Дескриптор процессов. Команды конфигурирования системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Для чего каждая задача получает соответствующий дескриптор? Какие поля, как правило, содержатся в дескрипторе процесса (задачи)?

дескриптор программирование файл автозапуск

В ОС реального времени количество процессов фиксируется, поэтому полезно определить количество дескрипторов процессов. Каждый дескриптор процессов постоянно располагается в оперативной памяти, с целью ускорить работу диспетчера задач, для более эффективной обработки данных. В системах реального времени целесообразно иметь постоянные дескрипторы задач, полностью или всегда существующие в системе, независимо от того, поступают на них требования или нет. каждая конкретная задача обладает некоторой собственной областью оперативной памяти, независимо от того исполняется задача или нет.

Это так называемые ОЗУ резидентные задачи. Эта область может использоваться для хранения данных полученных задачей ранее. Данные могут хранится в ней тогда, когда задача находится в состоянии ожидания или бездействия. Аппаратная поддержка дескрипторов задач. Для аппаратной поддержки работы ОС с дескрипторами задач в процессорах реального времени реализованы соответствующие механизмы. Начиная с Intel 80286, в котором реализован регистр, называется TR task Register, указывающий местонахождение сегмента состояния задачи, в котором при переключении с задачи на задачу автоматически сохраняется содержание регистров процессора. В современных ОС регистр задачи включает в себя сегмент состояния задачи TSS task state segment. Дескриптор задачи больше по размерам чем TSS и включает в себя такие общие поля, как идентификатор задачи, имя, приоритет, тип, и т. д.

2. Назовите основные принципы фон-неймановской архитектуры вычислительных машин

Архитектура фон Неймана -- широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана», однако соответствие этих понятий не всегда однозначно. В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип хранения данных и инструкций в одной памяти.

Любой IBM PC-совместимый компьютер представляет собой реализацию фон-неймановской архитектуры вычислительных машин. Машина состоит из:

- блока управления;

- арифметико-логического устройства (процессор);

- памяти;

- устройств ввода-вывода.

Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования; то есть одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции -- перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.

Принцип адресности

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек -- адреса.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов -- команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов.

3. Какие задачи возлагаются на интерфейс прикладного программирования (API)?

Интерфейс прикладного программирования (API - Application Programming Interface) - это интерфейс, позволяющий различным программным компонентам взаимодействовать друг с другом.

API может быть применён несколькими способами:

Интегрирован в среду программирования, например C++ или Java API

В специальном назначении, например Google Maps API или Java API XML для веб-услуг. С помощю Google Maps API можно применить услугу указания местоположения на карте через интерфейс, предоставляемый Google.

API операционной системы это интерфейс, посредством которого приложения получают доступ к услугам ОС. Примером является Windows API, в котором для каждой службы ОС есть доступная приложениям процедура.

Различные службы, доступные приложениям через Windows API:

Базовые службы (Base Services), к которым относятся управление процессами и памятью, функции ввода/вывода и безопасности.

Службы компонентов (Component Services) - для взаимодействия приложений

Службы пользовательского интерфейса (User Interface Services) - для взаимодействия с различными меню и окнами

Службы графики и мультимедиа (Multimedia and Graphics Services)

Обмен сообщениями и совместная работа (Messaging and Collaboration)

Сетевые службы (Networking)

Веб-службы (Web Services)

Современные операционные системы реализуют обработку прерываний (Interrupt), исключений (Exception, Trap) и поддержку системных вызовов (System call). Исключения - это программные прерывания, генерируемые при ошибках или обращениях пользовательских приложений к услугам ОС. Для обращения пользовательских приложения к API используются системные вызовы. В целях безопасности, приложения не могут непосредственно совершать системные вызовы, а должны использовать механизм прерываний, при котором генерируется программное прерывание процессору, что в свою очередь приводит к запуску обработчика прерываний в режиме ядра.

Команда, с помощью которой вызывается системная служба, зависит от процессора. Например, в современных процессорах Intel это команда systenter. При её вызове происходит переход в режим ядра и запуск Менеджера системных служб, адрес которого указывается в регистре MSR (Machine Specific Register). В регистре EAX указывается номер системной службы, а через регистр EDX передаются аргументы вызова. Переход обратно в пользовательский режим происходит с помощью команд sysexit или iretd. Менеджер системных служб находит адреса исполняющих программ (т.е. программ, непосредственно манипулирующих системными службами через программный интерфейс, предоставляемый менеджером системных служб) из специальной таблицы.

