programska podrškavlado/mtst2013/oi_2013_3_programska_podrska.pdfvirtualna memorija kernel...

1010

0101

Osnove informatike s primjenom računala ©2013

Programska podrška

1010

0101

Osnove informatike s primjenom računala ©2013 Stranica 2/53

Sadržaj

• operativni sustav (OS) – pojmovi

• komponente os-a

• tipovi os-a

• datotečni sustav

• organizacija podataka

1010

0101


Operativni sustav

• Operativni sustav je svojevrsna „baza“ na kojoj je počiva

rad cijelog računala;

Operativni sustav podržava rad hardvera te čini bazu za rad

ostalih aplikacija;

• Neke verzije operativnih sustava dodatnu pažnju

posvećuju sigurnosti i upravljanja korisničkim pravima i

zaštiti podataka;

1010

0101


Operativni sustav - povijest

• batch processing (IBM 1950)

red poslova izvršavanje poslova

računalo

korisnici

poslovi: programi, podaci, upute

rezultati

1010

0101


OS podjela I

• Podjela prema radnom sučelju:

• grafičko (MS Windows, Mac OS X, Linux);

• tekstualno (UNIX, Free DOS);

1010

0101


OS podjela II

• Podjela prema prema cijeni OS-a:

• komercijalni (MS Windows, Mac OS X);

• besplatan (Linux, Free DOS, FreeBSD);

• Podjela prema prema namjeni OS-a:

• klijentski (MS Windows, Linux – desktop verzije);

• serverski (MS Windows Server, Linux server verzije);

1010

0101


OS podjela III

• Podjela prema prema prema broju korisnika koji

pristupaju OS-u :

• višekorisničkom OS-u (Multi-user OS) istovremeno pristupa više

korisnika od jednom. Višekorisnički sustav ne smije se

poistovjećivati sa OS koji ima više različitih korisnika!

• jednokorisnički OS (Single-user OS) podržava rad samo jednog

korisnika u određenom trenutku;

1010

0101


OS podjela IV

• Podjela prema broju obrada podataka koje može

istovremeno izvršavati:

• pojedinačna obrada (single – tasking): dozvoljeno je

pokretanje samo jednog programa (DOS);

• višezadaćnost (multi – tasking): izvršenje više

programa istovremeno;

1010

0101


OS podjela V

• Podjela prema tipu višezadaćnosti*:

• prethodno definirana (pre-emptive): svakom programu

se dodjeljuje određeno vrijeme u kojem se izvršava obrada.

Nakon isteka vremena, obrađuju se podaci drugog

programa – postupak se ciklički izmjenjuje;

• suradnička (cooperative): izvršni program koji trenutno

zauzima resurse procesora mora nakon nekog vremena

ponuditi drugom izvršnom programu mogućnost kontrole

i preuzimanja resursa procesora (loše napisan ili

„zlonamjeran“ kôd mogu zadržati resurse i

time „srušiti“ sustav);

*- jedan procesor izvršava više „niti“ (thread);

1010

0101


OS podjela VI

• Podjela prema broju računala na kojima se izvršava:

• lokalni sustav: OS se izvršava na jednom računalu

• distribuiran sustav: OS se izvršava na više

samostalnih računala koje korisnici u radu percipiraju

kao jedno samostalno računalo;

1010

0101


Komponente operativnog sustava

• Jezgra sustava (kernel);

• Kontrola procesa;

• Prekidi (interupt);

• Način rada (mod);

• Upravljanje memorijom;

• Virtualna memorija;

• Datotečni sustav;

• Upravljački programi (driver);

korisnici

Ljuska (Shell)

Jezgra OS-a (Kernel)

1010

0101


Komponente operativnog sustava II

Jezgra sustava

• Pomoću upravljačkih i pogonskih programa (driver) kernel

nadzire funkcioniranje komponenti računala;

• Kernel je posrednik između aplikacija koje se izvršavaju na

računalu i komponenti računala;

