Sadržaj i svrha nastavnih tema
Arhitektura i organizacija
Arhitektura i organizacija
Operativni sistemi
Operativni sistemi
Operativni
Operativnisistemi
sistemi
Računarstvo i informatika III
° U okviru ove grupe tema upoznaćete:
•
•
•
•
•
•
•
Lekcija 1 – Osnovni pojmovi
operativnih sistema
OS01 Osnovni pojmovi - 1
Matematička gimnazija
Pogled unapred
1. Osnovni pojmovi operativnih sistema
2. Koncept računarskog procesa
3. Upravljanje procesorima
4. Upravljanje operativnom memorijom
5. Upravljanje Ulazno/izlaznim uređajima
6. Upravljanje fajl sistemom
7. Računarske mreže
OS01 Osnovni pojmovi - 2
Matematička gimnazija
Šta ćemo učiti
UU ovoj
ovoj lekciji...
lekciji...
° Šta je operativni sistem
° Karakteristike OS
Osnovnipojmovi
pojmovi
Osnovni
operativnih
operativnih
sistema
sistema
Računarske
mreže
° Komponenete i funkcije OS
° Klasifikacija – vrste operativnih sistema
° Hardverska podrška
Koncept
računarskog
Upravljanje
fajl sistemom
° Zaštita
procesa
Operativni sistemi
° Struktura operativnih sistema
° Razvoj operativnih sistema
Upravljanje
U/I uređajima
Upravljanje
procesorima
Upravljanje
operativnom
memorijom
OS01 Osnovni pojmovi - 3
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 4
Matematička gimnazija
Osnovne funkcije operativnog sistema
Šta je operativni sistem?
° Softver koji predstavlja interfejs između hardvera, aplikacija i korisnika.
° Glavni upravljački program koji pokreće kompjuter.
• OS postavlja standarde za sve aplikativne programe koji će se izvršavati na
njegovom kompjuteru - moraju biti napisani tako da mogu da komuniciraju sa
OS
-
•
•
•
•
Zašto se aplikacije koje rade pod Windows 98 ne mogu izvršavati na Windows 2000?
Omogućava lagodno korišćenje; sakriva dosadne stvari.
Omogućava efikasno korišćenje; paralelan rad uređaja, eliminiše čekanja.
Omogućava zaštitu informacija.
Dodeljuje svakom korisniku deo resursa.
OS01 Osnovni pojmovi - 5
Matematička gimnazija
Skup sistemskih programa za upravljanje računarskim resursima
•
•
•
•
procesorima
operativnom memorijom
ulazno/izlaznim (I/O) uređajima
fajlovima – aplikacijama i podacima
Za svaki od resursa
•
•
•
•
Vodi se evidencije
donosi se odluka o dodeli
Vrši se alokacija
Vrši se dealokacija
OS01 Osnovni pojmovi - 6
Matematička gimnazija
Poželjne osobine - karakteristike operativnog sistema
Karakteristike OS
° Istovremenost – paralelizam (Concurrency)
• Pouzdanost - Stabilnost
° Zajedničko korišćenje - deljenje resursa (Sharing)
° Pouzdanost - stabilnost (Reliability)
° Sigurnost (Security)
-
učestalosti grešaka ili zastoja
-
zavisi ne samo od operativnog sistema, već i od spoljašnjih događaja i zahteva (režim
rada, konfiguracija sistema,...)
-
Povećanje pouzdanosti sistema postiže se
– uvođenjem rezervenih uređaja
– specijalnom logičkom organizacijom koja omogućava automatsku rekonfiguraciju
sistema.
° Upotrebljivost (Usability)...
• Sigurnost
• Paralelizam
-
-
uporedno odvijanje više procesa u računarskom sistemu.
-
koncepcija procesa - “program u izvršavanju” (program koji ima neke dodatne
dinamičke karakteristike).
• Upotrebljivost
-
funkcije operativnog sistema moraju se što jednostavnije koristiti
(pre svega odnosi se na komunikaciju između OS i korisnika, odnosno na kontrolno
upravljački jezik),
- deljivi (sharable) - npr. operativna memorija
-
podržavanje raznih režima rada,
- nedeljivi (nonsharable) - npr. disk
-
mogućnost izvršavanja više programa,
- monopolski (dedicated) - npr. štampač, magnetna traka...
ne oslobađaju se dok tekući proces sa njima ne završi
-
različite mogućnosti pristupa ...
