Тема. История, назначение и функции операционной системы

Термины

Тема. История, назначение и функции операционной системы

Тема. Архтитектура операционной системы.

Обзор функций ОС

Драйвер – низкоуровневая системная программа для управления каким-либо внешним устройством (например, жестким диском).

Жесткий диск (hard disk) - разновидность внешней памяти,физически состоящая из твердых пластин из металла или стекла, покрытых магнитным слоем для записи, шпинделя и головок считывания – записи.

Опрос устройств (polling) – действия операционной системы по периодической проверке состояния всех портов и внешних устройств, которое может меняться с течением времени.

Основная (оперативная) память – быстродействующая память, к которой процессор имеет непосредственный доступ во время выполнения программы, хранящая программы и данные, информация в которой не сохраняется после выключения компьютера или перезапуска системы.

Переменные окружения – набор системных переменных с символьными значениями, например, PATH, задающих окружение исполняемого процесса.

Пользовательский (непривилегированный) режим (user mode) – стандартный режим выполнения программ, в котором исполняются программы пользователей. В данном режиме запрещены некоторые привилегированные операции (например, изменение системных областей памяти и регистров).

Прерывания по таймеру – периодические прерывания через определенный квант времени, предназначенные для опроса устройств и других необходимых периодических действий ОС.

Программа, управляемая прерываниями (interrupt-driven program) – программа, запускаемая автоматически при возникновении прерывания центрального процессора (например, операционная система).

Программируемое прерывание (trap; дословно – ловушка) – прерывание, явно генерируемое с помощью специальной команды процессора (обычно для обработки ошибки в программе).

Протокол – интерфейс, набор операций (например, для работы в локальной сети).

Регистр границы (limit register) – системный регистр, используемый для защиты памяти и содержащий длину области памяти, выделенной пользовательской программе.

Сектор – часть жесткого диска, ограниченная дорожкой и двумя радиусами.

Системная шина (system bus) – коммуникационное устройство, соединяющее между собой все модули компьютерной системы - центральный процессор, память и контроллер памяти, внешние устройства и их контроллеры, - которые через системную шину обмениваются сигналами.

Системный вызов (system call) – явный запрос пользовательской программы к ОС путем вызова системной подпрограммы.

Системный (привилегированный) режим (system mode, kernel mode, monitor mode) – особый режим выполнения команд, в котором исполняются модули ядра ОС, допускающий выполнения ряда привилегированных операций, например, изменение системных областей памяти и регистров.

Состояние процессора – значения регистров и значение счетчика команд.

Счетчик команд – адрес текущей выполняемой или прерванной команды процессора.

Таблица состояния устройств – таблица, хранимая и используемая операционной системой, в которой каждому устройству соответствует элемент, содержащий тип устройства, его адрес и состояние, а для занятого устройства – ссылку на очередь обрабатываемых запросов к нему.

Флэш-память (флэшка) – модуль внешней памяти компактного размера (как правило, – 5 см), подключаемый через USB - порт и имеющий емкость до 128 ГБайт.

Цилиндр – часть жесткого диска, представляющая собой совокупность дорожек одного диаметра, находящихся на всех его параллельно расположенных магнитных дисках.

Ядра, виды:

Гибридные ядра - это модифицированные микроядра, позволяющие для ускорения работы запускать «несущественные» части в пространстве ядра.

Микроядро (micro-kernel) – принцип разработки ОС, который заключается в переносе максимально возможного числа модулей из системного в пользовательское " пространство ", т.е. ОС разрабатывается таким образом, что большинство ее модулей выполняются в пользовательском режиме, а размер ядра минимизируется.

Монолитное ядро — это такая схема операционной системы, при которой все её компоненты являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путём непосредственного вызова процедур.

Модульное ядро — усовершенствованная модификация архитектуры монолитных ядер операционных систем компьютеров, модули позволяют легко расширить возможности ядра по мере необходимости.

Наноядро — архитектура ядра операционной системы компьютеров, в рамках которой крайне упрощённое и минималистичное ядро выполняет лишь одну задачу — обработку аппаратных прерываний, генерируемых устройствами компьютера.

Экзоядро — ядро ОС компьютеров, предоставляющее лишь функции для взаимодействия между процессами и безопасного выделения и освобождения ресурсов.

Тема. Управление памятью.

Абстракция памяти.

Big endian – архитектура памяти компьютера, при которой нумерация байтов в каждом слове памяти начинается слева, т.е. начиная со старших битов.

Little endian – архитектура памяти компьютера, при которой нумерация байтов в каждом слове памяти начинается справа, т.е. начиная с младших битов.

Ассоциативная память (кэш – cache) – область памяти, размещаемая в более быстродействующей системе памяти и хранящая наиболее часто используемые элементы более медленной памяти вместе с их адресами, с целью оптимизации обращений к ним.

Базовый регистр (base register) – системный регистр, используемый для защиты памяти и содержащий начальный адрес области памяти, выделенной пользовательской программе.