Procesor Memorija Uređaji

Kernel

Aplikacija

1010

0101


Komponente operativnog sustava III

Prekidi

• osiguravaju interakciju i reakciju OS prilikom

komunikacije ili promjenama u okolini;

• nakon primitka prekida (interupt-a), zaustavlja se rad na

programu i pokreće se kôd (koji je predviđen za taj

prekid);

• IRQ (Interrupt request): oznaka prekida - viši broj prekida

označava viši prioritet;

1010

0101


Komponente operativnog sustava IV

Prekidi

• IRQ0 – vrijeme sustava (system clock);

• IRQ1 – tipkovnica;

• IRQ3 i IRQ4 – serijska komunikacija;

• IRQ10 i IRQ11 – na raspolaganju za dodatne uređaje npr.

dodatne kartice i kontrolere;

Ako se na računalo spoje dva uređaja sa istim IRQ-om

dolazi do konflikta!

1010

0101


Komponente operativnog sustava V

Način rada (mod)

• nadzorni mod rada (supervisor mode)

ovaj mod rada koristi se za neograničeni pristup hardveru (npr.

pristup memoriji ili rad sa grafičkom karticom). U ovom modu

rada funkcionira kernel;

• zaštićeni mod rada (protected mode)

komunikacija posredstvom kernela

1010

0101


Komponente operativnog sustava VI

• zaštićeni mod rada: aplikacije nemaju mogućnost direktne

komunikacije sa hardverom nego se komunikacija odvija

posredstvom kernela (koji funkcionira u nadzornom modu rada);

kernel

Ring 0

Ring 1

Ring 2

Ring 3

Ring 1

Pogonski program

Ring 2

Pogonski program

Ring 3

Aplikacija

Zaštićeni mod rada

1010

0101


Upravljanje memorijom

• Budući se na računalu izvršava više programa potrebno

je implementirati proces koji će upravljati radnom

memorijom

• Svaki program mora imati direktan pristup samo jednom

segmentu memorije koji se ne „preklapa“ sa

memorijskim prostorom drugog programa •

• Kernel upravlja i nadzire korištenje memorije namjenjene

programu. Ukoliko program pokuša pristupiti segmentu

memorije koji mu nije namjenjen, kernel će automatski

spriječiti pristup

1010

0101


Upravljanje memorijom II

• U slučaju

„pada“

programa

briše se

samo

segment

memorije

koji je bio

namjenjen

tom

programu;

Kod programa

Podaci

Slobodna

memorija

Privremeni

podaci

Segment

memorije

pokrenute

aplikacije

Rast zauzeća

A

A

B

C

Gbx

0

RAM

1010

0101


Virtualna memorija

Kernel odlučuje

gdje će biti

alocirana

memorija za

pojedini program

ili proces;

Ukoliko se dio

memorije rjeđe

koristi ili u radnoj

memoriji (RAM)

nema dovoljno

mjesta, kernel

može pohraniti

segment na

tvrdom disku

(swapping);

0x00000000

0xFFFFFFFF

Ukupni

memorijski

prostor

potreban za

rad sustava

Hard disk

RAM

Memorijski

prostor

pohranjen

na tvrdom

disku

Memorijski

prostor

pohranjen u

RAM

memoriji

1010

0101


Tipovi operativnih sustava

BIOS (Basic Input/Output System)

• Osnovni ulazno / izlazni sustav koji se prvo pokreće

nakon pokretanja računala. Koristi se za komunikaciju

između hardverskih komponenti i programske podrške;

• BIOS je pohranjen u čipu koji se nalazi na matičnoj ploči

računala;

1010

0101


BIOS II

• BIOS ima ulogu postavljanja osnovnih radnih parametara

komponenti računala kao što su:

• podešavanje radnih parametara;

• uključivanje / isključivanje pojedinih komponenti;

• podešavanje sata i datuma;

• podešavanje jedinica koje će se koristiti prilikom

pokretanja sustava (boot);

1010

0101


BIOS III

• BIOS je moguće nadograditi novim funkcijama npr.

podrška za brže memorije;

