1. Jaka jest różnica pomiędzy wieloprogramowaniem a wielozadaniowością?

Wieloprogramowanie polega na tym, że w tym samym czasie system operacyjny przechowuje w pamięci operacyjnej kilka zadań (z puli wszystkich zadań zgromadzonych na dysku). System operacyjny wybiera jedno z zadań i rozpoczyna jego wykonanie. W przypadku gdy zadanie zacznie oczekiwać na jakąś pracę np. zakończenie operacji wejścia-wyjścia CPU przechodzi do wykonywania innego zadania. Procesor jest więc zajęty dopóki choćby jedno zadanie jest do wykonania. Natomiast wielozadaniowość jest rozszerzeniem wieloprogramowości. Procesor wykonuje na przemian kilka różnych zadań - co więcej przełączanie miedzy nimi następuje tak często, ze użytkownicy mogą współdziałać z każdym programem podczas jego wykonywania.

2. Na czym polega i jaka jest różnica pomiędzy planowaniem (szeregowaniem) zadań, a planowaniem przydziału procesora?

System operacyjny – definicja i zadania:
System operacyjny (ang. Operating System) – zarządza systemem komputerowym i tworzy bazę danych dla programów użytkowych i działa jako pośrednik pomiędzy użytkownikiem a sprzętem komputerowym.
Niekiedy spotykamy się z definicją, że system operacyjny jest to program, który działa w komputerze bez przerwy – nazywany jest on zazwyczaj jądrem. Wszystkie inne programy są programami użytkownika.
Przyjmuje się jednak również, że nie ma w pełni adekwatnej definicji systemu operacyjnego. Co więcej, nie dysponujemy uniwersalnie akceptowanym zbiorem funkcji, które powinien udostępniać.

Zadania systemu operacyjnego:

• Tworzenie środowiska, w którym użytkownik może wykonywać programy w wygodny i wydajny sposób.

• Zagwarantowanie bezbłędnej pracy systemu komputerowego, (zapobieganie zaburzeniom powstałym przez programy użytkowe) właściwe działanie systemu operacyjnego, możliwe jest jedynie wówczas, gdy sprzęt komputerowy dostarczy systemowi odpowiednich do tego mechanizmów.

• Dostarczanie programom i użytkownikom usług ułatwiających ich zadania (usługi różnią się od siebie w rożnych systemach).

Na czym polega i jaka jest różnica pomiędzy planowaniem (szeregowaniem) zadań, a planowaniem przydziału procesora? *

Różnica pozornie wydaje się być łatwa. Szeregowanie zadań polega na poukładaniu poszczególnych zadań w odpowiedniej kolejności i z odpowiednim priorytetem w „kolejce” do procesora, większość z nich jest wykonywana całościowo, jednakże takowy proces może zostać zatrzymany i odłożony „na potem”. Planowanie przydziału procesora, jest to wybieranie w jakiej kolejności, takie procesy mają być szeregowane, to znaczy czy wg priorytetów, czy z wywłaszczaniem czy bez. W informatyce wyróżnia się wiele algorytmów planowania. Zależnie od wyboru planowania zostają szeregowane procesy.

3. Wymień trzy główne zalety systemów wieloprocesorowych.

Trzy główne zalety systemów wieloprocesorowych:

- zwiększona przepustowość (większa liczba procesów wykonywana w krótszym czasie),

- zwiększona niezawodność – zadania w systemie rozdzielone są na daną liczbe procesorów, dzięki temu awaria jednego z nich nie powoduje zatrzymania systemu lecz jedynie spowalnia jego działanie,

- zdolność do kontynuowania usług na poziomie proporcjonalnym do używanego/działającego sprzętu nazywaną łagodną degradcają a systemu zaprojektowane z uwzględnieniem owej nazywamy systemami tolerującymi degradacje,

- ekonomika skali.

4. Czym różni się wieloprzetwarzanie symetryczne od wieloprzetwarzania asymetrycznego w systemach wieloprocesorowych?

Wieloprzetwarzanie symetryczne (ang. symmetric multiprocessing), model przetwarzania wieloprocesorowego, w którym każdy procesor wykonuje tę samą kopię systemu operacyjnego, nawiązującą w razie potrzeby kontakt z innymi kopiami.

Występuje w sytuacji, gdy żaden procesor nie jest wyróżniony i wszystkie mogą wykonywać takie same zadania

Przykładem wieloprzetwarzania symetrycznego jest działanie systemu Encore.