4. Опишите файл конфигурации MS DOS CONFIG.SYS и приведите основные команды конфигурирования. Поясните назначение файлов пакетной обработки и особенности командного файла автозапуска AUTOEXEC.BAT

CONFIG.SYS представляет собой текстовый файл, каждая строка которого может содержать команду конфигурирования системы.

Все команды конфигурирования системы независимы в смысле синтаксиса и могут указываться в любом порядке. Но в большинстве следует учитывать семантику команд, поэтому их порядок задания должен быть предварительно продуман.

После изменения содержимого команд файла CONFIG.SYS для конфигурации DOS в соответствии с новыми командами следует перезагрузить систему.

Команды файла CONFIG.SYS

Следующие команды можно использовать только в CONFIG.SYS:

BUFFERS = n [ , m]

Устанавливает число буферов для дискового ввода-вывода, которые будут созданы и задействованы DOS.

FILES = n

Устанавливает максимальное число одновременно открытых файлов (8-255, по умолчанию 8).

COUNTRY = с [, [cp] [,file]]

Настраивает DOS для использования в заданной стране, устанавливая формат даты и времени, принятого в заданной стране

STACKS = n, s

Устанавливает число стеков n (0-64) и их размер s (0-512 байт) для аппаратных прерываний

SHELL = file [аргументы] [переключатели]

Обеспечивает настройку и замену стандартного CI Command.com на новый

SWITCHES = [переключатели]

Задает специальные опции для MS-DOS

LASTDRIVE = d

Задает список допустимых имен логических приводов для команды SUBST

DEVICE = file [аргументы] [переключатели]

Предназначена для подключения внешних драйверов устройств

DOS = HIGH | UMB | HIGH, UMB

Предназначена для загрузки резидентных модулей DOS в высокую память и обеспечения связи DOS с верхней памятью

DEVICEHIGH [/L:r1,[s1] [/S]] = file [аргументы] [переключатели]

Предназначена для загрузки внешнего драйвера не в стандартную, а в верхнюю память

Общие команды

Эти команды можно использовать в CONFIG.SYS и AUTOEXEC.BAT, а также в командной строке DOS:

BREAK = {ON | OFF}

Предназначена для управления прерыванием программ по Ctrl-Break (Ctrl-C)

REM

Указывает на то, что строка является комментарием и не выполняется.

В MS-DOS AUTOEXEC.BAT исполняется после старта командного интерпретатора, который загружается после обработки команд из файла конфигурации CONFIG.SYS. С помощью директивы shell= в CONFIG.SYS можно задействовать командный интерпретатор, отличный от COMMAND.COM, и/или указать имя для стартового пакетного файла, отличное от AUTOEXEC.BAT. При отсутствии файла AUTOEXEC.BAT (или при отмене его исполнения) в большинстве версий DOS командный интерпретатор запрашивает у пользователя текущие дату и время.

Начиная с MS-DOS 6.0 появилась возможность пропустить исполнение AUTOEXEC.BAT с помощью функциональных клавиш F5 и F8 (для этого в COMMAND.COM ввели поддержку опций /Y и /D), но с помощью директивы switches= в файле CONFIG.SYS эти клавиши можно заблокировать.

Команды файла AUTOEXEC.BAT

Этот файл может включать любые команды DOS общего назначения, а также любые команды пакетных (командных) файлов. Но целесообразно можно использовать еще целый ряд команд:

MODE устройство CP PREPARE = ((cp [,cp]...) file)

Предназначена для подготовки кодовой страницы cp

MODE устройство CP SELECT = cp

Служит для загрузки подготовленной страницы в знакогенератор конкретного устройства

KEYB [код [,cp] [,file]]

Предназначена для настройки клавиатуры на национальный алфавит

LOADHIGH | LH [/L:r1[,r1] [/S]] file [argument] [swtlist]

Предназначена для загрузки резидентной программы не в стандартную, а в верхнюю память

MSCDEX /D:driver [/D:driver2... ] [ключи]

Организует доступ к приводам CD-ROM, заданным спецификациями driver, как к логическим дискам с файловой системой FAT

MOUSE

Загружает в память драйвер мыши, который представляет собой резидентную программу и находится во внешнем файле Mouse.com

5. Как называется новая файловая система в ОС OS/2 Warp 4.5 и в чем ее преимущества?

OS/2 -- операционная система фирмы IBM, в определенный период времени Microsoft.

Параллельно с разработкой Windows, корпорация Microsoft совместно с IBM вела активную работу по созданию системы OS/2.

Серверная операционная система компании IBM, предназначенная для работы на персональных компьютерах и вышедшая в свет в 1999 году, носит название OS/2 WarpServer for e-Business, что подчеркивает ее основное назначение. Однако в процессе ее создания система носила кодовое название Аврора (Aurora), поэтому все ее так теперь и называют.