• Postupak nadogradnje (firmware) mora biti pažljivo

proveden jer je moguće nepovratno oštetiti matičnu

ploču;

• Iz potrebe za podrškom za novijim komponentama i

bržim startanjem računala razvijen je (U)EFI - (Unified)

Extensible Firmware Interface;

1010

0101


Windows

Microsoft Windows

• Operativni sustav razvijen od strane kompanije Microsoft;

• Microsoft je razvio operativni sustav DOS (Disk Operating System);

• MS DOS nema grafičko nego tekstualno sučelje;

• Do verzije 6.22 DOS je bio samostalan OS. Od pojave MS Windows 95, DOS više nije samostalan OS nego se pokreće „unutar“ prozora;

• Prva verzija Windows OS-a: 20. studenog 1985;

1010

0101


Windows II

Značajne verzije:

• Windows 3.1 - TrueType font;

• Windows 95 – novo grafičko sučelje – GUI (Graphic User Interface);

• Windows NT 4.0 – Win95 GUI, izdaje se u dvije verzije: Server i Workstation;

• Windows XP (eXPerience ) – ClearType fontovi, novo sučelje, hibernacija;

• Windows CE (Embedded Compact) – verzije za navigaciju, mobitele, ostale uređaje;

• Windows 7 – novo sučelje, stabilan rad

• Windows 8 i 8.1 – metro sučelje

1010

0101


Windows III

DOS jezgra OS-a - 16/32 bitni hibrid:

• Windows 3.1, Windows for Workgroups 3.11, Windows 95 / 98 / Me

NT jezgra OS-a - 32 / 64 bitni OS:

• Windows NT 3.51 / NT 4.0 / 2000 (NT 5.0) Nakon verzije MS Windows 2000 ne izdaju se verzije sa DOS jezgrom;

• Windows XP NT (5.1) • Windows Server 2003 (NT 5.2) • Windows Vista (NT 6.0) • Windows Server 2008 (NT 6.0) • Windows 7 (NT 6.1) • Windows Server 2008 R2 (NT 6.1) • Windows 8 (NT 6.2) • Windows 8.1 (NT 6.3) • Windows Server 2012 R2 (NT 6.3)

1010

0101


UNIX

• UNIX - Uniplexed Information and Computing System,

CS = X;

• Razvoj je započeo 1969. godine u Bell Labs-u;

• Od samog početka razvoja je višekorisnički (Multiuser) i

višezadačni (Multitasking) sustav;

• UNIX je izveden sa tekstualnim sučeljem. Moguće je

pokrenuti poseban shell (X-Windows) koji će omogućava

rad u grafičkom sučelju;

• Linux i Mac OS X su bazirani na UNIX-u;

1010

0101


UNIX II

• Modularnost UNIX-a: svaki modul UNIX-a se može

zamjeniti željenom verzijom ili isključiti prema

korisničkim pravima – time se dobiva na prilagodljivosti i

fleksibilnosti;

Hardver

Kernel

Libraries - Biblioteke

Shell - Ljuska

AplikacijeHardver – komponente računala; Kernel – jezgra OS-a; Biblioteke – skup datoteka sa napisanim kodom; Ljuska – korisničko sučelje; Aplikacije – korisnički programi;

1010

0101


Linux

• OS nastao na bazi UNIX-a;

• Cjelokupan programski kod je javno dostupan i besplatan;

• Neke distribucije se naplaćuju;

• Mnoštvo različitih verzija tj. distribucija: Debian, Ubuntu, Knoppix, Fedora, Red Hat, Gentoo...;

• Linux se izdaje u verziji za osobna računala, servere i samostalne uređaje;

• Android OS: Linux kernel + Java biblioteke

1010

0101


Pokretanje os-a

Bootstrap program

Glavna memorija Sekundarna memorija

1

2

1010

0101


Datotečni sustav

Datotečni sustav OS-a definira način:

• organizacije podataka;

• pohrane podataka;

• pristupa željenim podacima;

• osvježavanja postojećih podataka;

1010

0101


Tipovi datotečnih sustava

• Diskovni datotečni sustavi (Disk file systems): kao npr.