• Zajedničko korišćenje - deljenje resursa
Uređaji:
OS01 Osnovni pojmovi - 7
omogućava OS da zaštiti od neovlašćenog pristupa one delove u računarskom sistemu
koje korisnik želi da zaštiti
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 8
Matematička gimnazija
Komponente
Komponente OS
° Mehanizam za raspoređivanje poslova (jobs) ili procesa (processes)
• Rapoređivanje (scheduling)
° Upravljanje procesima (Process Management)
° Upravljanje operativnom memorijom (Main Memory Management)
-
može biti jednostavno kako kada se bira sledeći po redu ili
-
može da se zasniva na složenim pravilima po kojima se bira sledeći proces za
izvršavanje
° Metod za paralelni rad CPU i perifernih uređaja
• Procesor radi istovremno sa U/I uređajima koji prihvataju podatke za sledeću
obradu ili izdaju rezultate prethodnog posla.
° Upravljanje spoljašnjom memorijom (Secondary-Storage Management)
° Upravljanje ulazom/izlazom (I/O System Management)
° Upravljanje fajlovima (File Management)
° Zaštita (Protection System)
° Podrška mrežnom radu (Networking)
° Off Line obrada
• Pretprocesiranje (npr. unošenje ulaznih podataka) može vršiti i na uređajima
koji nisu povezani sa RS na kome će se vršiti obrada
• Kasnije se ti uređaji povežu i podaci se prebace u računarski sistemi.
OS01 Osnovni pojmovi - 9
Matematička gimnazija
Mrežni servisi
° Message servisi
° Interpretacija komandi (Command-Interpreter System)
OS01 Osnovni pojmovi - 10
Matematička gimnazija
Klasifikacija operativnih sistema
° CPU je besposlen ako posao čeka na I/O. To je dovelo do
• Čuvaju, primaju i šalju tekst, binarne podatke, grafiku, digitalizovane video i audio
podatke
• Ostvaruju komunikaciju između korisnika, korisničkih aplikacija, mrežnih
aplikacija i dokumenata.
° Aplikacioni servisi
• Koordiniraju hardver i softver da izvršavaju aplikacije na najpogodnijoj platformi
• Povećavaju mogućnosti hardvera bez nadograđivanja svakog kompjutera u mreži
° Serverske baze podatka
• Multiprogramiranja. Dok jedan posao čeka na resurse, CPU može da izvršava
neki drugi. To podrazumeva da više poslova treba da bude spremno za
izvršavanje i da je porebno jedino da CPU bude slobodan da ih primi
° Sve zajedno dovelo do je potrebe:
•
•
upravljanja memorijom
raspoređivanja resursa
•
zaštite od uzajamnog blokiranja (deadlock)
° OS možemo klasifikovati prema više kriterijuma
• Obezbeđuju čuvanje i donošenje informacija što omogućava mrežnim klijentima
da kontrolišu, koriste i prezentiraju podatke
° Client-Server baze podataka
• Prema broju korisnika
-
Jednokorisnički i višekorisnički
• Prema nivou paralelnosti u radu
-
• Database aplikacije omogućavaju klijentima da zahtevaju podatke od
specijalizovanih servisa
• Dele i optimizuju poslove neophodne pri traženju i davanju podataka
OS01 Osnovni pojmovi - 11
Osnovne funkcije (komponente) OS
Monoprogramski, multiprogramski, multiprocesoreski
• Prema brzini odziva
-
Matematička gimnazija
Paketni, interaktivni, real time sistemi
OS01 Osnovni pojmovi - 12
Matematička gimnazija
Vrste OS
Hardverske komponente koje koristi OS
° Sistemi sa razdeljenim vremenom (Time Sharing) – interaktivni multiprogramski
sistemi.
° Prekidi
° Multiprocesiranje - Čvrsto povezani sistemi koji komuniciraju kroz deljivu
memoriju. Koriste se u naučno-tehničkoj primeni. Omogućavaju povećenja brzine
rada povezivanjem više zasebnih procesora.
° Časovnik
° Kontroleri I/O uređaja
° Privilegovani režim rada
° Distribuirani sistemi – Labavo povezani sistemi koji komuniciraju prenošenjem
poruka. Prednosti ovakvih sistema uključuju deljenje resursa, povećanje brzine,
pouzdanost i komunikaciju.
