Typologie, funkcn skladby a architektury OS PB 152 Operacn syst emy Jan Staudek http://www..muni.cz/usr/staudek/vyuka/ Ð Û Å«Æ ±²³ µ ¹º»¼½¾ Ý Verze : jaro 2015
Osnova predn asky Typologie operacnch syst em u Generick e komponenty operacnch syst em u Trendy v yvoje operacnch syst em u Virtu aln stroje Multiprocesory a vcej adrov e syst emy Distribuovan e syst emy Specializovan e syst emy (RT, kapesn,... ) V ypocetn prostred Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 1
Typologie OS Mainframe operating systems, OS strediskov ych poctac u Server operating systems, OS server u Multiprocessor operating systems, OS multiprocesor u Personal computer operating systems, OS osobnch poctac u Handheld operating systems, OS tablet u, mobil u,... Embedded operating systems, OS vestav en ych poctac u Sensor node operating systems, OS uzl u senzorov ych st Real-time operating systems, OS pro rzen v re aln em case Smart card operating systems, OS chipov ych karet Studujeme obecn e, spolecn e, generick e rysy OS techto typ u OS Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 2
Typologie OS Mainframe operating systems OS syst em u datov ych center spousta perifer (tisce disk u, terabajty dat) spousta proces u se res soubezne s obrovsk ym objemem IO d avkov e zpracov an + transakcn zpracov an + interaktivn zpracov an d avkov e { generov an zpr av o produkci,... transakcn { rezervacn syst emy,... interaktivn { kladen dotaz u do velk e datab aze V soucasnosti orientace na LINUX Server operating systems OS velmi velk eho PC (v ykonem, pam et'ovou a komunikacn kapacitou) obsluha mnoha vzd alen ych uzivatel u (klient u) klient um poskytuje tiskov e, souborov e, webovsk e... sluzby typict reprezentanti: Solaris, FreeBSD, Linux, Windows Server 200x Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 3
Typologie OS Multiprocessor operating systems typicky variace na server/mainframe OS speci aln pl anov an cinnosti vce CPU probl em soub ehu vce funkc OS v soucasnosti i na noteboocch s vcej adrov ymi CPU Rys implementovan y jak v Linuxech, tak i ve Windows Personal computer operating systems V soucasnosti vzdy podpora multiprogramov an Cl { dobr a podpora jednomu uzivateli { monouzivatelsk y OS zpracov an dokument u, tabulkov e kalkul atory, prstup na Internet,... Prklady { Linux, FreeBSD, Windows Vista / 7, Masintosh OS Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 4
Typologie OS Handheld operating systems OS pro tablety, chytr e mobily,... Nepoctaj s vn ejs pam et Jsou propracovan e z hlediska ovl ad an telefonie, digifota,... B ezn e se provozuj (ne vzdy d uv eryhodn e) aplikace tretch stran Prklady OS: Symbian OS, Palm OS, Android,... Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 5
Typologie OS Embedded operating systems Rd zarzen, kter a,,nevypadaj jako poctac" uzivatel nem a moznost nic do syst emu instalovat OS mikrovlnek, TV, v autech, v DVD recorderech... cast a orientace na real-time nelze instalovat z adn e nov e aplikace, vse je typicky v ROM QNX/www.qnx.com, VxWorks/www.windriver.com/products/vxworks, oba kompatibiln s POSIX Sensor node operating systems OS uzl u senzorov ych st, senzorov y uzel { poctac+senzor(y)+komunikace Dlouhodob a cinnost v bezdr atov e sti, mal a pamet', bateriov y provoz Vesker e programy b yvaj instalovan e predem Prklad: TinyOS, www.tinyos.net/ Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 6