Бит режима – бит, хранящийся в системном регистре и задающий текущий режим выполнения команд: равен 0 для системного режима и 1 – для пользовательского режима.

Внешняя (вторичная) память – расширение основной памяти, обеспечивающее функциональность устойчивой (сохраняемой) памяти большого объема.

Раздел (partition) – смежная область внешней памяти, имеющая в ОС определенное символьное обозначение (например, D:).

Сброс, или резервное копирование (backup) – копирование файлов на устойчивые носители (флэш-память, компакт- диск, ленточный стример и др.), с целью их последующего восстановления при сбое или при ошибке пользователя.

Сборка мусора – поиск не используемых фрагментов в памяти, на которые потеряны ссылки, и уплотнение (компактировка) памяти – сдвиг всех используемых фрагментов по меньшим адресам, с корректировкой всех адресов.

Уплотнение (компактировка) памяти – сдвиг всех используемых фрагментов по меньшим адресам, с корректировкой всех адресов, при сборке мусора.

Внешняя фрагментация – ситуация, когда в системе имеется достаточно большая область свободной памяти, но она не является непрерывной.

Внутренняя фрагментация – ситуация в системе, при которой неэффективно расходуется свободная память, вследствие применения стратегии выделения памяти с точностью до страницы.

Фрагментация – дробление памяти на мелкие свободные части, вследствие неточного совпадения длин имеющихся свободных и требуемых пользовательскому процессу областей памяти.

 

Тема. Файловая система.

Файлы. Структура файлов. Доступ к файлам.

Авторизация - предоставление операционной системой пользователю или программе какого-либо определенного набора полномочий (permissions),например, возможности чтения или изменения файлов в файловой системе с общим доступом.

Атрибут файла – его характеристика, например, длина и начальный адрес во внешней памяти.

Блок – смежная область внешней памяти файла, как правило, считываемая или записываемая одной операцией ввода-вывода.

Заглушка для исполнения (execution stub) – область файла исполняемого двоичного кода, содержащая ссылку на код головного метода (процедуры), обычно – main.

Заголовок файла – начальная часть файла, в которой хранятся его атрибуты.

Закрытие файла – операция, обратная открытию файла: сброс всех копий блоков файла на внешнюю память и освобождение всех областей основной памяти, занятых открытым файлом.

Набор данных (data set) – то же, что и файл (в терминологии фирмы IBM).

Открытие файла – считывание в основную память его заголовка и, возможно, одного или нескольких соседних блоков перед выполнением операций ввода-вывода.

Относительный путь - путь доступа к файлу относительно некоторой текущей директории.

Память файла – совокупность его элементов, хранящихся во внешней памяти (например, на диске).

Память файла - его записи, содержащие собственно хранимую в нем информацию.

Путь (path) – символьная строка для поиска файла по имени в иерархии директорий.

Файл (file) – совокупность логически взаимосвязанной информации, расположенная во внешней памяти.

 

 

Директории. Реализация файловых систем.

Директория (directory) – каталог ссылок на группу файлов или других директорий, каждый (каждая) из которых имеет в данной директории свое уникальное символьное имя.

Защита (protection) - механизм управления доступом программ, процессов и пользователей к системным и пользовательским ресурсам.

Командный интерпретатор - программа, читающая и интерпретирующая операторы управления операционной системы, задаваемые пользователем с терминала или в виде командного файла.

Раздел (partition) – смежная область дисковой памяти, имеющая свое логическое имя (обычно одна из первых букв латинского алфавита).

Точка монтирования (mount point) – узел в дереве файловых систем, к которому подсоединяется новая файловая система при монтировании.

Файловая система – поддерево директорий на некоторой машине, расположенных в одном разделе

Файловая система FAT (таблица размещения файлов) - простая файловая система, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов.

Файловая система NTFS разработана для быстрого выполнения стандартных файловых операций чтения, записи и поиска и быстрого выполнения улучшенных операций типа восстановления файловой системы на очень больших жестких дисках; диск NTFS делится на две части, первые 12% диска отводятся под MFT зону - пространство, в которое растет метафайл MFT, позволяющий определить местонахождение всех остальных файлов.

 

Планирование и установка операционной системы.

Виртуальная машина – программный интерфейс, полностью аналогичный интерфейсу обычного компьютера без базового программного обеспечения.

Виртуальная машина Java (JVM) – виртуальная машина, исполняющая Java байт-код.

Загрузка (booting) – запуск компьютера посредством загрузки ядра ОС.

Загрузчик классов (class loader) – компонента JVM,выполняющая загрузку классов в виртуальную машину во время выполнения программы.

Инсталляция – установка ОС на конкретный компьютер.

Интерфейс прикладного программирования (application programming interface – API) - набор библиотечных функций, реализующий некоторую функциональность, используемую программой.

Механизм - метод реализации некоторой функциональности в ОС.

