatósága - nem használ speciális objektumokat a lemezen, a tárolt összes objektumot nyomon követi és védi A gyorsjavítás támogatása Felhasználók saját maguk által definiált attribútumokat rendelhetnek a fájlokhoz Egyedi hozzáférési jogok Hosszú fájlnevek támogatása Nagyobb partíciók kezelése – 64 bites index – 256 TB Kis és nagybetű érzékeny

38 Boot folyamat NT/2000/XP Először a Power On Self Test (POST) folyamat zajlik le. A BIOS, beállításaitól függően próbál operációs rendszert indítani. Tekintsük alapértelmezettnek, hogy a merevlemez a boot eszköz. A Master Boot Record (MBR) indulása következik. Az MBR beolvassa a lemez partíciós tábláját és megkeresi az aktív partíció kezdetét. A Partition Boot Record (PBR) betöltődik, és ha NT/2000/XP van a gépünkön, akkor az elindítja az NT Loader, NTLDR nevű programot. Az Intel processzorok alapértelmezetten 16 bites módban indulnak. Az NTLDR védett - 32 bites memória modellt támogató - módba állítja a processzort, és elindítja a FAT, vagy NTFS fájl rendszert. Betölti a BOOT.INI állományt.

39 Boot.ini

40 Boot folyamat (folytatás)
A BOOT.INI sokféleképpen paraméterezhető. Segítségével választhatunk az elérhető operációs rendszerek közül, hogy melyiket kívánjuk elindítani. Ha NT rendszer indulását választottuk, az NT Loader az NTDETECT.COM segítségével megvizsgálja, hogy milyen hardvereszközök találhatóak. Az NT Loader ezután elindítja az NT kernelt (NTOSKRNL) és a Hardware Abstraction Layer (HAL) programot. A HAL kezeli a platformfüggő interfészeket. A Registry betöltődik a „%systemroot%\system32\config\” mappában található SAM, SECURITY, SOFTWARE, SYSTEM backup állományokból.

41 Boot folyamat (folytatás)
Ezen a ponton töltődnek be azok a meghajtók, amelyek boot-time driverek. Pl. merevlemez, képernyő, billentyűzet stb. Következő lépcsőben betöltődik a többi driver. Az előzőleg felismert hardverelemek megjelennek a Registry HKEY_LOCAL_ MACHINE\HARDWARE bejegyzése alatt. Az NT kernel elindítja a Session Manager SubSystem (SMSS) alkalmazást, és a boot-oláskor indítandó egyéb alkalmazásokat, amelyek a Registryben szerepelnek. A kernel futtatja az AUTOCHK lemezvizsgálót, majd a memória management és a swap file indul. Ezután különféle NT alrendszerek, köztük a Win32 alrendszer indul el.

42 Boot folyamat (folytatás)
A Win32 indítja a WINLOGON alkalmazást, ami a felhasználók beléptetését kezeli. WINLOGON indítja a Local Security Authory Service-t (LSASS), ami a Windows biztonsági funkcióit működteti. Végezetül a kernel futtatja a Service Controller-t (SCREG), ami elindítja az automatikusan indítandó szolgáltatásokat, serviceket Az első belépés után a beállításokról másolat készül a Registry LastKnownGood területére.