Как известно, предыдущие версии системы OS/2 могли предоставить программисту только 512 Мбайт виртуального адресного пространства для «родных» 32-разрядных приложений. В свое время это было очень много. Однако хотя задачи, требующие столь большого объема оперативной памяти, встречаются пока еще редко, некоторые считают ограничение в 512 Мбайт серьезным недостатком. Поэтому в последней версии системы это ограничение снято (напомним, что в операционной системе Windows NT 4.0 объем виртуального адресного пространства для задач пользователя составляет 2 Гбайт), и теперь максимальный объем виртуальной памяти для задачи в операционной системе OS/2 v. 4.5 по умолчанию составляет 2 Гбайт, но командой VIRTUALADDRESSLIMIT=3072 в конфигурационном файле CONFIG.SYS он может быть увеличен до 3 Гбайт.

В операционной системе OS/2 v. 4.5 разработчики постарались все «остатки» старого 16-разрядого кода, который еще частично оставался в предыдущих версиях системы, полностью заменить 32-разрядными реализациями, что повысило быстродействие системы. Прежде всего, обеспечена поддержка 32-раздядных драйверов устанавливаемых файловых систем (IFS), ибо в предыдущих системах работа с ними велась через трансляцию вызовов 32bit->16bit->32bit. В то же время для совместимости со старым программным обеспечением помимо 32-раздядного используется и 16-раздядный интерфейс API.

Создана новая файловая система JFS (Journaling File System -- файловая система с протоколированием), призванная повысить надежность и живучесть файловой подсистемы по сравнению с файловой системой HPFS386.IFS. Файловая система JFS обеспечивает большую безопасность в структурах данных благодаря технике, разработанной для систем управления базами данных. Работа с JFS происходит в режиме транзакций с ведением журнала транзакций. В случае системных сбоев есть возможность обработки журнала транзакций с целью принятия или отмены изменений, произведенных во время системного сбоя. Эта система управления файлами также повышает скорость восстановления файловой системы после сбоя.

Сохраняя целостность файловой системы, она, подобно файловой системе NTFS, не гарантирует восстановление пользовательских данных. Следует отметить, что файловая система JFS обеспечивает самую высокую скорость работы с файлами из всех известных систем, созданных для персональных компьютеров, что очень важно для серверной операционной системы.

Для работы с дисками создан специальный менеджер дисков -- LVM (Logical Volume Manager -- менеджер логических дисков). LVM хранит информацию обо всех устанавливаемых файловых системах и определяет имена дисков для программ, которые этого требуют. Это позволяет избирательно назначить любую букву любому разделу диска, что в ряде случаев можно считать удобным. И даже больше -- теперь операционной системе более не нужно использовать имена дисков. Менеджер логических дисков в совокупности с файловой системой JFS позволяет объединять несколько томов и даже несколько физических дисков в один большой логический том.

6. Какие цели имелись при создании ОС UNIX?

Операционная система UNIX проектировалась как инструментальная система для разработки программного обеспечения. Своей уникальностью система обязана во многом тому обстоятельству, что она была, по сути, создана всего двумя разработчиками, причем создававшие ее люди делали систему для себя, и первое время ее использовали на мини-ЭВМ с очень скромными вычислительными ресурсами. По этой причине UNIX, прежде всего, обладает простым, но очень мощным командным языком и независимой от устройств файловой системой. Поскольку при создании этой ОС использовался язык высокого уровня, на котором пишутся не только системные, но и прикладные программы (речь идет о языке С), то система и приложения, выполняющиеся в ней, получились легко переносимыми.

Первой целью при разработке этой системы было стремление сохранить простоту и обойтись минимальным количеством функций. Все реальные сложности оставлялись пользовательским программам.

Второй целью была общность. Одни и те же методы и механизмы должны были использоваться во многих случаях. Поэтому общность в UNIX-системах проявляется во многих аспектах, и в частности:

обращения к файлам, устройствам ввода/вывода и буферам межпроцессных сообщений выполняются с помощью одних и тех же примитивов;

одни и те же механизмы именования, присвоения альтернативных имен и защиты от несанкционированного доступа применяются к файлам с данными и директориями и устройствам;

одни и те же механизмы работают в отношении программно и аппаратно инициируемых прерываний.

Третья цель заключалась в создании операционной среды, в которой большие задачи можно было бы решать, комбинируя существующие небольшие программы, а не разрабатывая программы заново.

Важным, хотя и простым с позиций его реализации, является тот факт, что система UNIX предоставляет пользователям возможность направить выход одной программы непосредственно на вход другой (речь идет о программных каналах (pipe). В результате большие программные системы можно создавать путем композиции имеющихся небольших программ, а не путем написания новых, что в большинстве случаев упрощает задачу.

