Działanie systemu

operacyjnego

Działanie systemu

operacyjnego

Budowa systemu komputerowego

Budowa systemu komputerowego

Jednostka

centralna

Sterownik

dysku

Sterownik

pamięci

operacyjnej

Sterownik

drukarki

Sterownik

sieci

Pamięć

operacyjna

Szyna systemowa
(magistrala danych)

Przerwania

Przerwania

Przerwanie

jest sygnałem pochodzącym od

jest sygnałem pochodzącym od

sprzętu lub oprogramowania i sygnalizuje

sprzętu lub oprogramowania i sygnalizuje

wystąpienie

wystąpienie zdarzenia

Sygnały przerwań od sprzętu wysyłane są

Sygnały przerwań od sprzętu wysyłane są

do procesora najczęściej za pośrednictwem

do procesora najczęściej za pośrednictwem

szyny systemowej

szyny systemowej

Oprogramowanie może spowodować

Oprogramowanie może spowodować

przerwanie poprzez wykonanie

przerwanie poprzez wykonanie

wywołania

wywołania

systemowego

systemowego

Zdarzenia powodujące przerwanie:

Zdarzenia powodujące przerwanie:

Zakończenie operacji wejścia-wyjścia

Dzielenie przez zero,

Dzielenie przez zero,

Niedozwolony dostęp do pamięci,

Niedozwolony dostęp do pamięci,

Zapotrzebowanie na usługę systemu,

Zapotrzebowanie na usługę systemu,

itd., itp..

itd., itp..

Każdemu przerwaniu odpowiada procedura

Każdemu przerwaniu odpowiada procedura

obsługi.

obsługi.

Wykres czasowy przerwań procesu
wykonującego operację wejścia-wyjścia

Wykres czasowy przerwań procesu
wykonującego operację wejścia-wyjścia

Proces
użytkownika

Obsługa
przerwań I/O

Wył

Zał

START

START STOP

STOP

Procesor

Urządzenie
wejścia-wyjścia

Wektor przerwań

Wektor przerwań

Aby przyspieszyć operację obsługi przerwań

Aby przyspieszyć operację obsługi przerwań

stosuje się tablicę wskaźników do procedur

stosuje się tablicę wskaźników do procedur

obsługujących poszczególne przerwania.

obsługujących poszczególne przerwania.

Indeksy tej tablicy odpowiadają numerom

Indeksy tej tablicy odpowiadają numerom

urządzeń „generujących” przerwania, a

urządzeń „generujących” przerwania, a

elementami tablicy są adresy procedur

elementami tablicy są adresy procedur

obsługujących przerwania.

obsługujących przerwania.

Przy przejściu do obsługi przerwania należy

Przy przejściu do obsługi przerwania należy

zapamiętać adres przerwanego rozkazu, a

zapamiętać adres przerwanego rozkazu, a

także np. zawartości rejestrów, jeżeli

także np. zawartości rejestrów, jeżeli

obsługa przerwania zmienia je.

obsługa przerwania zmienia je.

W nowych systemach adres powrotny

W nowych systemach adres powrotny

przechowywany jest na stosie systemowym.

przechowywany jest na stosie systemowym.

Podczas obsługi jednego przerwania inne są

Podczas obsługi jednego przerwania inne są

wyłączone, lub ustalone są

wyłączone, lub ustalone są

priorytety

priorytety

przerwań

przerwań

(przerwania maskowane).

(przerwania maskowane).

Wyjątki

Wyjątki

Pułapka (wyjątek) jest rodzajem przerwania

Pułapka (wyjątek) jest rodzajem przerwania

generowanym przez oprogramowanie, a

generowanym przez oprogramowanie, a

spowodowanym przez błąd numeryczny (np.

spowodowanym przez błąd numeryczny (np.

dzielenie przez zero) lub przez niewłaściwy

dzielenie przez zero) lub przez niewłaściwy

dostęp do pamięci, bądź też na specjalne

dostęp do pamięci, bądź też na specjalne

zamówienie użytkownika (wywołanie

zamówienie użytkownika (wywołanie

procedury obsługiwanej przez system

procedury obsługiwanej przez system

operacyjny)

operacyjny)

Obsługa wejścia-wyjścia

Obsługa wejścia-wyjścia

a) synchroniczna:

a) synchroniczna:

b) asynchroniczna

AKTYWNOŚĆ

STER. I/O

O.P.