FAT, FAT32, NTFS (MS Windows), HFS, HFS+ (Mac OS) ili

ext2, ext3, XFS (UNIX / Linux) koriste se na tvrdim

diskovima i iskorištavaju njihove karakteristike kao što su

brzina pisanja i čitanja te velik kapacitet.

• Optički diskovi (CD, DVD, Blu-Ray) imaju drugačiji

datotečni sustav kao ISO 9660 tj. CDFS (Compact Disc

File System) ili UDF (Universal Disk Format);

1010

0101


Tipovi datotečnih sustava II

• Datotečni sustavi Flash memorija (Flash file systems):

iskorištavaju karakteristike i ograničenja flash memorija,

veliku brzinu, ali ograničen broj zapisivanja podataka;

• Datotečni sustavi traka (Tape file systems): koriste se na

sustavima za arhiviranje podataka na magnetnim

trakama. Sustav ima velik kapacitet, ali su podaci

pohranjeni na različitim pozicijama na traci. Da bi

pristupili podacima potrebno je premotavati traku u

određenom smjeru i na određenu udaljenost što zahtjeva

određeno vrijeme njihovog pronalaženja;

1010

0101


Tipovi datotečnih sustava III

• Transakcijski datotečni sustav (Transactional file

systems): osigurava povratak sadržaja više datoteka kod

istovremene izmjene sadržaja tih datoteka

• Mrežni datotečni sustavi (Network file systems): djeluju

kao klijent koji pristupa podacima na udaljenom serveru.

Primjeri: NFS (Network File System) i SMB (Server Message

Block) protokoli;

1010

0101


Organizacija podataka

• Operativni sustav mora imati određeni „popis“

pohranjenih podataka kako ne bi morao pretraživati

podatke (što je sporo i neučinkovito);

• Organizacija podataka može biti izvedena prema

parametrima kao što su:

oznaka tvrdog diska: oznaka komponente računala;

oznaka particije: logički dio tvrdog diska;

naziv mape (ili foldera ili mape); naziv logičke grupe u kojoj se

podaci nalaze;

naziv datoteke: naziv datoteke sa ekstenzijom [ime

datoteke.ekstenzija];

1010

0101


Organizacija podataka II

• Dokument D može biti pohranjen u ladicu C, na polici B u ormaru A;

• Datoteka Zapisnik.doc, može biti pohranjena u direktorij Dokumenti, na particiji D, prvog tvrdog diska instaliranog na računalu:

Ormar A

Polica B

Ladica C

Dokument D

Tvrdi disk

(C:)

(D:)

Particija

Folder

Direktorij

Dokument

(Dokumenti)

Zapisnik.doc

Tvrdi

disk

Particija D

Particija C

1010

0101


Podjela datotečnih sustava prema OS-u

Osnovna podjela datotečnih sustava prema OS-u:

• MS Windows datotečni sustavi;

• Linux datotečni sustavi;

• Mac OS, ostali...

MS Windows datotečni sustavi

• Svaki operativni sustav može imati razvijen vlastiti i

podržavati dodatne datotečne sustave. MS Windows

podržava FAT, FAT 16, FAT32 i NTFS datotečne sustave.

1010

0101


MS Windows datotečni sustav

• FAT (File Alocation Table) je tablica na početku tvrdog diska unutar koje se spremaju podaci o smještaju svake datoteke na disku. Oštećenjem FAT tablice može doći do gubitka podataka. Posebne aplikacije (Data Recovery) mogu „popraviti“ oštećenu FAT tablicu;

• FAT razvijen je kad i MS-DOS (1980. god.), a razvoj posljednje verzije FAT32 završava razvojem MS Windows 98 (1998);

• FAT32 je još uvijek u upotrebi npr. MP3 player ili USB memorije. Microsoft Xbox igraća konzola koristi XFAT datotečni sustav;