Операционная система UNIX - это набор программ, который управляет компьютером, осуществляет связь между вами и компьютером и обеспечивает вас инструментальными средствами, чтобы помочь вам выполнить вашу работу. Разработанная, чтобы обеспечить легкость, эффективность и гибкость программного обеспечения, система UNIX имеет несколько полезных функций:

основная цель системы - это выполнять широкий спектр заданий и программ;

интерактивное окружение, которое позволяет вам связываться напрямую с компьютером и получать немедленно ответы на ваши запросы и сообщения;

многопользовательское окружение, которое позволяет вам разделять ресурсы компьютера с другими пользователями без уменьшения производительности. Этот метод называется разделением времени. Система UNIX взаимодействует с пользователями поочередно, но так быстро, что кажется, что взаимодействует со всеми пользователями одновременно;

многозадачное окружение, которое позволяет вам выполнять более одного задания в одно и тоже время.

7. Какие механизмы межпроцессных коммуникаций в ОС UNIX Вы знаете?

Под коммуникацией процессов в OS UNIX понимается реализация обмена данными между параллельно выполняющимися процессами. Наиболее очевидным способом такого взаимодействия процессов является обмен данными через файл, когда два или более процессов записывают данные в некоторый файл, выбранный по договоренности, другие процессы читают данные из этого файла.

Механизмы межпроцессного взаимодействия

Семафоры

Одним из первых механизмов, предложенных для синхронизации поведения процессов, стали семафоры, концепцию которых описал Дейкстра (Dijkstra) в 1965 году. Дейкстра предложил две операции, down и up. Операция down сравнивает значение семафора с нулем. Если значение семафора больше нуля, операция down уменьшает его и просто возвращает управление. Если значение семафора равно нулю, процедура down не возвращает управление процессу, а процесс переводится в состояние ожидания. Все операции проверки значения семафора, его изменения и перевода процесса в состояние ожидания выполняются как единое и неделимое элементарное действие. Тем самым гарантируется, что после начала операции ни один процесс не получит доступа к семафору до окончания или блокирования операции. Атомарность операции чрезвычайно важна для разрешения проблемы синхронизации и предотвращения состояния состязания. Мьютексы

Мьютекс -- упрощенная версия семафора, которая может находиться в одном из двух состояний -- блокированном или неблокированном.

POSIX -- mutex_init(), mutex_lock(), mutex_unlock(), mutex_destroy().

Мониторы

Монитор -- механизм организации параллелизма, который содержит как данные, так и процедуры, необходимые для обеспечения доступа к неразделяемым ресурсам. В простейшем случае монитор состоит из мьютекса и набора процедур, взаимодействующих с общим ресурсом.

Передача сообщений

Для решения проблемы согласованности процессов при передаче информации, существуют специальные механизмы обмена данными, основанные на мьютексах. Это системные вызовы send() и recieve(). Первый посылает сообщение заданному адресату, второй получает сообщение от указанного источника. Если сообщения нет, второй запрос блокируется до поступления сообщения либо немедленно возвращает код ошибки.

Барьеры

Некоторые приложения делятся на фазы, и существует правило, что процесс не может перейти в следующую фазу, пока к этому не готовы все остальные процессы. Этого можно добиться, разместив в конце каждой фазы барьер. Когда процесс доходит до барьера, он блокируется, пока все процессы не дойдут до барьера.

Список литературы

1. Магда Ю.С. UNIX для студента: руководство / Ю. С. Магда. -- СПб., 2007.

2. Таненбаум Э. Современные операционные системы : метод. материал / Э. Таненбаум; пер. с англ. А. Леонтьева. -- 2-е изд. -- СПб., 2003.

3. Сырецкий Г.А. Информатика. Фундаментальный курс: учеб. для студ. вузов: в 2 т. / Г.А. Сырецкий. -- СПб., 2007. -- Т. 2: Информационные технологии и системы.

4. Олифер В.Г. Сетевые операционные системы: учеб. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. -- СПб., 2003.

5. Гордеев А.В. Системное программное обеспечение / А.В. Гордеев, А.Ю. Молчанов. -- СПб., 2001.

6. Ивановский С. Операционная система Linux. Такет / С. Ивановский. -- М., 2000.

7. Фролов А.В. Практика применения PERL, PHP, APACHE и MySQL для активных Web-сайтов / А.В. Фролов, Г.В. Фролов. -- М., 2002.

8. Пратыка Т.Л., Попов И.И. Операционные системы, среды и оболочки: учебное пособие. - М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2006. - 400 с.

Размещено на Allbest.ru