Wieloprzetwarzanie asymetryczne (z ang. asymmetric multiprocessing), system przetwarzania danych, w którym decyzje dotyczące planowania, wykonywanie operacji wejścia-wyjścia i inne prace administracyjne są wykonywane przez jeden procesor główny, który zleca pozostałym procesorom do wykonania zadania użytkowe.

Występuje w sytuacji, gdy wyróżniony procesor główny zarządza całym systemem i przydziela zadania innym procesorom.

Wieloprzetwarzanie asymetryczne jest stosowane w bardzo dużych systemach, w których przetwarzanie wejścia-wyjścia zajmuje znaczącą część czasu.

5. Wymień i omów trzy wybrane zalety systemów rozproszonych.

• Podział zasobów: Po połączeniu ze sobą różnych stanowisk (o różnych możliwościach) użytkownik jednego stanowiska może korzystać z zasobów dostępnych na innym. Na przykład użytkownik węzła A może korzystać z drukarki laserowej zainstalowanej w węźle B. Użytkownik węzła B może w tym samym czasie mieć dostęp do pliku znajdującego w A. Mówiąc ogólnie, podział zasobów w systemie rozproszonym tworzy mechanizmy dzielonego dostępu do plików w węzłach zdalnych, przetwarzania informacji w rozproszonych bazach danych, drukowania plików w węzłach zdalnych, zdalnego użytkowania specjalizowanych urządzeń sprzętowych (np. odznaczających się wielką szybkością procesorów tablicowych) i wykonywania innych operacji.

• Przyspieszanie obliczeń (ang. load sharing): Jeśli pewne obliczenie da się rozłożyć na zbiór obliczeń cząstkowych, które można wykonywać współbieżnie, to system rozproszony umożliwia przydzielenie tych obliczeń do poszczególnych stanowisk i współbieżne ich wykonanie. Ponadto, jeżeli pewne stanowisko jest w danej chwili przeciążone zadaniami, to część z nich można przenieść do innego, mniej obciążonego stanowiska. Takie przemieszczanie zadań nazywa się dzieleniem obciążeń.

• Niezawodność W przypadku awarii jednego stanowiska w systemie rozproszonym pozostałe mogą kontynuować pracę. Jeżeli system składa się z dużych, autonomicznych instalacji (tzn. komputerów ogólnego przeznaczenia), to awaria jednego z nich nie wpływa na działanie pozostałych. Natomiast, gdy system składa się z małych maszyn, z których każda odpowiada za jakąś istotną funkcję (np. za wykonywanie operacji wejścia-wyjścia z końcówek konwersacyjnych lub za system plików), wówczas z powodu jednego błędu może zostać wstrzymane działanie całego systemu. Ogólnie można powiedzieć, że istnienie w systemie wystarczającego zapasu (zarówno sprzętu, jak i danych) sprawia, że system może pracować nawet po uszkodzeniu pewnej liczby jego węzłów (stanowisk).

6. Jaka jest różnica między gronami asymetrycznymi i symetrycznymi w systemach zgrupowanych? Odpowiedź uzupełnij krótkim omówieniem.

Grona asymetryczne – jedna z maszyn pozostaje w pogotowiu, gdy druga wykonuje aplikację. Maszyna będąca w pogotowiu pilnuje pracę aktywnego serwera.

Grona symetryczne – składa się z dwóch lub więcej komputerów sieciowych, które wzajemnie się doglądają.

7. Jaka jest podstawowa zaleta rygorystycznego systemu czasu rzeczywistego? Podaj trzy podstawowe sposoby ograniczania opóźnień w systemie.

Rygorystyczny system czasu rzeczywistego (ang. Hard Real Time System) to system w którym wymaga spełnienia rygorystycznych ograniczeń czasowych.

Podstawowa zaleta: rygorystyczny system czasu rzeczywistego zapewnia wypełnianie krytycznych zadań (procesów) w gwarantowanym czasie.

