Download - Or 01 Bevezetes
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
1/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
1
Operációs rendszerek
Bevezetés az operációsrendszerek világába
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Bemutatkozás
• dr. Benyó Balázs
• www.sze.hu/~benyo
mailto:[email protected]://www.sze.hu/~benyohttp://www.sze.hu/~benyomailto:[email protected]
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
2/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
2
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Számítógép HW-SW felépítése
Operációs rendszer
Operációs rendszer (kernel)
Hardver
felhasználó
Alkal-mazás
Alkal-mazás
felhasználó felhasználó
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Az operációs rendszerekfogalma• Operációs rendszer:
– Intelligens (feladat-végrehajtásra alkalmas)gép a HW-re mint er forrásra támaszkodva
• Operációs rendszerek általánosfunkciója:
– szolgáltatások (kényelem) a felhasználószámára
– hatékony HW kihasználás.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
3/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
3
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
OR interfészek• interfész:
– ~felület – OR interfész: kommunikációs felület, amin
keresztül az OR szolgáltatásait igénybe lehetvenni
• OR interfész az alkalmazások felé: – API (Application Programming Interface)(ß MS) – rendszerhívások (ß UNIX)
• OR interfész az felhasználó felé: – felhasználói interfész (pl. UNIX: shell, WindowsXP: cmd )
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Az operációs rendszerekfeladatai• program végrehajtási környezet
biztosítása
• program fejlesztési környezetbiztosítása
• er forrás gazdálkodás
• vezérl program
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
4/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
4
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Operációs rendszerheztartozó SW komponensek
Szélsséges alternatívák:
• A számítógépen állandóan futó vezérlprogram (kernel ).
• Minden, a gép általános felhasználásáhozszükséges program.
Operációs rendszerekfejldése
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
5/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
5
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Operációs rendszerek fejldése
• Operációs rendszerek párhuzamosanfejldtek a számítógépekarchitektúrájának fejldésével
Számítógépek felépítésének
fejl dése
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
6/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
6
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Busz struktúra
Adat busz
MemóriaCPU
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Vezérlk használata
Grafikus vez.HD vezérl
Adat busz
Memóriavezérl MemóriaCPU
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
7/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
7
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
IT kezelésre alkalmas HW
struktúra
IT vezérl
Grafikus vez.HD vezérl
Adat busz
Busz/Memóriavezérl
Memória
CPU
CACHE
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Modern számítógépes rend-szerek felépítésének jellemz i
• Busz struktúra:
– CPU, memória, vezérlk.
• Megszakítások:
– Küls-bels események kezelése
– Óra IT
• Rendszer betöltése:
– ROM memóriából.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
8/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
8
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Be- és kivitel (I/O)• Perifériák és a memória közötti
adatforgalom:
– Megszakítások.
– Adatátvitel közvetlen tárhozzáféréssel(DMA).
• Perifériakezelés: – szinkron
– aszinkron
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Számítógépek adattároló
eszközeinek hierarchiája• regiszterek
• gyorsmemória (cache)
• központi memória
• elektronikus diszk
• mágneses diszk
• CD, DVD (optikai tárolók)• mágnesszalag
Elérési id ,
Kapacitás Ár/Bit
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
9/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
9
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Program végrehajtás modelljebemenet Végrehajtó számító gép kimenet
beolvasás feldolgozás kiírás
id
program
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Gyakorlati tapasztalat
• Egy adott feladat (job, task) feldolgozásilépéseinek ideje nagyságrend(ekk)elkisebb, mint a bemenetekbeolvasásának, ill. kimenetek kiírásánakidigénye.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
10/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
10
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Operációs rendszerekfejldése
Operációs rendszerek fejldésepárhuzamos a HW fejldésével.
A HW hatékony kihasználásának alapveteszközei (ne várakozzon a CPU):
–program váltás gyorsítása
–az I/O m#veletek és a feldolgozás(CPU használat) átlapolása
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Batch típusú rendszerek
• nincs operációs rendszer (open shop),
• operátor alkalmazása (closed shop),
• kötegelt feldolgozás (batch),
• egyszer # monitor.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
11/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
11
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Megoldások I/O m#veletekgyorsítására
• off-line feldolgozás
• pufferelés
• spooling
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Off-line feldolgozás
• különböz gyorsaságú (és árú) perifériák
• gyors feldolgozásra képes CPU
• adott id alatt feldolgozott job-okszámának emelése: – különböz programok I/O m#veleteinek
idbeni átlapolása – párhuzamos m#veletek külön HW elemeken
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
12/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
12
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Off-line feldolgozás I.
Lassú
periféria
Szg.CPU
Lassú
periféria
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Off-line feldolgozás II.
Szg.CPU
Gyors
periféria Gyorsperiféria
Átírás
Lassú
periféria
Átírás
Lassúperiféria
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
13/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
13
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Pufferelés• lassú perifériákból származó adatok
átmeneti tárolása a memóriában• HW támogatás szükséges!!