Typologie OS Smart card operating systems omezenost v ykonem, pamet, extr emne jedoduch e OS obvykle v ROM je interpretr Java Virtual Machine aplikace { javovsk e applety (mal e programy) n ekdy i v rezimu multitasking Real-time operating systems klcov y probl em { faktor casu a plnen uloh v case Modelov e prostred naseho studia vymezuj rodiny operacnch syst em u Unix a Windows tam kde to bude vhodn e zmnme specika deriv at u syst em u Unix (Linux, Mac OS X apod.) Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 7
Studovan e b azov e generick e probl emy resen e v OS Architektura, skladba OS Procesy, { interpretace program u, sdlen CPU procesy, kooperace proces u Adresov e prostory, kooexistence mnoha d ej u v mnoha r uzn ych pametech Input/Output, ovl ad an periferi Ochrany, bezpecnost Rozhran sluzeb pro procesy, pro uzivatele Soubory dat, dlouhodobé uchovávání dat na vnějších pamětech (PV 062) Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 8
B azov a idea OS OS poskytuje uzivateli / aplikacm jednoduch e a pritom mocn ejs rozhran nez hardware Uzivatel e / aplikace volaj prov ad en sluzeb vysok e urovn e, dostupn ych na rozhranch OS a vykon avan ych OS Uzivatel e / aplikace nemohou pristupovat k privilegovan ym rys um hardware prmo Sestava sluzeb poskytovan ych OS je to, co si mysl uzivatel e / aplikace, ze je OS uzivatel e / aplikace nic jin eho nez sluzby OS nevid Vsechny soudob e OS povazuj za generick e predm ety spr avy PROCESY { deje rzen e programy ulozen ymi v pameti a realizovan e CPU a periferiemi Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 9
Generick e funkcn komponenty OS Spr ava procesor u { kdy ten kter y proces,,pobez" Spr ava proces u a vl aken { podpora soubeznosti dej u Spr ava (hlavn, operacn) pam eti { rzen jejho vyuzv an Spr ava soubor u { dat uchov avan ych na vnejs pameti Spr ava I/O syst emu { spr ava cinnosti perifernch zarzen Spr ava vn ejs (sekund arn) pam eti { rzen jejho vyuzv an Networking (st'ov an) { podpora distribuovan ych syst em u Syst em ochran { zajist en bezpecnosti Interpret prkaz u { uzivatel u u termin al u Syst emov e programy { kompil atory, editory,... stavov e informace, podpora jazyk u, podpora komunikace, manipulace se soubory, aplikacn syst emy (datab aze,... ) Tou ci onou formou jsou implementovan e v kazd em OS Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 10
Generick e funkcn komponenty OS Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 11
Generick e funkcn komponenty OS, sirs popis Spr ava procesor u dispecer, kr atkodob y pl anovac Spr ava proces u a vl aken vytv aren a rusen proces u a vl aken pozastavov an a obnova behu proces u a vl aken mechanismy synchronizace proces u a vl aken mechanismy komunikace mezi procesy a vl aken Spr ava (hlavn, operacn) pam eti zobrazov an LAP do FAP virtualizace pam eti sledov an kter e c asti FAP jsou pouzv any a k ym mechanismy pridelov an a uvol nov an pameti (FAP) na z adost stredn edob e pl anov an Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 12
Generick e komponenty OS, sirs popis, 2 Spr ava I/O syst emu spr ava vyrovn avacch pam eti univerz aln rozhran ovladac u ovladace Spr ava vn ejs (sekund arn) pam eti spr ava voln e pameti prid elov an pam eti pl anov an optim alnho porad (diskov ych) operac Spr ava soubor u (syst em soubor u, File System) manipulace s kolekcemi dat na vn ejsch pam etech vytv aren, rusen, katalogizace, archivace, obnova,... soubor u Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 13