Cechy:
-Tryb przetwarzania w czasie rzeczywistym jest takim trybem, w którym programy przetwarzające dane napływające z zewnątrz są zawsze gotowe, a wynik ich działania jest dostępny nie później niż po zadanym czasie.
- System czasu rzeczywistego jest systemem interaktywnym, który utrzymuje ciągły związek z asynchronicznym środowiskiem.
- Pamięć pomocnicza jest na ogół bardzo mała albo nie występuje wcale. Wszystkie dane są przechowywane w pamięci o krótkim czasie dostępu lub w pamięci, z której można je tylko pobierać (ROM).
- Prawie nie spotyka się w systemach czasu rzeczywistego pamięci wirtualnej.
- Rygorystyczne systemy czasu rzeczywistego pozostają w konflikcie z działaniem systemów z podziałem czasu i nie wolno ich ze sobą mieszać.

Sposoby ograniczania opóźnień w systemie:

• odzyskanie przechowywanych danych,

• wypełnienie dowolnego zamówienia,

• zadania o wyższym priorytecie zawsze są wykonywane jako pierwsze w stosunku do zadań o niższym priorytecie;

• ograniczone są inwersje priorytetów, któ­re mogą wystąpić, jeśli zadanie o wyższym priorytecie potrzebuje zasoby przydzielo­ne zadaniu o niższym priorytecie;

• operacje nieszeregowalne, łącznie z opera­cjami innego czasu niż czas rzeczywisty i operacjami systemu operacyjnego, nie przekraczają pozostałej mocy obliczenio­wej w którymkolwiek przedziale.

8. Jakie są cechy charakterystyczne łagodnych systemów czasu rzeczywistego? Wymień możliwe obszary

Systemy czasu rzeczywistego są to wyspecjalizowane systemy operacyjne.

Cechy charakterystyczne łagodnych systemów czasu rzeczywistego:

- krytyczne zadania obsługi w czasie rzeczywistym otrzymują pierwszeństwo przed innym zadaniem – zachowuje ono pierwszeństwo aż do czasu swojego zakończenia.

- zachodzi konieczność ograniczenia wszystkich opóźnień w
systemie – zadanie nie może czekać dowolnie długo na obsłużenie przez jądro.

- łagodne systemy czasu rzeczywistego mogą być łączone z systemami innych rodzajów.

- stałe ograniczenia czasowe są w systemie ściśle zdefiniowane. Przetwarzanie musi się zakończyć przed upływem określonego czasu, w przeciwnym razie przyjmuje się, że system nie spełnił wymagań. Mówimy, że system spełnia wymagania i działa poprawnie, gdy zwraca prawidłowy wynik w ograniczeniach czasowych.

Zastosowanie łagodnych systemów czasu rzeczywistego:

- obszar zastosowania łagodnych systemów czasu rzeczywistego jest ograniczony ze względu na nie zapewnienie przez niego nieprzekraczalnych terminów – mogą być one stosowane w technikach multimedialnych, kreowaniu sztucznej rzeczywistości, programach badawczych, takich jak eksploracji podmorskich czy wyprawy planetarnej. Wspomniane zastosowanie wymagają systemów o rozbudowanych właściwościach, (czego nie mogą zapewnić rygorystyczne systemy czasu rzeczywistego). Systemy czasu rzeczywistego stosuje się w przypadku, gdy postawione są surowe wymagania na czas wykonywania operacji lub przepływu danych. Używa się ich często jako sterowników w urządzeniach o ściśle określonym celu.

9. Jakie są najważniejsze ograniczenia występujące w przypadku systemów kieszonkowych? Podaj ich krótką charakterystykę.

Systemy mobilne to wszystkie mobilne systemy operacyjne, które kontrolują pracę urządzeń mobilnych. Oprogramowanie mobilne musi uwzględniać pod jakim systemem będzie działać. Każdy z systemów jest całkowicie odrębny od pozostałych i z nimi niekompatybilny. Oznacza to, że tworząc aplikacje na systemy mobilne trzeba je za każdym razem dostosowywać i nie da się napisać jednej aplikacji, która będzie działać na wszystkich platformach mobilnych. Można jednak napisać aplikacje dedykowane każdemu z systemów.

Najbardziej popularnymi systemami są:

• iPhone OS – rozwijany przez firmę Apple nowoczesny system na bazie Mac OS X

• Windows Mobile – system operacyjny od firmy Microsoft

• Android OS – dość młody na rynku otwarty mobilny system operacyjny od Google

• Systemy producentów telefonów obsługujące Java Micro Edition – „zwykłe komórki”

Jakie korzyści dają systemy mobilne ?