– megszakítás, periféria vezérlk
• adott program I/O m#veleteinek ésfeldolgozásának átlapolása
• hatékony gyorsítás, ha szinkronban vana beolvasás a feldolgozással...
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Pufferelés
Input
Output
Monitor
Program
Input(puffer)
Output(puffer)
Beolvas
Beolvasás
Feldolgozás
Kiírás
Id
Kiír
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
14/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
14
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Spooling• Simultaneous Peripheral Operation On-line
• HW fejldés: mágneslemez megjelenése – gyors elérés
– NEM szekvenciális m#ködés
• program kód valamint bemenetek és
kimenetek együttes kezelése à folyamatkialakulása
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
SpoolingCPU
Memória
OR
Monitor JOB1
JOB2
JOB3
Kimenetkiírása
Feldolgozás
Bemenetbeolvasása
IN
OUT
IN
OUT
IN
OUT
JOB1
JOB2
JOB3
Lemez
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
15/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
15
Multiprogramozott rendszerek
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Multiprogramozott rendszerekkialakulása• Több futó program (folyamat) kezelése
• CPU sohasem kihasználatlan
• Egyes folyamatok számáraészrevehetetlen
• Többletfeladatokat ró az operációs
rendszerre
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
16/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
16
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Multiprogramozott rendszerek• Több párhuzamosan futó folyamat.
• OR választ a futásra kész folyamatokközött.
• Különböz programok CPU és aperifériás m#veleteinek átlapolása.
• Hatékony HW kihasználás.
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Multiprogramozott OR-ektöbbletfeladatai• job ütemezés,
• CPU ütemezés,
• tárgazdálkodás,
• er forrás allokáció,
• védelmi mechanizmusok biztosítása.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
17/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
17
Jellemz megoldásokmultiprogramozott rendszerekben
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Idosztásos rendszerek(time sharing)
• rendszerszervezési elv
• CPU id elosztása a folyamatok között
• folyamatok CPU használata limitált
• gyors job váltás
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
18/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
18
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Interaktív rendszerek• felhasználó beavatkozását lehetvé
tev rendszer típus
• rövid válaszid biztosítása
• 100 ms nagyságrend# válasz
• tipikusan idosztásos rendszerek
• on-line file rendszer
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Napjaink rendszerei
• multiprogramozott "kötegelt"rendszerek,
• idosztásos multiprogramozottrendszerek.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
19/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
19
Számítógépes rendszerektípusai
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Rendszer típusok
• Típusba sorolás szempontjai:
– alkalmazási terület
– felépítés
– kapacitás
• Az egyes típusokban különböz OR
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
20/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
20
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Számítógépek kategóriáikapacitás alapján
• „szuper-számítógépek”
• nagygépes környezetek
• munkaállomások
• „mini és mikro” számítógépek
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Személyi számítógépesrendszerek
• egyfelhasználós rendszerek
• eredetileg kiskapacitású hardver
• gyors kapacitásbvülés
• lehetség “igazi” OR használatára
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
21/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
21
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Párhuzamos hardverenalapuló rendszerek
• Csoportosítás csatolás alapján:
• Többprocesszoros rendszerek
• szorosan csatolt (közös tárral, órajellelrendelkez) hardver
• Elosztott rendszerek
• lazán csatolt (hálózati) rendszerek
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Párhuzamos rendszerekosztályai• Csoportosításuk funkció alapján:
• szimmetrikus,
• aszimmetrikus.
• Csoportosításuk felépítés alapján:
• homogén,• inhomogén.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
22/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
22
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Elosztott rendszerek elnyei• er forrás megosztás (resource sharing),
• nyílt és méretezhet rendszer (opensystem)
• konkurens m#ködés (concurrency),
• hibat#rés, megbízhatóság (fault
tolerance, reliability),• kommunikáció (communication).
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Valósidej# (real time)rendszerek• garantált válaszid a küls
eseményekre
• ütemezés kritikus
• ipari alkalmazások
• kevés multiprogramozott rendszer
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
23/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
23
I/O kiszolgálás multiprogramozottrendszerben
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
I/O kiszolgálás multi-programozott rendszerben
• Rendszerhívás – alkalmazás OR szolgáltatást vesz igénybe
• Megszakítás (Interrupt) – periféria kiszolgálása (OR feladata)
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
24/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
24
I/O kiszolgálás multi-programozott rendszerben
Operációs
rendszer
A folyamat
I/O
folyamat
I/O start I/O vége
I/O-ra vár rendszerhívás
Megszakítva
IT
Futásra kész,
CPU-ra vár
B folyamat
ITkiszolgálás
Futásra
kész, CPU-ra
vár
I/O-ra vár
I/O start
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Megszakításokkiszolgálásainak lépései• IT elfogadása• Módváltás• Regiszterek elmentése• IT kiváltó esemény azonosítása• IT rutin meghívása• IT rutin végrehajtása
• Regiszterek visszaállítása• Módváltás• RETURN
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
25/35
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
26/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
26
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Védelmi mechanizmusok• két módú programfuttatás
– felhasználói- és rendszer- (privilegizált)mód,
– privilegizált utasítások,
– TRAP utasítás a módváltáshoz,
• tár címtartományok védelme,• óra periféria, rendszeres megszakítások
Operációs rendszerek tipikuskomponensei és jellemz
felépítése
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
27/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
27
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Operációs rendszerek részeiés szolgáltatásai
• Összetett funkcionalitás
• Rendszer feladatának dekomponálása:moduláris felépítés
• Részek (alrendszerek) elhatárolása a
funkcionalitás alapján
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Rendszerkomponensek I.• Folyamat kezel:
program végrehajtás, folyamatok ve-zérlése, szinkronizáció, kommunikáció.