TRANSMISJA

AKTYWNOŚĆ

STER. I/O

O.P.

Asynchroniczne wejście-wyjście

Asynchroniczne wejście-wyjście

W czasie wykonywania operacji wejścia

W czasie wykonywania operacji wejścia

-

-

wyjścia jednostka centralna systemu może

wyjścia jednostka centralna systemu może

być użyta do obliczeń lub do rozpoczynania

być użyta do obliczeń lub do rozpoczynania

operacji wejścia

operacji wejścia

-

-

wyjścia z innych urządzeń.

wyjścia z innych urządzeń.

Ponieważ operacje I/O są powolne w

Ponieważ operacje I/O są powolne w

porównaniu z szybkością procesora, może

porównaniu z szybkością procesora, może

on w międzyczasie obsłużyć kilka innych

on w międzyczasie obsłużyć kilka innych

zadań.

zadań.

Bezpośredni dostęp do pamięci (DMA)

Bezpośredni dostęp do pamięci (DMA)

W przypadku wolnych urządzeń I/O,

W przypadku wolnych urządzeń I/O,

obsługa przesyłania danych z bufora

obsługa przesyłania danych z bufora

urządzenia do pamięci, nie angażuje zbytnio

urządzenia do pamięci, nie angażuje zbytnio

procesora.

procesora.

Dla urządzeń szybkich (dysk, sieć)

Dla urządzeń szybkich (dysk, sieć)

wygodniej jest przesyłać cały blok danych

wygodniej jest przesyłać cały blok danych

bezpośrednio do pamięci, bez angażowania

bezpośrednio do pamięci, bez angażowania

procesora. Umożliwia to mechanizm

procesora. Umożliwia to mechanizm

Direct

Direct

Memory

Memory

Access, realizowany sprzętowo.

Access, realizowany sprzętowo.

Uwaga! Kradnie cykle pamięci!

Uwaga! Kradnie cykle pamięci!

Pamięć komputerowa

Pamięć komputerowa

Taśma magnetyczna

Dysk optyczny

Dysk magnetyczny

Dysk elektroniczny

Pamięć operacyjna

Pamięć podręczna

Rejestry

Dwa tryby pracy procesora

Dwa tryby pracy procesora

Procesor rozróżnia dwa tryby

Procesor rozróżnia dwa tryby

:

:

Tryb użytkownika (z ograniczeniami)

Tryb użytkownika (z ograniczeniami)

Tryb monitora, nadzorcy, systemu,

Tryb monitora, nadzorcy, systemu,

uprzywilejowany. Wykonuje potencjalnie

uprzywilejowany. Wykonuje potencjalnie

niebezpieczne operacje. Są to tzw.

niebezpieczne operacje. Są to tzw. operacje
uprzywilejowane.

Operacje wejścia/wyjścia nie są

bezpośrednio dostępne dla użytkownika
(musi o nie prosić system operacyjny).

Użytkownik ma dostęp tylko do pamięci

przydzielonej swojemu programowi.

Nie wolno też dopuścić do tego, aby system

stracił kontrolę nad procesorem, np. przez
nieskończoną pętlę w programie
użytkownika.

Proces

Proces

Proces

jest programem, który jest aktualnie

jest programem, który jest aktualnie

wykonywany.

wykonywany.

Jest to jednostka pracy w systemie.

Jest to jednostka pracy w systemie.

System składa się ze zbioru procesów, z

System składa się ze zbioru procesów, z

których część to procesy systemu

których część to procesy systemu

operacyjnego, a pozostałe są procesami

operacyjnego, a pozostałe są procesami

użytkowymi.

użytkowymi.