Generick e komponenty OS, sirs popis, 3 Networking (st'ov an), distribuovan e syst emy kooperace procesor u nesdlejcch ani pam et' ani hodiny kazd y procesor m a svou lok aln pamet' a hodiny propojen komunikacn st n astroje pro sdlen zdroj u (distribuovan y syst em soubor u,... ) Interpret prkaz u rozhran uzivatele na sluzby operacnho syst emu Syst em ochran mechanismy pro rzen prstupu proces u a uzivatel u ke zdroj um rozlisov an autorizovan ych a neautorizovany ych pouzv an specikace vnucovan ych ochrann ych opatren n astroje pro prosazov an ochrann ych opatren Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 14
Spr ava proces u proveden programu { proces (process, task) program { pasivn entita proces { aktivn entita, vce proces u m uze b yt rzeno tmt ez programem soubezne proces { jednotka pl anov an cinnost denovan ych programem proces potrebuje pro svoji realizaci jist e zdroje: CPU (procesor), pam et', I/O zarzen, soubory... inicializacn data Varianta pojmu proces { vl akno jednotka pl anov an cinnost denovan a v programu vl akna vyuzvaj zdroje prid elen e procesu Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 15
Spr ava proces u 1-vl aknov y proces proces vlastnc jedin y ctac instrukc urcujc prst e prov ad enou instrukci proces prov ad instrukce sekvencn e, po jedn e instrukci v case, dokud se neukonc nebo dokud nen jeho b eh prerusen y beh procesu nemus b yt v case kontinu aln { multitasking vce-vl aknov y proces proces vlastnc jeden ctac instrukc pro kazd e v nem denovan e vl akno proces prov ad instrukce vl aken sekvencne, po jedn e v case, dokud se vl akno neukonc nebo dokud nen jeho beh prerusen y vl akna jsou resena v rezimu multiprogramov an/multitasking proces denujc vl akna je rovn ez resen y v rezimu multiprogramov an/multitasking Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 16
Spr ava proces u Studujeme principy univerz alnch OS OS umoz nuje sobezn e prov aden mnoha proces u a tyto procesy n alez mnoha uzivatel um pro resen proces u m a OS k dispozici alespo n jeden procesor soub eznost se dosahuje prepn anm procesoru( u) mezi procesy (vl akny) OS je z hlediska spr avy proces u odpovedn y za Vytv aren a rusen uzivatelsk ych a syst emov ych proces u Potl acen a obnovov an behu proces u Poskytnut mechanism u pro { synchronizaci proces u, pro { komunikaci mezi procesy a pro { zvl ad an uv aznut proces u Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 17
Spr ava procesor u OS (spr ava procesor u) je z hlediska spr avy procesor u odpovedn y za v yb er procesu b ezcho na (dostupn em) procesoru v yb er se rd podle denovan e pl anovac politiky { cyklick e pl anov an, prioritn pl anov an,... rovnez dispecer, pl anovac CPU,... Pl anov an vl aken res podle typu OS j adro OS (spr ava procesor u) jak pro procesy tak i pro vl akna,,run-time support", tj. moduly na urovni knihoven, resc pl anov an vl aken v r amci procesu Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 18
Spr ava (hlavn, operacn, prim arn) pam eti adresov y prostor hlavn (operacn, prim arn) pam et' Fyzick y Adresov y Prostor, FAP pole samostatn e adresovateln ych slov nebo byt u reposit ar elektronicky dostupn ych dat CPU a I/O zarzenm repozit ar instrukc interpretovan ych procesorem Hlavn pam et je energeticky z avisl e zarzen pamatovan a data se ztr ac po v ypadku energie Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 19
Spr ava (hlavn, operacn, prim arn) pam eti Spr ava (hlavn) pameti je odpovedn a za veden prehledu, kter y proces kterou c ast pam eti v dan em okamziku vyuzv a rozhodov an, kter emu procesu uspokojit jeho pozadavek na prostor pameti po uvolnen prostoru pameti. pridelov an a uvol nov an pameti podle potreby rozhodov an, kter y proces nebo kter a c ast procesu uvoln hlavn pamet', aby bylo mozno uspokojit (opr avnen e, prioritnejs,... ) pozadavky jin ych proces u na prostor v hlavn pameti Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 20
