Sisteminis programavimas

OPERACINIŲ SISTEMŲ RAIDA 1950-ieji IOCS - įvedimo-išvedimo valdymo sistemos Asembleriai ir A-IOCS jungtinės sistemos Aukšto lygio programavimo kalbos: FORTRAN, ALGOL. Programos vykdymo etapai: asemblerio pakrovimas asembl. programos skaitymas programos lokalizavimas ir vykdymas duomenų įvedimas. 1960-ieji Pertraukimai, virtualinė atmintis, JCL Pirmosios OS: Atlas, IBM System 360 (DOS)... Naujos savybės: Paketinis režimas (batch processing), Multiprogramavimas, darbų skirstymas, laiko skirstymas, pagrindinis ir foninis režimai (fore- & background, spooling). Realaus laiko sistemos, kompiuterinis valdymas. 1970-1990-ieji Daugiaprocesorinės sistemos, lygiagretusis programavimas, Paskirstytos sistemos, tinklo sistemos, protokolai. Dialoginės sistemos, mini- (darbo stočių) ir personalinių kompiuterių OS, Grafinis vartotojo interfeisas, Hierarchinė informacijos struktūra, failų sistemos, kliento-serverio architektūra. MS-DOS Architektūra Pagrindiniai OS uždaviniai 1. Aparatūros valdymas ir taikomųjų programų veikimo užtikrinimas: procesų kompiuteryje valdymas, atminties tvarkymas. 2. Vartotojo interfeiso užtikrinimas: įvedimo-išvedimo valdymas, failų sistemos palaikymas. MS-DOS struktūra ir veikimo tvarka Windows'95 architektūra U N I X Architektūra Pagrindiniai pertraukimų tipai • Įvedimo-Išvedimo (IO). Generuojami ĮI įrenginių kontroleriais ir signalizuoja apie ĮI operacijų sėkmingą įvykdymą arba klaidos tipą. • Laiko (timer). Generuojami vidiniu procesoriaus laikrodžiu, paprastai tam tikrais laiko intervalais, būtiniausių sisteminių darbų atlikimui. • Techninės įrangos klaidų (hardware error). Pavyzdžiui, atminties pariteto klaida, maitinimo klaida. • Programiniai pertraukimai. Vartotojų programų pranešimai apie savo klaidas OS (dalyba iš nulio, atminties apsaugos klaidas ir pan.) arba kreipiniai į OS servisus. Tiesioginis priėjimas prie atminties (DMA) • DMA įtaisas leidžia tiesiogiai persiusti duomenis iš atminties į įrenginius ir atvirkščiai. Nors DMA sustabdo procesorių (cycle stealing) duomenų siuntimo momentu, tai nėra pertraukimas, nes programos kontekstas nesaugojamas ir procesorius nieko neapdoroja. Atminties adresavimas • Išrinkimo ciklo metu adresų šynoje talpinamas atminties adresas. Adresų šynos plotis, t.y. bitų skaičius (pvz., nuo Intel 80386: 232 = 4 Gb). • Prieštaravimas: Procesoriaus instrukcijų adreso lauko talpa, pvz., 16 bitų. • Efektyvus adresas := bazinis adresas (base) + poslinkis (offset). OS Sąvokos IV Programos talpinimas į atmintį (memory relocation) • Pakrovėjas su atminties perskirstymu (relocating loader). Visų programos instrukcijų absoliutiniai adresai yra modifikuojami, kai programa kraunama į atmintį. Palyginkite MS-DOS ir Windows. • Alternatyvi technika: santykiniai adresai ir tiesioginiai operandai. • Programos adresų pakeitimo registras (relocation register). Veikia analogiškai baziniam registrui: prie kiekvieno programoje nurodyto adreso pridedamas šio registro turinys. Intel mikroprocesorių architektūros ypatybės     Procesoriaus registrai Duomenų registrai AX Akumuliatorius BX Bazinis registras CX Skaitiklis DX Duomenų registras     Rodyklių registrai Šaltinio indeksas Gavėjo indeksas Bazės rodyklė Steko rodyklė     Segmentų registrai Programos segmento registras