Zarządzanie procesami przez OS

Zarządzanie procesami przez OS

Tworzenie i usuwanie procesów użytkowych

Tworzenie i usuwanie procesów użytkowych

i systemowych,

i systemowych,

wstrzymywanie i wznawianie procesów,

wstrzymywanie i wznawianie procesów,

dostarczanie mechanizmów synchronizacji

dostarczanie mechanizmów synchronizacji

procesów,

procesów,

dostarczanie mechanizmów komunikacji

dostarczanie mechanizmów komunikacji

procesów,

procesów,

dostarczanie mechanizmów obsługi

dostarczanie mechanizmów obsługi

zakleszczeń.

zakleszczeń.

Zarządzanie pamięcią przez OS

Zarządzanie pamięcią przez OS

Ewidencja aktualnie zajętych obszarów

Ewidencja aktualnie zajętych obszarów

pamięci, informacja o użytkownikach

pamięci, informacja o użytkownikach

danych obszarów,

danych obszarów,

decydowanie o tym, które procesy mają być

decydowanie o tym, które procesy mają być

załadowane do zwolnionych obszarów

załadowane do zwolnionych obszarów

pamięci,

pamięci,

przydzielanie i zwalnianie obszarów pamięci

przydzielanie i zwalnianie obszarów pamięci

stosownie do potrzeb.

stosownie do potrzeb.

Zarządzanie plikami przez OS

Zarządzanie plikami przez OS

Tworzenie i usuwanie plików,

Tworzenie i usuwanie plików,

tworzenie i usuwanie katalogów,

tworzenie i usuwanie katalogów,

dostarczanie elementarnych informacji do

dostarczanie elementarnych informacji do

manipulowania plikami i katalogami,

manipulowania plikami i katalogami,

odwzorowanie plików na obszary pamięci

odwzorowanie plików na obszary pamięci

pomocniczej,

pomocniczej,

składowanie plików na trwałych nośnikach

składowanie plików na trwałych nośnikach

pamięci.

pamięci.

Inne funkcje systemu operacyjnego

Inne funkcje systemu operacyjnego

Zarządzanie systemem wejścia

Zarządzanie systemem wejścia

-

-

wyjścia

wyjścia

(buforowanie, pamięć,

(buforowanie, pamięć,

spooling

spooling

, interfejs,

, interfejs,

moduły sterujące),

moduły sterujące),

zarządzanie pamięcią pomocniczą

zarządzanie pamięcią pomocniczą

(dyskową),

(dyskową),

praca sieciowa,

praca sieciowa,

system ochrony,

system ochrony,

system interpretacji poleceń (powłoka).

system interpretacji poleceń (powłoka).

Usługi systemu operacyjnego

Usługi systemu operacyjnego

Wykonanie programu,

Wykonanie programu,

operacje wejścia

operacje wejścia

-

-

wyjścia,

wyjścia,

manipulowanie systemem plików,

manipulowanie systemem plików,

komunikacja między procesami,

komunikacja między procesami,

wykrywanie błędów.

wykrywanie błędów.

przydzielanie zasobów,

przydzielanie zasobów,

rozliczanie

rozliczanie

ochrona

ochrona

Funkcje systemowe

Funkcje systemowe

Tworzą interfejs pomiędzy wykonywanym

Tworzą interfejs pomiędzy wykonywanym

programem a systemem operacyjnym.

programem a systemem operacyjnym.

Poprzez f.s. program użytkownika „daje

Poprzez f.s. program użytkownika „daje

zlecenia” systemowi operacyjnemu.

zlecenia” systemowi operacyjnemu.

F.S. - Nadzorowanie procesów

F.S. - Nadzorowanie procesów

Załadowanie lub wykonanie programu,

Załadowanie lub wykonanie programu,

zakończenie lub zaniechanie procesu,

zakończenie lub zaniechanie procesu,

utworzenie lub zakończenie procesu

utworzenie lub zakończenie procesu

(potomnego),

(potomnego),

pobranie lub ustawienie parametrów

pobranie lub ustawienie parametrów

procesu,

procesu,

czekanie czasowe,

czekanie czasowe,

oczekiwanie na zdarzenie lub sygnalizacja

oczekiwanie na zdarzenie lub sygnalizacja

zdarzenia,

zdarzenia,

przydział i zwolnienie pamięci.

przydział i zwolnienie pamięci.