1010

0101


MS Windows datotečni sustav II

• NTFS (New Technology File System) osnovni datotečni sustav MS Windows OS-a sa NT jezgrom. NTFS je nasljednik FAT32 datotečnog sustava zbog njegovih značajnih ograničenja. Razvoj je započet 1993. i traje do danas;

• Starije verzije MS Windows OS-a (MS-DOS, MS Windows 95 / 98 / Me) ne mogu čitati i zapisivati podatke u ovom formatu. Nove verzije MS Windows OS-a mogu čitati FAT i FAT16 datotečne suatave;

1010

0101


LINUX/UNIX datotečni sustav

Linux datotečni sustavi

• Linux za rad koristi mnoštvo datotečnih sustava, a

najkorišteniji su:

• ext2, ext3 i ext4 (ex = extended filesystem):

• ReiserFS, Reiser4 (FS = File System);

• XFS;

• Hijerarhijska struktura direktorija je strogo definirana.

Unutar korijenskog direktorija (foldera ili mape) nalaze se

svi ostali direktoriji i datoteke;

1010

0101


LINUX/UNIX datotečni sustav II

• Npr.direktorij /dev sadrži datoteke koje predstavljaju uređaje; /media automatski se dodaju direktoriji koji označavaju priključene uređaje; /sbin programi potrebni za podizanje sustava;

• Datoteke nemaju ekstenzije koje opisuju tip datoteke (doc - document, jpg – JPEG slika...);

• Svi priključeni uređaji na računalu tretiraju se kao datoteke;

1010

0101


Ograničenja datotečnih sustava

• Ograničenja datotečnih sustava očituju se u:

• duljini naziva datoteke ili direktorija;

• dopušteni simboli u imenu datoteke ili direktorija;

• memorijskom zauzeću datoteke;

• maksimalni memorijski kapacitet tvrdog diska;

• Maksimalni broj pod – direktorija;

• u nekim slučajevima nemoguće je konvertirati podatke iz

jednog u drugi datotečni sustav;

1010

0101


Ograničenja datotečnih sustava II

Datotečni

sustav

max. duljina naziva

max. memorijsko zauzeće

max. mem. kapacitet tvrdog

diska

FAT 32 (MS Windows)

8 znakova + 3 znaka ekstenzija

4 GB 32 GB

NTFS (MS Windows)

255 znakova 16 TB 226 TB

XFS (Linux / UNIX) 255 znakova 8 EB 16 EB

1010

0101


Karakteristike datotečnih sustava

• Imena datoteka;

• Direktorij (folder, mapa);

• Metapodaci;

• Atributi;

• Upravljanje raspoloživim kapacitetima;

1010

0101


Ime datoteke

• Ime datoteke pohranjene unutar operativnog sustava;

• Pored imena OS uz ime asocira podatke;

• putanja (path) – direktorij i/ili oznaku medija za pohranu

podataka na kojem se nalazi datoteka;

• ime (file): osnovno ime datoteke;

• tip (type): format ili ekstenzija datoteke;

• verzija (version): verzija datoteke;

1010

0101


Ime datoteke II

OS može voditi računa veličini slova u nazivu datoteke: neosjetljiv na veličinu slova (case-insensitive): MS Windows;

osjetljiv na veličinu slova (case-sensitive): UNIX, Linux

kombinacija oba slučaja (case-preservation): Mac OS X;

• Većina operativnih sustava ne dozvoljava korištenje

pojedinih simbola u imenu datoteke:

Operativni sustav Nedozvoljeni simboli u imenu

MS DOS: " * / : < > ? \ | razmak

MS Windows 95 / 98 / Me: | \ ? * < " : > + [ ] /

MS Windows NT/2000/XP/Vista / 7: / 0x00

1010

0101


Metapodaci

• Metapodaci su podaci o podacima;

• Pored osnovnih podataka o datoteci kao što su:

Name: Naziv datoteke;

Size: Veličina (memorijsko zauzeće);

Type: Tip datoteke (tekst, slika, video zapis...);

Date Modified: Datum i vrijeme zadnje promjene sadržaja;