Duomenų segmento registras Papildomo duomenų segmento registras Steko segmento registras Kiti registrai Komandų rodyklė Požymių registras (PSW)   Atminties valdymas MS-DOS sistemoje Tipinis atminties pasiskirstymas (IBM PC, 80x86 procesorius) 1 Kb Pertraukimų vektoriai 00000h 00500h 00400h 00700h       256 baitai BIOS duomenų sritis 512 baitų OS duomenų sritis   Sisteminiai failai IO.SYS ir MSDOS.SYS   Instaliuojamos tvarkyklės, nurodytos fale CONFIG.SYS   Rezidentinė COMMAND.COM failo dalis   Taikomųjų programų užimama atmintis (Transient Memory Area, TPA)   64 Kb Video atmintis: Grafinis EGA buferis A0000h B0000h B8000h C0000h D0000h E0000h 32 Kb UMB (Upper Memory Block) 32 Kb Video atmintis: Tekstinis EGA buferis 64 Kb BIOS pastoviosios atminties išplėtimai (diskai ir gr. adapteriai) 64 Kb UMB 128 Kb BIOS pastovioji atmintis 64 Kb HMA (High Memory Area) 100000h 10FFF0h iki 15 Mb arba 4 Gb XMS (EXtended Memory Specification )           Pagrindiniai atminties valdymo uždaviniai: • vesti atminties apskaitą; išskirti atminties vietas keliems procesams, vykdomiems vienu metu; • užtikrinti pakankamą procesų vykdymo greitį; • apsaugoti vykdomuosius procesus ir OS; • leisti procesams bendrai naudotis atminties sritimis; • suteikti programuotojui adresavimo ir atminties valdymo priemones. Fiziniai adresai - Loginiai adresai - Virtualiniai adresai Procesų pakrovimas (process loading) ir apsikeitimas (swapping) Perdavimo (transfer) laikas, priėjimo (access) laikas. Trūkumai: • vidinis (internal) fragmentavimas ("skylės"); • fiksuotų blokų dydžiai gali būti per maži. Atminties valdymas . Virtualioji atmintis. Prielaidos ir savybės: • Procesas gali būti pakrautas į atmintį dalimis (puslapiais arba segmentais) • Atminties adresai gali būti apskaičiuojami (transliuojami) dinamiškai • Didesnis skaičius procesų gali būti vykdomas vienu metu • Kiekvienas procesas gali turėti daugiau (virtualios) atminties nei realiai yra Virtualios atminties realizacijos mechanizmai Puslapiais organizuojama virtualioji atmintis. Vykdymo pradžioje pakrovėjas talpina į atmintį vieną puslapį. Toliau generuojami puslapių pareikalavimo pertraukimai. Formuojamas proceso rezidentinis rinkinys. Kai realioje atmintyje nebėra nevieno laisvo puslapio, OS vykdo puslapių apsikeitimą tarp pagrindinės ir diskinės atminties. Kiekvieno proceso adresų transliavimas vyksta naudojant atskiras puslapių lenteles. Specialus puslapių lentelės registras saugo nuorodą į aktyvaus proceso lentelės adresą atmintyje. Keičiantis procesui keičiasi jo kontekstas (t.y. registrų turinys). Adresų transliavimą vykdo elektroninės (procesoriaus) schemos. Be adresų, i-joje lentelės eilutėje saugojami i-jo puslapio kreipimosi požymių bitai: p, m ir kt. Tad, eilutės dydis - keletas baitų; puslapių skaičius " 1 mln. Todėl, pačios puslapių lentelės saugojamos virtualioje atmintyje. Sistemos apkrovimas. Nuorodų lokalizavimas. Proceso darbinis rinkinys. Darbinio rinkinio langas. Neproduktyvus apsikeitimas (thrashing). Optimalus aktyvių procesų skaičius. Puslapių apsikeitimo strategijos • LRU - puslapis, mažiausiai naudotas pastaruoju metu (least recently used) • NRU - nenaudotas pastaruoju metu • FIFO - eilės metodas: keičiamas puslapis, kuris ilgiausiai buvo atmintyje • Clock arba second chance - eilė kaip