2010/2011 ZS
Principy počítačů a operačních systémů
Operační
p
systém
y
úvod
základní architektury
2010/2011 ZS
Historický vývoj
1. generace počítačů (40.-50. léta 20. stol.)
• technologie
– relé,
relé elektronky
• programování
– strojový kód
– ppropojovací
p j
desky,
y, děrné štítky
y
• operační systém
– žádný
žád ý OS
– konstruktér stroj navrhuje, spravuje i programuje
2010/2011 ZS
Historický vývoj
2. generace počítačů (50.-60. léta 20. stol.)
• technologie
– tranzistory,
tranzistory pevné disky
• programování
– strojový kód, FORTRAN
– koncepce
p univerzálního výpočetního
ýp
stroje
j
• operační systém
– dávkové
dá k é systémy
é
(sekvenční spouštění, omezení doby běhu)
– time-sharing systémy
2010/2011 ZS
Historický vývoj
3. generace počítačů (60.-70. léta 20. stol.)
• technologie
t h l i
– integrované obvody (SSI)
– uživatelský komfort
• Programování
– rozmach vyšších programovacích jazyků
(C, Pascal, BASIC, SmallTalk)
• operační systém
– multitasking, virtual memory, virtual machine
– TSS,, OS/360,, MULTICS,, UNICS
– jasné rozdělení rolí
2010/2011 ZS
Historický vývoj
4. generace počítačů (od 80. let 20. stol.)
• technologie
t h l i
– integrované obvody (LSI, VLSI, ULSI)
– osobní počítače
• programování
– IDE,
IDE prototypování,
prototypování „click&run
click&run“ systémy
• operační systém
– cokoli (prostý zavaděč vs.
vs distribuovaný
distribuovaný, víceuživatelský
víceuživatelský,
víceprogramový OS)
– CP/M,, MS-DOS,, Finder
– UNIX/Linux, Windows, MacOS
2010/2011 ZS
Hlavní role
moderního operačního
p
systému
y
• Extended machine
– oddělení aplikace od platformy
– abstraktní přístup k prostředkům
• Resource manager
– izolace aplikací
– přidělování a sdílení prostředků (CPU, paměť, …)
2010/2011 ZS
Architektura OS
• Architektura
– subsystémy
b
pro různé
ů
ffunkce
k poskytované
k
OS
• rozdělení zodpovědnosti, zjednodušení návrhu
– různá
ů á oprávnění
á ě í pro různé
ů é subsystémy
b té
• zvýšená odolnost proti „zlým“ programům
• Dilema při volbě
olbě architektury
architekt r
– oddělení subsystémů vs. efektivita OS
• zvýšená
ýš á režie
ži při
ři komunikaci
k
ik i mezii subsystémy
b té
• souvisí s HW mechanizmy pro přidělování oprávnění
– kompromis mezi odolností a efektivitou
• základní typy architektur operačních systém
2010/2011 ZS
Hlavní koncepce
• Monolytické systémy
• Systémy založené na mikrojádře
• Virtuální stroje
2010/2011 ZS
Monolytické systémy
• důraz na efektivitu (před robustností)
• subsystémy mají stejné oprávnění
– nízká režie komunikace
– není vyloučena modularita
• uživatelské procesy mají minimální oprávnění
– systémové
y
volání mění oprávnění
p
• ač nejstarší model, stále běžně používaný
– CP/M,
CP/M DOS
DOS, UNIX,
UNIX S
Solaris,
l i Windows,
Wi d
…
2010/2011 ZS
příklad – CP/M, DOS
2010/2011 ZS
Systémové volání
Uživatelský
ý program
p g
1
4
Vstupní
bod
3
2
Rozdělovací
tabulka
Systém
Servisní
funkce
2010/2011 ZS
Mikrojádrové systémy
• důraz na robustnost (před efektivitou)
• jádro co nejmenší
– v jádře obsluha přerušení,
přerušení komunikace
– ostatní služby na uživatelské úrovni
• architektura klient – server
• vhodné pro distribuované systémy
• především speciální a experimentální systémy
– Chorus, QNX, L4, Fiasco, MACH, Spring, Minix, ...
2010/2011 ZS
Mikrojádrové systémy
server server
terminálů souborů
klient klient
Mikrojádro
klient
server
mikrojádro
mikrojádro
2010/2011 ZS
Virtualizace HW
• Možnost běhu více OS na jednom HW
– snaha o maximální využití prostředků stroje
• Původní podoba: abstrakce HW + plánování
– IBM System/360, IBM OS/360
• Dnes: abstraktní stroj bez závislosti na HW
– JJava,, AS400,
S
,C
CLR ((.Net))
– virtualizace na HW i v hostitelském OS
• IBM 390
390, Xen,
Xen KVM,
KVM VMware,
VMware MS Virtual PC,
PC Hyper-V
Hyper V
2010/2011 ZS
Virtualizace HW
• plná
• částečná
• paravirtualizace
2010/2011 ZS
Virtuální stroje
• IBM 360, IBM 390
zVirtuální
stroje
Aplikace
Aplikace
Aplikace
CMS
mainframe OS
VM
VM-CP
Holý HW
2010/2011 ZS
Virtuální stroje
• VMware
–
–
–
–
–
Compatibility
Partitioning
Isolation
E
Encapsulation
l ti
HW independence
2010/2011 ZS
Virtuální infrastruktura
2010/2011 ZS
Ukázka virtualizace
Download

Architektury a vývoj operačních systémů