Обзор системы Linux

GNU General Public License (GPL) – лицензия, согласно которой используется и распространяется Linux: программист, использующий Linux, либо создающий свои собственные системы на базе Linux, не имеет права превращать свой продукт в коммерческий; программное обеспечение, распространяемое на основе GPL, не может распространяться только в виде двоичного кода (т.е. в поставку Linux должен быть включен исходный код).

Загружаемый модуль ядра (loadable kernel module, LKM) – механизм Linux, обеспечивающий возможность компиляции, загрузки и выгрузки отдельных модулей кода ядра, независимо от остальной части ядра.

Идентификатор процесса (PID) - уникальный идентификатор процесса (число), используемое для указания процессов в операционной системе.

Контекст процесса – состояние исполняемой программы в любой момент времени; состоит из контекста планирования, контекста системы файлов, таблицы обработчиков сигналов и контекста виртуальной памяти.

Окружение процесса – системная структура, состоящая из двух векторов, завершающихся нулями: вектор аргументов командной строки процесса и вектор (переменных) окружения процесса.

ELF (Executable and Linkage Format) – популярный формат файла исполняемого кода в UNIX и в Linux, основанный на представлении файла в виде совокупности секций.

Ext 2 FS – файловая система в Linux, основанная на использовании блоков небольшого размера и многоуровневой косвенной адресации.

Linux proc – файловая системы в Linux, основанная на отсутствии явного хранения данных и вычислении данных при выполнении запросов на ввод-вывод.

TTY – традиционное обозначение терминальных устройств в UNIX и Linux.

Конвейер (pipe) - механизм взаимодействия процессов в UNIX и Linux, позволяющий дочернему процессу наследовать коммуникационный канал от процесса-родителя.

Партнерская куча (buddy-heap) - метод распределения физической памяти в Linux, основанный на расщеплении блоков памяти и объединении соседних свободных блоков.

Подключаемые аутентификационные модули (pluggable authentication modules - PAM) – динамически подключаемые модули аутентификации пользователей, используемые в Linux.

 

Обзор системы Windows

NTFS (NT File System) – основная файловая система Windows, основанная на концепциях тома и логического номера кластера.

Master File Table (MFT) – системный файл в файловой системе NTFS, содержащий записи с информацией о каждом файле.

Mirror set – в файловой системе NTFS две секции одного размера на разных частях диска с идентичным содержимым, используемые для большей надежности хранения данных.

NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface) – сетевой протокол по умолчанию для одноранговых сетей Windows 95 и Windows for Workgroups.

Plug - and - Play (PnP) – механизм автоматического распознавания изменений в конфигурации оборудования и адаптации к ним (установки соответствующих драйверов).

Stripe set – набор от двух до 32 дисков в файловой системе NТFS, логически объединенных в единый том, при записи данных в который данные записываются по очереди на каждый диск порциями по 64 Кб.

Virtual Dos Machine (VDM) - процесс пользовательского уровня, обеспечивающий совместимость с приложениями MS-DOS.

Windows Internet Name Service (WINS) – собственный механизм разрешения имен (преобразования доменных имен компьютеров в IP -адреса), используемый в системе Windows.

Winsock - API для реализации сокетов для Windows; интерфейс уровня сеанса, обеспечивающий стандартизованный интерфейс сокетов.

Блокировщик (spin lock, буквально – вертящийся замок ) – системный механизм синхронизации, используемый для взаимного исключения процессов ядра Windows.

Исполнительная подсистема (executive) – основная часть ядра Windows, исполняемая в защищенном режиме, реализующая базовые системные сервисы.

Локальный вызов процедуры (LPC) – системный механизм вызова процедур Windows, передающий запросы и результаты между клиентским и серверным процессами на локальной машине; используется для запросов к сервисам различных подсистем ОС.

Объект-диспетчер - системный объект в Windows, управляющий диспетчеризацией и синхронизацией.

Объектная ссылка (object handle) - ссылка на системный объект ядра Windows.

Управляющий объект - системный объект Windows, управляющий асинхронным вызовом процедуры, обработкой прерывания, нотификацией об электропитании или профилированием.

Уровень абстрагирования от аппаратуры (hardware abstraction layer, HAL) – динамически линкуемая библиотека Windows, инкапсулирующая код, зависящий от конкретного процессора, - тем самым обеспечивающая независимость от аппаратуры всего остального кода Windows.

Волокно (fiber) – параллельно выполняемый код пользовательского режима, исполнение которого и переключение с одного волокна на другое планируется по алгоритму, определенному пользователем.

Домен (domain) – группа компьютеров, работающих под управлением ОС типа Windows NT Server, которые используют одну и ту же политику безопасности и одну и ту же пользовательскую базу данных.

Кластер – единица выделения дисковой памяти в системе NTFS.

Рабочий набор (working set) – множество всех физических страниц, которыми владеет процесс.

Том (volume) – хранилище файлов в NTFS; может занимать часть логического диска, целый диск или распределяться по нескольким дискам.

 

Термины

Тема. История, назначение и функции операционной системы