žiedinis sąrašas su panaudojimo bitu • NWPF - išankstinis laisvų atminties blokų paruošimas puslapių pakrovimui Atminties apsaugos ir bendro naudojimo aspektai Violation - proceso bandymas adresuoti jam nepriklausomą atmintį Adresavimo klaidų neatpažįsta transliatoriai; naudojama dinaminė atmintis. Ribiniai registrai (limit registers) saugo viršutinius skiriamų blokų adresus. Puslapiavimo sistemose specialus registras saugo aktyvaus proceso maksimalų puslapio numerį. Poslinkis negali viršyti puslapio dydžio. Puslapių turinys paprastai nežinomas, tad retai bendrai naudojamas. Segmentavimas atspindi loginę programos struktūrą, segmentų turinys - tai programuotojo apibrėžtos procedūros ir duomenys. Todėl priėjimo kontrolė ir bendras segmentų naudojimas nesunkiai įgyvendinami naudojant segmento deskriptoriaus atributus. MS-DOS: • Naudojamas segmentavimas, segmentų registrai gali būti keičiami vykdymo metu. Procesas gali turėti daug kodo ir/arba duomenų segmentų. • Naujos versijos leidžia turėti atmintyje kelis procesus, tik vienas iš kurių yra aktyvus. Proceso pakrovimui į laisvą bloką naudojamas pirmojo atitikmens metodas. • Atminties modelių apibrėžimai: • Du adresavimo tipai: "artimas" near ir "tolimas" far. Near - procesoriaus instrukcijose naudojamas tik poslinkis; far - instrukcijose naudojamas tiek segmento adresas, tiek poslinkis. Near adresavimui reikia mažesnio procesoriaus taktų skaičiaus; tokios komandos vykdomos greičiau. • Du objektinių programų formatai: .COM - naudoja tik vieną segmentą tiek kodui, tiek duomenims (t.y. 64K). Čia segmentų registrai CS, DS, SS, ir ES įgauna vienodą reikšmę. .EXE - šios programos gali naudoti visus segmentų registrus (iki 6) ir, atitinkamai, užimti daug atminties segmentų tiek kodui, tiek duomenims. MS-WINDOWS 3.x: • Skirtingai nuo OS/2 šios Windows versijos vis dar naudoja 16 bitų atminties adresavimą, t.y. nesugeba pasinaudoti 80386 ir naujų procesorių 32 bitų adresavimo galimybėmis. Tai savotiškas mokestis už suderinamumą su senais Intel procesorių modeliais. • Trys Windows 3.x darbo režimai: Realusis režimas (real mode) skirtas Windows 3.0 versijai, 8086/8088 procesoriams ir yra analogiškas MS-DOS režimui. Vartotojui prieinama tik iki 640 Kb operatyviosios atminties. Standartinis režimas (standard mode) skirtas versijoms 3.0 ir 3.1 bei 80286 procesoriui (dar vadinamas apsauginiu 286 režimu). Reikalauja mažiausiai 1Mb (v. 3.0) ir 2Mb (v. 3.1) op. atminties bei 6.5-9 Mb diskinės atminties. Leidžia naudotis visa išplėstine atmintimi (iki 16Mb) ir persijungti iš vienos programos į kitą. Išplėstinis režimas (enhanced mode) skirtas Windows sistemoms vykdomoms 80386 ar naujesniuose procesoriuose (dar vadinamas apsauginiu 386 režimu). Realizuoja virtualinės atminties (mašinos) režimą, leidžia vykdyti daug uždavinių vienu metu (tame tarpe ir keletą MS-DOS programų). Naudojamas segmentavimas, leidžiantis naudoti tą patį kodo ir resursų segmentą kelioms tos pačios programos kopijoms. Kodo ir resursų segmentai gali būti pakrauti pagal pareikalavimą. Atminties blokai gali būti perkeliami vykdymo metu; tokiais blokais gali būti kodo, duomenų ir resursų segmentai. Jie vadinami "movable". Segmentai gali būti ir griežtai fiksuoti "fixed"; juose talpinamos MS-DOS programos vykdomos Windows sistemoje. Segmentus