(C) KIK PCz 2009 Materiały pomocnicze 1

(C) KIK PCz
2009
SUROWA MASZYNA
Magistrala systemowa:
• adresowa
• danych
• sterująca
ZADANIA I WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMU
OPERACYJNEGO
Procesor(y)
Urządzenia
we/wy
Pamięć
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
1
SYSTEM WSADOWY

(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
UŁATWIENIE - JĘZYK STEROWANIA PRACAMI
„ręczna” obsługa

system operacyjny w wersji pierwotnej
ręczna obsługa
czytnik
kart
perforowa
nych
…
1
surowa
maszyna
…
…
drukarka
wierszowa
Systemy operacyjne
3
…
surowa
maszyna
przewijak
taśmy
1
(C) KIK PCz 2009
Materiały pomocnicze
2
2
…
3
…
1
2
3
4
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
4
PRACA Z SUPERKOMPUTEREM
ładowanie prac przez komputer pomocniczy
na taśmę magnetyczną
czytnik
kart
perforowa
nych
…
…
3
PRACA POŚREDNIA

1
+ język sterowania pracami
…
…
2
(C) KIK PCz 2009
2
3
Systemy operacyjne
ładowanie prac z terminala przez komputer
buforowy
drukarka
wierszowa
przewijak
taśmy
4

terminal komputer
osobisty
komputer
buforowy
super
komputer
5
5
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
6
1
(C) KIK PCz
2009
WYKRES ŁĄCZNY
ręczna obsługa
…
1
MECHANIZMY SPRZĘTOWE POLEPSZAJĄCE
DZIAŁANIE SUROWEJ MASZYNY
…
…
2
…
3

stos

przerwanie

kanał
+ język sterowania pracami
…
1
2
3
4
+ praca pośrednia
…
1
2
(C) KIK PCz 2009
3
4
5
Systemy operacyjne
7
STOS


(C) KIK PCz 2009
8
WYSŁANIE I ZDJĘCIE ZE STOSU
struktura w pamięci typu LIFO
należy pamiętać o właściwej kolejności
pobierania
23
78
45
12
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
31
23
78
45
12
esp
31 na stos
Systemy operacyjne
31
23
78
45
12
esp
esp-n
9
NA STOSIE PRZECHOWUJE SIĘ
31
23
78
45
(C) KIK PCz 200912
83
31
23
78
45
12
esp
83 na stos
esp
83 ze stosuSystemy operacyjne
esp
esp-n
31
23
78
45
12
esp
esp+n
10
WYWOŁYWANIE PODPROGRAMÓW
adres powrotu z podprogramu/przerwania
 rejestry tymczasowo potrzebne do innych
celów
 flagi, w celu ich zabezpieczenia
 parametry aktualne podprogramów
 zmienne lokalne

PG
PP1
a2
a1
call
a3
PP2
call
ret
call
ret
a1
a2
a1
a1
a3
a1
a1
zawartość stosu
(C) KIK PCz 2009
Materiały pomocnicze
Systemy operacyjne
11
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
12
2
(C) KIK PCz
2009
KOD PODPROGRAMU
ZAWARTOŚĆ STOSU PO WYWOŁANIU
PODPROGRAMU
Parametry aktualne umieszczone są na stosie
przez program wywołujący
stos
ramka stosu
Argument 1
Argument 2
Argument 3
EIP
EBP
Zm. Lok. 1
Zm. Lok. 2
Zm. Lok. 3
EBP
EIP
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
PUSH
MOV
SUB
...
13
PRZERWANIE


EBP
;Występuje jeśli Locals <> 0 lub Params <> 0
EBP,ESP ;Występuje jeśli Locals <> 0 lub Params <> 0
ESP,Locals ;Występuje jeśli Locals <> 0
MOV
POP
RET
(C) KIK PCz 2009
ESP,EBP
EBP
Params
;Występuje jeśli Locals <> 0
;Występuje jeśli Locals <> 0 lub Params <> 0
;Zawsze występuje
Systemy operacyjne
14
PRZERWANIE - DZIAŁANIE
jest sygnałem od urządzenia zgłaszającym potrzebę
jego obsługi
polega na przerwaniu wykonywania programu
głównego PG w celu wykonania podprogramu obsługi
przerwania POP
PG
POP
a1
Procesor(y)
iret
IC
Pamięć
Urządzenia
we/wy
a1
zawartość stosu
U
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
15
PRZERWANIA - PODZIAŁ
(C) KIK PCz 2009
Dla procesorów x86 na
stos odkładane są rejestry:
(E)IP, CS i Flags.
Systemy operacyjne
16
PRZERWANIE O WYŻSZYM PRIORYTECIE
może przerwać POP o niższym priorytecie


maskowalne –
wszystkie lub wybrane
z priorytetem
stałym
PG
POP1
POP2
a2

niemaskowalne –
wykorzystywane w
specjalnych sytuacjach

z priorytetem
rotacyjnym
iret
a1
a3
iret
a1
a2
a1
a1
a3
a1
a1
zawartość stosu
(C) KIK PCz 2009
Materiały pomocnicze
Systemy operacyjne
17
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
18
3
(C) KIK PCz
2009
SYSTEM Z PRZERWANIAMI
WYKRESY
ręczna obsługa
PG
POP
…
PG
…
…
1
…
2
…
3
+ język sterowania pracami
…
…
1
2
3
4
+ praca pośrednia
…
1
2
3
4
5
+ przerwania
…
1
2
3
(C) KIK PCz 2009
4
5
Systemy operacyjne
19
KANAŁ