• Központi tár kezel:memória kiosztás, programok betöltése,kirakása, virtuális memória kezelés.
• Állomány kezel:fájlok és könyvtárak kezelése.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
28/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
28
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Rendszerkomponensek II.• I/O kezel:
driverek, I/O eszközök kezelése.
• Másodlagos tárolók kezeli:diszkek, szalagok kezelése, ütemezés.
• Védelmi rendszer:
a folyamatok egymástól és külsbehatástól történ védelme.
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Rendszerkomponensek III.
• Hálózat kezel:elosztott rendszerekben kommunikációshálózati összeköttetés kezelése,er források távoli elérése.
• Kezeli felület:
parancsértelmez (felhasználóiinterfész).
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
29/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
29
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Operációs rendszereklegfontosabb szolgáltatásai I.
• Szolgáltatások (kényelem):
– programok végrehajtása
– I/O m#veletek
– file kezelés
– kommunikáció
– hiba detektálás, lokalizálás
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Operációs rendszereklegfontosabb szolgáltatásai II.
• Optimális m#ködés (HW kihasználás):
– er forrás foglalás,
– rendszerinformációk gy# jtése, elszámolásbiztosítása,
– védelmi és biztonsági mechanizmusokbiztosítása.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
30/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
30
Operációs rendszerek fizikaifelépítése
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Operációs rendszerekfelépítése• Komplex, nagyméret# szoftver rendszer.
• Hosszú életciklus, sok változat.
• A szoftver fejlesztés általános elveinekhasználata.
• Szempontok:
– hatékonyság
– karbantarthatóság, hordozhatóság
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
31/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
31
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Alapvet szervezési elvek I.
• Moduláris szerkezet
– Modulok jól definiált m#ködéssel.
– Példa: "klasszikus" UNIX szerkezet.
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Alapvet szervezési elvek:Monolitikus kernel
• Monolitikus kernel:
– A modulok egymással korlátozás nélkülérintkezhetnek.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
32/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
32
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Monolitikus kernel APL1 APL2
Modul0
Modul2
Modul3
Modul1
Modul4
HW
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Alapvet szervezési elvek:Rétegszerkezet • Rétegszerkezet:
– interfészek használata,
– adatok elrejtése.
• Nehéz tiszta rétegszerkezetben afunkciók egymásra építése.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
33/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
33
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Rétegszerkezet
2. réteg
APL1 APL2
HW
4. réteg
3. réteg
1. réteg
rejtettadatok
interfészek
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Alapvet szervezési elvek:Kliens-szerver m# ködés• Kliens-szerver m#ködés:
– Modulok:szolgáltatások nyújtása és használata.
– Szolgáltatások igénybevételekommunikációs csatornán keresztül.
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
34/35
Dr. Benyó Balázs
Operációs rendszerek
34
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Kliens-szerver m#ködés
kliens szerver
1. kérés
3. válasz2. szolgáltatás
kliens
klienskliens
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Kliens-szerver m#ködésoperációs rendszerekbenKliens
applikáció
Mikrokernel
Hardver
Folyamatkezel
MemóriaManager
Fileszerver
Hálózatiszerver
user mód
kernel mód
válasz kérés
válasz kérés
-
8/20/2019 Or 01 Bevezetes
35/35
Dr. Benyó Balázs
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Alapvet szervezési elvek:Virtuális gép
• Virtuális gép (virtual machine, VM): – réteg szerkezet speciális használata
– HW teljes kör # szimulációja (védettutasítások is).
– Elny:• valós HW er források osztott kezelése,
• különböz operációs rendszerek akáregyidej#leg is, változtatás nélkül futtathatók.
– Java VM (hordozható!), PC emulátorok
vasárnap, 2005. november27.
Dr. Benyó BalázsOperációs rendszerek II.
Virtuális gép
Hardver
Kernel
Vi r t uáli s gép f elüle t
Alkal-mazás
Alkal-mazás
Alkal-mazás
O.R.O.R.O.R.