galima pažymėti kaip iškraunamus - "discardable". Segmentų apsikeitimui naudojamas modifikuotas FIFO metodas. Procesų valdymas UNIX sistemoje • Procesas - bazinė UNIX koncepcija. • Sistemos branduolys tenkina procesų poreikius. • Proceso sukūrimas - tai virtualinės mašinos, turinčios savo adresų erdvėje kodo ir duomenų segmentus, sudarymas. PID - proceso identifikatorius. Sistemos pakrovimas • Branduolys inicijuoja pradinį procesą, kurio PID=0 (shed arba swapper). • Procesas su ID=0 paleidžia procesą 1 (init), kuris tarnaus visų sistemoje esančių procesų protėviu. Procesas 1 paleidžia shell'o procesus, kurie suteikia vartotojams galimybę užsiregistruoti (login) ir inicijuoti savo procesus. • Kiekvienam vartotojui atskirai paleidžiamas sisteminis procesas getty, kuris inicijuoja vartotojo login ir shell (sh). Procesas1 paleidžia ir daemon procesus. • Visi procesai specifikuojami faile /etc/initab, vartotojai - /etc/passwd. Vartotojo procesų sukūrimas • Visi procesai UNIX sistemoje inicijuojami sisteminiu kreipiniu fork(), kuris sudaro dvi paleidžiamojo proceso kopijas (protėvio parent ir palikuonio child) su skirtingais ID. Paprastai child procesas keičia tėvo kodą į savo, naudodamas sisteminį kreipinį exec, pavyzdžiui: main() {     int status;     if (fork() == 0)                           exec ("/bin/manopr","manopr",0);     wait (&status); } Parent procesas lauks child proceso vykdymo pabaigos, naudodamas sisteminį kreipinį wait. • Analogiškai veikia ir sistemos "apvalkalas" shell, aptarnaudamas vartotojus. Pradžioje jis naudoja fork ir tokiu būdu sukuria dar vieną savo kopiją. Toliau child shell kreipiasi į reikiamą programą naudojant exec funkciją. Programos kodas perdengia shell kodą ir yra vykdomas. Procesų pabaiga (termination) • Procesai protėviai laukia procesų palikuonių vykdymo pabaigos naudodami sisteminį kreipinį wait. Procesai baigia darbą naudodami sisteminį kreipinį exit. • Procesai gali pasibaigti normaliai ar nenormaliai, t.y., ankščiau laiko. Kiekvienas procesas identifikuojamas PID ir PPID. Init procesas - tai PPID=1 procesų protėvis. Procesų valdymo komandos (LINUX) • Procesų paleidimas: at - vykdo komandą tam tikru laiku   at 2:00 lp /usr/ataskaitos/* echo "pranešimas dekanui" | mail -s"Ataskaita paruošta" dekanatas batch - OS nusprendžia, kada vykdyti komandas, surašytas po batch cron ir crontab - programų paleidimas pagal tvarkaraštį, surašytą vartotojų failuose kataloge usr/spool/cron/crontab. Vartotojo ir failo vardai sutampa. • Procesų monitoringas: who ir w - vartotojų sąrašo išvedimas ir naudojamų resursų pateikimas. nice ir renice - procesų prioritetų nustatymas prieš vykdant procesą ir proceso vykdymo metu. Kiekvienam procesui priskiriamas prioritetas, LINUX sistemoje 0 0 then s := s - 1 else {užblokuoti kviečiantį procesą}; wait (s);{ KS } ; signal (s) signal(s): if {yra užblokuotas procesas (-ai)} then {pradėti kurį nors procesą} else s := s + 1; Semaforų operacijų naudojimas: Kiekvienam semaforui sistema sudaro jo laukiančių procesų eilę. OS taip pat garantuoja, kad šios operacijos yra nepertraukiamos. Kitas privalumas - OS perveda laukiantį procesą į, pvz., būseną "sustabdytas", t.y. kol vyksta laukimas procesoriaus laikas nenaudojamas.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!