• Oszczędność czasu i pieniędzy – natychmiastowy przepływ informacji

• Szybki i łatwy dostęp do zasobów firmowych – większa efektywność pracy

• Większe zyski – z przyspieszenia pracy, ograniczenia procedur, dostępności informacji

Ograniczenia systemów mobilnych:

• Mała pamięć operacyjna

• Mała szybkość procesora (szybszy wymagałby mocniejszego zasilania; pojemność baterii jest ograniczona)

• Rozmiar wyświetlacza ogranicza ilość informacji prezentowanych użytkownikowi przez aplikację

10. Wymień różnice pomiędzy przypadkiem wejścia-wyjścia synchronicznego i asynchronicznego. Jaka jest główna zaleta wejścia-wyjścia asynchronicznego?

Synchroniczne wykonywanie operacji wejścia/wyjścia
procesor zleca wykonanie operacji i czeka, aż otrzyma potwierdzenie zakończenia operacji, asynchroniczne wykonywanie operacji wejścia/wyjścia
procesor zleca wykonanie operacji, przerywa wykonywanie aktualnie wykonywanego zadania i nie czekając na zakończenie się operacji wejścia/wyjścia zaczyna wykonywać inne zadanie; po zakończeniu operacji wejścia/wyjścia urządzenie zewnętrzne generuje przerwanie, a procedura obsługi przerwania odnotowuje ten fakt.

Operacje asynchroniczne pozwalają na zwiększenie wydajności systemu. W środowisku wieloprogramowym pozwalają one na równoczesne wykonywanie wielu operacji wejścia/wyjścia i obliczeń. Podobnie, jeżeli zadanie chce wykonać operację wejścia/wyjścia na urządzeniu, które aktualnie jest zajęte wykonywaniem innej operacji, to wykonanie takiego zadania jest wstrzymywane, aż do momentu, gdy dane urządzenie będzie dostępne i zlecona operacja zostanie wykonana.

11. Wymień trzy rodzaje pamięci dostępnej bezpośrednio dla procesora. Podaj powód, dla którego zastosowano pamięć podręczną. Jaki problem udało się w ten sposób wyliniować?

Rodzaje:

- rejestry wbudowane w jednostkę centralną;
- pamięć podręczna;
- pamięć operacyjna.

Procesor to urządzenie, które przetwarza informacje pobrane z pamięci. Szybkość tego przetwarzania zależy od częstotliwości taktowania, ale także i pamięci podręcznej procesora.
Pamięć ta ma zadanie niwelować czas przesyłania danych z pamięci operacyjnej do rejestrów procesora.

Procesor sprawdza, czy potrzebne dane są w pamięci podręcznej procesora. Jeśli są (cache hit) to procesor pomija pamięć RAM, przez co oszczędza czas, natomiast w przypadku braku potrzebnych danych (cache mist) należy zrobić wolne miejsce w pamięci podręcznej, i pobrać do niej dane z pamięci operacyjnej, co zdecydowanie wydłuża czas operacji. Dlatego też ważne jest, aby pamięć podręczna była jak największa, aby więcej danych się zmieściło i rzadziej zdarzało się cache mist.
Najważniejszymi parametrami funkcjonalnymi pamięci podręcznych są: pojemność i czas dostępu.

12. Wymień i omów zalety oraz wady podejścia warstwowego w procesie projektowania systemu.

W podejściu tym dzielimy system operacyjny na warstwy. Każda warstwa udostępnia warstwie powyżej pewien interfejs. Implementacja danej warstwy może korzystać z operacji udostępnianych przez warstwę poniżej. Zwykle część operacji udostępnianych przez daną warstwę polega na wywoływaniu operacji niższej warstwy, a część jest zaimplementowanych w danej warstwie. Sprzęt możemy traktować jako warstwę najniższą, a środowisko pracy użytkownika, jako interfejs warstwy najwyższej. Pewną wadą podejścia warstwowego jest zmniejszona efektywność wywoływania operacji implementowanych przez niższe warstwy, wynikająca z przekazywania wywołania operacji między kolejnymi warstwami.

• Przy lepszym sprzęcie można podzielić system na mniejsze, lepiej dobrane fragmenty

• System taki ma większa kontrole nad komputerem i programami użytkownika

• Warstwa N może korzystać tylko z usług warstw niższych

• Nie jest istotne jak usługi warstw niższych są faktycznie realizowane

• Łatwiej się taki system projektuje, zmienia, rozwija, testuje