°
Real Time Sistemi – Kratko vreme odgovora je glavna karakteristika. Koriste se za
kontrolu veoma brzih procesa.
OS01 Osnovni pojmovi - 13
Sistem prekida
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 14
Hardverska podrška OS
Matematička gimnazija
Hardverska podrška OS
° Prekidi - uređaji šalju signal CPU onda kada im je potrebna njegova pažnja.
CPU ne mora sam da provera (polira) periferne uređaje.
• U zavisnosti od prekida definiše se šta akcija – svakom prekidu odgovara
rutina koja ga opslužuje.
Uređaji koji čine tipičan
računarski sistem.
• Postoje hardverski i softverski prekidi
• Procesor može da bude besposlen i čeka na signal prekida ili da izvršava
program drugog korisnika.
• Statusi svih uređaja čuvaju se u tabeli uređaja (Device table) .
° DMA (Direct Memory Access) omogućava kontrolerima uređaja pristup
operativnoj memoriji bez prekidanja CPU.
Svaki od uređaja može
da pošalje signal
prekida i tako privuče
pažnju CPU.
OS01 Osnovni pojmovi - 15
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 16
Matematička gimnazija
Hardverska podrška OS
Hardverska podrška OS
Sekvenca
događaja pri
obradi IO
zahteva.
Ovako izgleda
knjigovodstvo OS. Ove
strukutre su neophodne za
praćenje izvršavanja IO
operacije.
Poređenje
sinhrone i
asinhrone IO
operacije.
OS01 Osnovni pojmovi - 17
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 18
Matematička gimnazija
Zaštita
Zaštita
° Cilj je zaštita modula OS i korisnika od
zlonamernih ili slučajnih grešaka drugih
korisnika. To se omogućava korišćenjem
• Memorija. Korisnički program može da pristupa jedino sopstvenom logičkom
memorijskom prostoru (ne može da npr. modifikuje supervizorske programe).
Zavisno od vrste preslikavanja adresa, na osnovu logičkih adresa operativni
sistem izračunava fizičke adrese, a jedan jednostavan primer prikazan je na
slici.
• Dva režima rada - User/Supervisor
• privilegovanih instrukcija
° Konkurentni procesi mogu da utiču jedni
na druge. Ovo zahteva zaštitu resursa.
• CPU. Interni časovnik obezbeđuje da
programi ne zauzmu suviše dugo
procesor. Interni časovnik CPU
generiše prekid koji omogućava da OS
preuzme kontrolu nad korisničkim
programom.
• IO uređaji. I/O instrukcije definišu se
kao privilegovane; mogu da se
izvršavaju jedino u režimu Supervisor.
Sistemski pozivi vrše prelazak iz režima
user u supervisor.
OS01 Osnovni pojmovi - 19
• Za mreže računara zaštita mora da se proširi na:
- Deljenje resursa
- Multiprocesorske arhitekture
- Klasterske sisteme
Sve ovo zajedno naziva se “distribuirani operativni sistem”
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 20
Matematička gimnazija
Struktura operativnog sistema
Monolitna struktura OS – MS DOS
° MS DOS – napisan da omogući maksimum funkcionalnosti u minimalnom prostoru
° Monolitna
• Nije dosledno izdeljen u module
• Skup programa koje poziva korisnički program i
koji se međusobno pozivaju
• Mada je MS-DOS donekle strukturiran, njegovi interfejsi i slojevi funkcionalnosti nisu
dobro razdvojeni
° Slojevita
• Programi su grupisani u slojeve i numerisani 0, 1, 2...
• Moduli sa sloja n pozivaju samo module sa sloja n-1
• Modul je napravljen kao posebna programska celina koja realizuje
jednu funkciju OS
° Klijent-server
• Funkcije OS realizuju se pomoću procesa koji se nazivaju serveri, a
korisnički programi su klijenti (pozivaju te funkcije i dobijaju rezultate)
• Jezgro služi samo za organizaciju komunikacije između klijenata i
servera.
OS01 Osnovni pojmovi - 21
Matematička gimnazija
UNIX – Ograničena slojevita struktura
OS01 Osnovni pojmovi - 22
Matematička gimnazija
Slojevita struktura OS
° Originalan UNIX – ograničene hardverskom funcionalnošću. Sastoji se od dve
zasebne celine:
• Sistemski programi
° Operativni sistem je podeljen u više slojeva (nivoa), od kojih svaki izvršava
odgovarajući podskup funkcija
-
Sve što je ispod interfejsa sistemskih poziva i iznad hardvera
° Svaki sloj oslanja na susedni niži koji za njega izvršava primitivne funkcije Donji
sloj (nivo 0) je hardver; najviši sloj (nivo N) je korisnički interfejs.