1
2
3
4
5
…
…
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
20
SYSTEM Z KANAŁEM
transmisja odbywa się z urządzenia do/z pamięci z
pominięciem procesora
procesor przechodzi w stan wysokiej impedancji i
zwalnia magistralę systemową
transmisja przez kanał kończy się przerwaniem
PG
…
…
4
3
2
Procesor(y)
…
DMA
Pamięć
Urządzenia
we/wy
1
2
3
4
5
…
1
U
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
21
KOLEJKA ROZKAZÓW
Większość nowoczesnych procesorów posiada wbudowaną
kolejkę rozkazów i nie musi odwoływać się do pamięci by
pobrać następny rozkaz.
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
22
SYSTEM Z KANAŁEM I KOLEJKĄ ROZKAZÓW W
PROCESORZE
PG
…
…
Procesor(y)
Pamięć
(C) KIK PCz 2009
Materiały pomocnicze
Systemy operacyjne
Urządzenia
we/wy
…
23
(C) KIK PCz 2009
1
2
3
4
Systemy operacyjne
5
…
24
4
(C) KIK PCz
2009
WYKRESY
MONITOR WSADOWY JEDNOSTRUMIENIOWY
ręczna obsługa
…
…
1
…
2

…
3
planowanie wykonywania prac z dysku
+ język sterowania pracami
…
1
2
3
4
…
+ praca pośrednia
…
1
2
3
4
5
1
2
1
2
3
4
c
…
5
+kanał
…
b
W rzeczywistości obciążenie systemu wygląda tak:
+ przerwania
…
a
3
4
5
…
3
4
5
…
…
aa
a
a b
b
b
b
c
c
c
+kanał z kolejką procesora
…
1
2
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
25
MONITOR WSADOWY WIELOSTRUMIENIOWY

(C) KIK PCz 2009
każda praca może być wykonywana na kilku procesorach
należy pamiętać o zachowaniu i przywróceniu stanu zadania


…
…
aa
ad
b
c
a
d
b
b
a
a
c
b
d
c
a
a
d
d
b
c
Przełączanie prac może się odbywać w określonych przez SO odstępach czasu
aa
b
a
c
b
c
b
a
b
c
…
…
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
27

praca interakcyjna – wielodostęp

wielosystemowość






sieci komputerowe




Materiały pomocnicze
Systemy operacyjne
b
c
d
a
c
a
d
c
d
b
c
d
a
d
b
a
b
d
aa
b
c
d
b
c
aa
b
a
d
aa
b
c
a
c
(C) KIK PCz 2009

(C) KIK PCz 2009
a
Systemy operacyjne
28
SZCZEGÓŁOWE ZADANIA SYSTEMU
OPERACYJNEGO:
KOLEJNE ETAPY ROZWOJU SO

26
MONITOR WSADOWY WIELOSTRUMIENIOWY
WYKORZYSTUJĄCY WIELE PROCESORÓW
wieloprogramowanie – wczytywanie i
uruchamianie wielu prac w tym samym
czasie
…
Systemy operacyjne
29
szeregowanie prac
sterowanie pracami lub interpretowanie języka poleceń
obsługa błędów
obsługa wejścia-wyjścia
obsługa przerwań
planowanie prac
sterowanie zasobami
ochrona zasobów
umożliwienie wielodostępności
udostępnianie dobrego sposobu komunikacji z
operatorem
ewidencjonowanie zasobów komputerowych
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
30
5
(C) KIK PCz
2009
WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMU OPERACYJNEGO:
WSPÓŁBIEŻNOŚĆ
współbieżność
wspólne korzystanie z zasobów
 pamięć długookresowa
 niedeterminizm
wykonywanie kilku czynności jednocześnie


(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
przełączanie między czynnościami
wzajemna ochrona
 synchronizacja


31
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
WSPÓLNE KORZYSTANIE Z ZASOBÓW
PAMIĘĆ DŁUGOOKRESOWA
koszty - cały system dla jednego
użytkownika to zbyt drogo
 korzystanie z pracy innych - programy i
dane innych
 wspólne dane - współdzielone pliki
 oszczędność - ta sama kopia dla wielu
użytkowników

z niej uruchamia się system operacyjny

przechowuje programy i dane

dzięki niej nie trzeba wprowadzać
oprogramowania i danych przy każdym
włączeniu systemu

(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
33
NIEDETERMINIZM
w sensie reakcji na różne zdarzenia w różnej
kolejności

różny ciąg przełączeń pomiędzy zadaniami
Materiały pomocnicze
Systemy operacyjne
Systemy operacyjne
34
POŻĄDANE CECHY SYSTEMU OPERACYJNEGO:

(C) KIK PCz 2009
(C) KIK PCz 2009
32
35

wydajność

niezawodność

pielęgnowalność

mały rozmiar
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
36
6
(C) KIK PCz
2009
WYDAJNOŚĆ
NIEZAWODNOŚĆ
średni czas między pracami wsadowymi
niewykorzystany czas procesora centralnego
 długość cyklu przetwarzania prac
wsadowych
 czas reagowania
 wykorzystanie zasobów
 przepustowość informacyjna

bezbłędny system operacyjny

potrafiący reagować na wszystkie zdarzenia
występujące w dowolnej kolejności


(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
37
(C) KIK PCz 2009
PIELĘGNOWALNOŚĆ
MAŁY ROZMIAR
rozszerzanie systemu
usuwanie błędów
 budowa modułowa z określoną komunikacją
międzymodułową
 dobra dokumentacja

Systemy operacyjne
38
duży system operacyjny zajmuje pamięć
 jest trudniejszy w opanowaniu
 posiada potencjalnie większą liczbę błędów



 użytkownika
 instalatora/administratora
Niestety kolejne wersje systemów są coraz
większe!
 programisty
 wewnętrzna
(C) KIK PCz 2009
Materiały pomocnicze
Systemy operacyjne
39
(C) KIK PCz 2009
Systemy operacyjne
40
7