43 A rendszer architektúrája (XP)
Service processes System support processes Applications Services Control Manager Svchost.exe Task Manager Lsass Winmgmt.exe Environment subsystems Explorer Winlogon Spooler User Application Subsystem DLLs Services.exe Session Manager Win32 Ntdll.dll User mode Kernel mode Windows XP Executive Kernel Hardware Abstraction Layer (HAL) Hardware Interfaces Object Manager Security Reference Monitor Process Local Procedure Call Facility Virtual Memory Manager Win32K Window Manager & GDI I/O Manager Graphics Device Drivers Hardware Device Drivers Kernel-mode callable interfaces A hiba felismerésében és elhárításában segítségünkre lehet az operációs rendszer belső felépítésének és működésének ismerete. A Windows XP modulokból épül fel. A modulok hajtják végre a különböző feladatokat, a felhasználói programok már csak a szolgáltatások összességét látják. Az alkalmazások nem tudják közvetlenül „megszólítani” az operációs rendszert, API hívásokon keresztül férnek a szolgáltatásokhoz (a funkcióhívásokat a subsystem DLL-ek továbbítják a belső rendszerhívásokhoz). A kiszolgáló elemek hajtják végre a szolgáltatásokat (I/O, objektumkezelés, programfuttatás, virtuális memóriakezelés, biztonsági adatbázis kezelése, InterProcess Communication) és az eszközvezérlőkön keresztül hozzáférnek a hardware-hez. Minden erőforrást az operációs rendszer kezel. Mivel az XP kiszolgáló elemei látják el az alapvető operációs rendszer funkciókat, ezért fontos, hogy el legyenek választva a felhasználói programoktól és a futtató alrendszerektől. Ezek a programok ún. Privilegizált Processzor módban futnak. - Azaz, hozzáférhetnek a számítógép teljes memóriájához és a memóriaterületük el van különítve az alkalmazásokétól. Az alkalmazások ún. Felhasználói (User) módban futnak. Nem látják a hardware-t közvetlenül, ezért: nem címezhetik közvetlenül a hardware-t szükség esetén kényszerítve lehetnek, hogy a HDD-t használják virtuális RAM-ként futásuk meghatározott címterületre van korlátozva alacsonyabb prioritáson futnak

44 Windows Vista és Windows 7 boot folyamat

45 Windows Boot Manager MBR a boot lemeznél betölti a többi boot blokkot, ami W 7-nél a Windows Boot Manager A Windows Boot Manager (BOOTMGR) elolvassa a rendszerindítási konfigurációs adatokat és megjeleníti az operációs rendszer kiválasztására szolgáló menüt.

46 Boot Configuration Data
Boot Configuration Data (BCD) egy firmware - független adatbázis boot-time konfigurációs adatokkal. sokféleképpen paraméterezhető. Segítségével választhatunk az elérhető operációs rendszerek közül, hogy melyiket kívánjuk elindítani Ez helyettesíti a boot.ini-t, és NTLDR-t, használja a Microsoft új Windows Boot Managere Boot Configuration Data változtatható egy parancssori eszközzel (bcdedit.exe), a Windows Management Instrumentation-el vagy harmadik féltől származó eszközzel, mint EasyBCD

47 BCD A BCD fájl alapértelmezett helye a Windows Vistában: C:\Boot\BCD a Windows 7-ben pedig egy rejtett partíción (melyet a telepítésekor hoz létre), a \boot\BCD helyen.

48 winload.exe A Windows Boot Manager meghívja winload.exe-t az operációs rendszer betöltéséhez, ami majd hívja az operációs rendszer kernelt (ntoskrnl.exe) és (boot-osztály) eszközillesztőket.

49 EasyBCD 2.1

50 Futtatás rendszergazdaként: bcdedit
C:\Windows\system32>bcdedit Windows Rendszertöltés-vezérlő azonosító {bootmgr} device partition=\Device\HarddiskVolume1 path \bootmgr description Windows Boot Manager locale hu-HU inherit {globalsettings} default {current} Resumeobject {99c0520d-cf64-11e0-b4f8-806e6f6e6963} Displayorder {current} Toolsdisplayorder{memdiag} timeout 30

51 bcdedit Windows rendszertöltő azonosító {current} device partition=C: path \Windows\system32\winload.exe description Windows 7 Ultimate (helyreállított) locale hu-HU Recoverysequence {660d8c9a-cd7c-11e0-9e94-99f29c51bd3b} recoveryenabled Yes osdevice partition=C: systemroot \Windows resumeobject {99c0520d-cf64-11e0-b4f8-806e6f6e6963}