-
Obezbeđuje fajl sistem, raspoređivanje CPU, upravljanje memorijom i druge funkcije OS (a to je
velik broj funkcija za jedan sloj)
° Doboro definisan interfejs omogućava da se jedan nivo može modifikovati bez
promene ostalih nivoa.
• Kernel (Jezgro OS)
OS01 Osnovni pojmovi - 23
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 24
Matematička gimnazija
Struktura tipičnog slojevitog operativnog sistema
Klijent – server model operativnog sistema
° Delovi operativnog sistema se međusobno tretiraju kao klijenti ili serveri
Aplikacije
Aplikacijski programski interfejs (API)
skup komandi koje aplikacija može da zada OS, publikovan skup
poslova koje OS može da izvrši za aplikaciju, npr. kreiraj fajl,
učitaj program, završi program, ...
Kernel
glavni menadžer sistema, upravlja procesima, procesorima i
operativnom memorijom i obezbeđuju interfejs između hardvera i
softverskih komponenti sistema
Drajveri uređaja
programi koji upravljaju perfirenim uređajima. Kernel prihvata
generički zahtev, npr. pročitaj tastaturu koji drajveri zatim
prevode u zahtev specifičan za određeni deo hardvera
° SERVERI – OS se deli u celine od kojih svaka servisira neku funkciju
sistema kao npr. fajl servisi, terminal servisi ili memorijski servisi.
° KLIJENTI – Korisnički procesi koji zahtevaju servise tako što šalju poruke
serverima
° Prednosti:
• Modularnost – grešaka u fajl serveru onemogućava samo funkcije fajl servera,
a ostatak operativnog sistema radi normalno
• Prilagodljivost distribuiranim sistemima – servisi mogu da budu obezbeđeni
na udaljenim računarima
Hardver
OS01 Osnovni pojmovi - 25
Matematička gimnazija
Mikrokernel arhitektura
OS01 Osnovni pojmovi - 26
Matematička gimnazija
Windows 2000 Client-Server struktura
° Samo nekoliko osnovnih funkcija nalazi se u kernelu
° Podsistemi okruženja
• Primitivno upravljanje memorijom
• Međuprocesna komunikacija (IPC)
• Omogućavaju W2000 da izvršava aplikacije napisane za druge OS
• Osnovno raspoređivanje
° Drugi OS servisi obezbeđuju se procesima koji rade u korisničkom režimu
• Drajveri uređaja, fajl sistem, virtualna memorija, ...
° Cilj – minimizacija broja delova koji se pokreću u kernel modu
° Pogodnosti – veća fleksibilnost, prenosivost, proširivost
° Mana – veliki broj prelaza između kernela i user moda, slabije performanse
jer se sistemski pozivi zamenjuju razmenom poruka između procesa
OS01 Osnovni pojmovi - 27
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 28
Matematička gimnazija
Virtualna mašina
Virtualna mašina
° U virtualnoj mašini svaki proces “veruje" da se izvršava na svom
sopstvenom procesoru i da koristi sopstvenu memoriju i uređaje.
° Koristi slojevit pristup za svoje logičko
zaključivanje
• Resursi fizičke mašine se dele. Virtualni urađaji su delovi fizičkih uređaja.
Virtualni diskovi predstavljaju podskup fizičkih diskova.
• Omogućava istovremeni rad različitih OS na istoj mašini.
° Tretira hardver i kernel OS kao da je sve to
hardver
° Obezbeđuje interfejs identičan onom koji bi
obezbeđivao sam hardver
• Zaštita je odlična, ali nema direktnog deljenja resursa.
• Virtualne privilegovane instrukcije generišu prekide.
° OS kreira iluziju za više procesa da se svaki
izvršava na sopstvenom procesoru sa
sopstvenom (virtualnom) memorijom
° Resursi fizičkog kompjutera se dele da bi se
kreirala virtualna mašina
Virtualni korisnik
• Deoba CPU stvara utisak da svaki korisnik
ima svoj sopstveni procesor.