• Operativni sustav može voditi računa o dodatnim

podacima koji se vežu uz datoteku, direktorij ili medij za

pohranu podataka;

1010

0101


Atributi

• Kada je riječ o podacima unutar operativnog sustava uz

naziv datoteke mogu biti asocirani atributi kao što su:

Read Only: nije moguće obrisati ili mijenjati sadržaj datoteke;

Hidden: datoteka nije prikazana (sakrivena je);

System: oznaka datoteka koje su bitne za rad sustava i čije se

mijenjanje ili brisanje ne preporučuje

Volume Label: Svaki medij za pohranu podataka može imati

identifikacijski naziv npr. SYSTEM za disk (ili particiju) C:

1010

0101


Atributi II

Directory: oznaka da se radi o nazivu direktorija, a ne datoteke;

Archive: oznaka datoteke za arhiviranje. Arhiviranje podataka

može biti potpuno ili samo podataka koji su se u međuvremenu

promijenili tj. inkrementalno. Označavanjem datoteke sa Archive

daje se do znanja programu za arhiviranje (backup) da je

datoteka izmijenjena i da ju je potrebno arhivirati

1010

0101


Upravljanje memorijskim kapacitetima

• Slobodan prostor za zapisivanje podataka na tvrdom

disku organiziran je u formi blokova (cluster) određene

veličine;

Iskorištavanjem jednog bloka, OS zapisuje podatke na slijedeći

slobodan blok;

Ukoliko je veličina datoteke tj. njeno memorijsko zauzeće manje

od veličine jednog bloka, tada je cijeli blok iskorišten iako u

njemu još postoji mjesta za unos podataka;

Veličina bloka je definirana od strane proizvođača operativnog

sustava;

1010

0101


Upravljanje memorijskim kapacitetima II

• Velik blok rezultira većim neiskoristivim memorijskim

prostorom (slack space), ali je nadzor i održavanje cijelog

memorijskog prostora jednostavnije i brže za operativni

sustav;

• Manji blok daje bolju iskoristivost memorijskih resursa,

ali je OS znatno opterećeniji prilikom održavanja zbog

njihovog velikog broja;

1010

0101


Upravljanje memorijskim kapacitetima III

• Veličina bloka za NTFS datotečni sustav (MS Windows) iznosi 4,00 kB (4.096 byte);

• Na disku se nalazi 100.000 tekstualnih dokumenata sa 1 znakom;

• Ukupno memorijsko zauzeće svih dokumenata iznosi: 100.000 x 1 byte = 100.000 byte = 97,65 kB

• Ukupno memorijsko zauzeće svih dokumenata na disku iznosi:

• 100.000 x 4.096 byte = 409.600.000 byte = 400.000 kB = 390,62 MB

• Zauzeće na tvrdom disku je veće 4.096 puta nego potrebna memorija za pohranu dokumenata;

Memorijski kapacitet

jednog bloka [4 kB]

Veličina datoteke

[18 kB]

Slobodan prostor

[12 kB]

Neiskoristiv prostor

[2 kB]

Ukupan prostor

[32 kB]

1010

0101


Pogonski programi

• Pogonski program (Driver) je aplikacija koja omogućava

korištenje računalne komponente;

Pogonski program instalira korisnik ili ga je proizvođač isporučio

unutar operativnog sustava;

Operativni sustav mora omogućiti proizvođačima hardvera

precizne specifikacije kako komunicira sa određenim hardverom

preko sabirnice ili preko porta;

Noviji operativni sustavi izvršavaju pogonske programe u pre-

emptive multitasking („predviđena višezadaćnost“) modu. Svaka

aplikacija se izvršava samo određeno vrijeme;

Loše napisan ili problematičan pogonski program u

kooperativnom načinu rada (cooperative multitasking) može

blokirati rad cijelog sustava – ovaj način rada koristili su stariji

operativni sustavi;

1010

0101


Literatura

programska podrškavlado/mtst2013/oi_2013_3_programska_podrska.pdfvirtualna memorija kernel...

Documents