F.S. - Operacje na plikach

F.S. - Operacje na plikach

Utworzenie lub usunięcie pliku,

Utworzenie lub usunięcie pliku,

otwarcie lub zamknięcie pliku,

otwarcie lub zamknięcie pliku,

czytanie, pisanie lub zmiana położenia,

czytanie, pisanie lub zmiana położenia,

pobranie lub ustawienie atrybutów pliku.

pobranie lub ustawienie atrybutów pliku.

F.S. - Operacje na urządzeniach

F.S. - Operacje na urządzeniach

Zamówienie lub zwolnienie urządzenia,

Zamówienie lub zwolnienie urządzenia,

czytanie, pisanie lub zmiana położenia,

czytanie, pisanie lub zmiana położenia,

pobranie lub ustawienie atrybutów

pobranie lub ustawienie atrybutów

urządzenia,

urządzenia,

logiczne przyłączanie lub odłączanie

logiczne przyłączanie lub odłączanie

urządzeń.

urządzeń.

F.S. - Utrzymywanie informacji

F.S. - Utrzymywanie informacji

Pobranie lub ustawienie daty/czasu,

Pobranie lub ustawienie daty/czasu,

pobranie lub ustawienie danych

pobranie lub ustawienie danych

systemowych,

systemowych,

pobranie atrybutów procesu, pliku lub

pobranie atrybutów procesu, pliku lub

urządzenia,

urządzenia,

ustawienie atrybutów procesu, pliku lub

ustawienie atrybutów procesu, pliku lub

urządzenia.

urządzenia.

F.S. - Komunikacja

F.S. - Komunikacja

Utworzenie, usunięcie połączenia

Utworzenie, usunięcie połączenia

komunikacyjnego,

komunikacyjnego,

nadawanie, odbieranie komunikatów,

nadawanie, odbieranie komunikatów,

przekazywanie informacji o stanie,

przekazywanie informacji o stanie,

przyłączanie i odłączanie urządzeń

przyłączanie i odłączanie urządzeń

zdalnych.

zdalnych.

Programy systemowe

Programy systemowe

Manipulowanie plikami,

Manipulowanie plikami,

informowanie o stanie systemu,

informowanie o stanie systemu,

tworzenie i zmienianie zawartości plików,

tworzenie i zmienianie zawartości plików,

translatory języków programowania,

translatory języków programowania,

ładowanie i wykonywanie programów,

ładowanie i wykonywanie programów,

komunikacja.

komunikacja.

Struktura systemu - UNIX

Struktura systemu - UNIX

Użytkownicy

Powłoki i polecenia

Kompilatory i interpretery

Biblioteki systemowe

Interfejs funkcji systemowych jądra

Sygnały
Obsługa terminali
System znakowego
wejścia-wyjścia
Moduły sterujące
terminali

System plików
Wymiana
System blokowego
wejścia-wyjścia
Moduły sterujące
dysków i taśm

Planowanie
przydziału procesora
Zstępowanie stron
Stronicowanie
na żądanie
Pamięć wirtualna

Interfejs między jądrem a sprzętem

Sterowniki terminali

Terminale

Sterowniki urządzeń

Dyski i taśmy

Sterowniki pamięci

Pamięć operacyjna

Struktura warstwowa

Struktura warstwowa

Warstwa M

Warstwa M

Warstwa M-1

Warstwa M-1

Warstwa M-2

Warstwa M-2

Stare
operacje

Nowe
operacje

Najnowsze
operacje

Przykładowa struktura warstwowa

Przykładowa struktura warstwowa

Warstwa 5: programy użytkowe

Warstwa 5: programy użytkowe

Warstwa 4: buforowanie urządzeń wejścia i

Warstwa 4: buforowanie urządzeń wejścia i

wyjścia

wyjścia

Warstwa 3: program obsługi konsoli operatora

Warstwa 3: program obsługi konsoli operatora

Warstwa 2: zarządzanie pamięcią

Warstwa 2: zarządzanie pamięcią

Warstwa 1: planowanie przydziału procesora

Warstwa 1: planowanie przydziału procesora

Warstwa 0: sprzęt

Warstwa 0: sprzęt