• Spooling i file sistem obezbeđuju virtualne
ulazne i izlazne uređaje
Virtualna mašina
Režim monitora
OS01 Osnovni pojmovi - 29
Matematička gimnazija
Primer MS-DOS preko Windows 2000
Virtualna mašina
OS01 Osnovni pojmovi - 30
JAVA apleti
Fizički korisnik
BIOS drajveri
OS01 Osnovni pojmovi - 31
JAVA virtualna mašina
Fizička mašina
Fizička mašina
Matematička gimnazija
Primer JAVA virtualne mašine
DOS aplikacija
Windows 2000
Fizički korisnik
Virtualna mašina
Java virtualna mašina
omogućava da Java kod bude
prenosiv između različitih
hardverskih i OS platformi.
Windows 2000 ili Solaris
Matematička gimnazija
OS01 Osnovni pojmovi - 32
Matematička gimnazija
Razvoj operativnih sistema
Prednosti i nedostaci virtualnih mašina
° Koncept virtualne mašine obezbeđuje kompletnu zaštitu sistemskih resursa
jer je svaka virtualna mašina izolovana od ostalih virtualnih mašina. Ova
izolacija postiže se time što se resursi ne dele direktno.
° Sistem virtualne mašine predstavlja idealno sredstvo za istraživanja i razvoj
OS. Razvoj sistema obavlja se na virtualnoj mašini pa eventualne greške ne
ugrožavaju rad sistema.
° Koncept virtualne mašine je teško implementirati jer treba uložiti napor da
se simulira pravi duplikat fizičke mašine.
° 0. generacija 40-tih godina
• Nije bilo OS.
• Korisnici su morali da pišu programe na mašinskom jeziku
° 1. generacija 50-tih godina
•
•
•
•
Cilj OS - ubrzanje i uprošćavanje prelaska sa zadatka na zadatak
početak paketne obrade (zasebni poslovi objedinjuju se u pakete)
standarne rutine za kontrolu ulaza i izlaza podataka
jednostavan jezik za opis zadataka korisnika
° 2. generacija početkom 60-tih godina
• Sistemi višekorisničkog tipa sa multiprogramiranjem
• Prvi sistemi sa multiprocesiranjem
-
Multiprogramiranje - više korisničkih programa istovremeno se nalazi u OM
Multiprocesiranje - jedan računarski sistem raspolaže sa više CPU Nezavisnost
programiranja od spoljašnjih uređaja
• Sistemi sa razdeljenim vremenom
• Interaktivni režim rada
• Prvi sistemi u realnom vremenu za upravljanje tehnološkim procesima
(Osnovna karakteristika - obezbeđuju brzu reakciju)
OS01 Osnovni pojmovi - 33
Matematička gimnazija
Razvoj OS
OS01 Osnovni pojmovi - 34
Matematička gimnazija
Pogled unapred
° 3. generacija od sredine 60-tih do sredine 70-tih
• Mašine opšte namene - IBM/360 1964.
• Višerežimski sistemi - paketna obrada, rad u razdeljenom vremenu, rad u
realnom vremenu
• Jezik za upravljanje zadacima - značajno povećava proizvodnost računarskih
sistema, ali i težak za učenje
mreže
• Kao reakcija na ovakvu koncepciju OS pojavili su se jednostavniji i efikasniji
OS kakvi se i danas koriste
Koncept
Koncept
računarskog
računarskog
procesa
procesa
Upravljanje
fajl sistemom
Operativni sistemi
° 4. generacija od sredine 70-tih nadalje
•
•
•
•
•
Mreže računara
On-line obrada.
Pojava mikroprocesora i personalnih kompjutera
Problem zaštite informacija - sigurnost informcija povećavana je šifrovanjem
Koncept virtualne mašine koja ne vodi računa o fizičkim detaljima
( funkcionalni ekvivalent kompjutera izgrađen na njegovom OS)
• Od savremnih OS zahteva se da budu udobni za korišćenje i orijentisani na
nepripremljenog korisnika
OS01 Osnovni pojmovi - 35
Osnovnipojmovi
pojmovi
Osnovni
operativnih
operativnih
sistema
sistema
Računarske
Matematička gimnazija
Upravljanje
U/I uređajima
Upravljanje
procesorima
Upravljanje
operativnom
memorijom
OS01 Osnovni pojmovi - 36
Matematička gimnazija
Download

Računarstvo i informatika III