Spr ava (hlavn) pam eti, virtualizace pam eti pohled program atora na pam et' v poctaci Logick y adresov y prostor, LAP form at LAP je vymezen form atem adresy v instrukci kapacita LAP je dan a bitovou srkou adresy v instrukci OS zav ad do FAP c asti program u a dat podle potreby v soucasnosti se programy uchov avaj ve form e prelozen do LAP tranformace adres LAP na adresy FAP se prov adej az pri prov aden instrukce v CPU Struktury LAP line arn (pole str anek) { virtualizace str ankovanm na z adost dvoudimension aln { kolekce samostatn ych line arnch segment u (prom enn e d elky), virtualizace segmentov anm na z adost, segmentovan y LAP b yv a casto navc i str ankovan y Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 21
Spr ava (hlavn) pam eti, virtualizace pam eti Line arn LAP m uze b yt zobrazovan y do FAP identitou b ezn e se pouzvaj propracovan ejs zp usoby zobrazov an Zobrazov an LAP do dostupn eho FAP se deje pomoc spolupr ace hardware a funkcionality j adra OS DAT, Dynamic Address Translation tak e MMU, Memory Management Unit Pri odk az an msta s adresou LAP, kter e nen zobrazeno ve FAP spr ava pam eti aktivovan a prerusenm nalezne (vytvor) ve FAP voln y blok na toto msto zavede blok z obrazu LAP s pozadovanou informac nutn a uzk a spolupr ace se specializovan ym syst emem soubor u na vnejs pameti se udrzuje kopie LAP procesu Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 22
Spr ava I/O syst emu skr yv a pred uzivatelem specika konkr etnch I/O zarzen organizuje reposit ar vyrovn avacch pam et a cache pam et organizuje spooling, prekr yv an v ystup u jednoho procesu se vstupy dalsho procesu, resp. dalsch proces u podporuje univerz aln rozhran driver u (ovladac u) I/O zarzen obsahuje drivery (ovladace) jednotliv ych hardwarov ych I/O zarzen Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 23
Spr ava informacnch sklad u, spr ava soubor u dat OS poskytuje jednotn y, logick y pohled na sklad informac abstrahuje fyzick e vlastnosti sklad u do logick ych jednotek { soubor u kazd y druh pamet'ov eho m edia je ovl adan y relevantnm druhem zarzen (p askov y stojan, diskov y stojan,... ) jednotliv e druhy zarzen se vz ajemn e lis rychlost prstupu, kapacitou, rychlosti prenosu dat, prstupovou metodou (sekvencne, libovolne,... ),... Soubor identikovateln a kolekce souvisejcch informac denovan a sv ym tv urcem vnitrn e se clen na samostatn e zprstupniteln e z aznamy z aznamy b yvaj vnitrn e strukturov any do polozek reprezentace jak program u, tak i dat ve vnejs pameti Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 24
Spr ava informacnch sklad u, spr ava soubor u dat Syst em spr avy soubor u odpovedn y za: vytv aren a rusen adres ar u (katalog u) organizov an soubor u do katalog u { adres ar u poskytnut n astroj u pro prid elov an a kontrolov an prstupov ych pr av vytv aren a rusen soubor u podporu primitivnch operac pro manipulaci se soubory a s adres ari zobrazov an soubor u do konkr etne pouzit e sekund arn pameti archivov an soubor u na stabiln energeticky nez avisl a m edia zprstup nov an, dopl nov an z aznam u soubor u Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 25
Spr ava vn ejs (sekund arn) pam eti Hlavn (prim arn, operacn) pam et' je energeticky z avisl a, neschopn a udrzet informaci trvale m a malou kapacitu na to, aby v n bylo mozn e uchov avat vsechna data a programy poctacov y syst em mus obsahovat pro z alohov an hlavn (prim arn) pam eti energeticky nez avislou, dostatecn e kapacitn sekund arn pam et' i za cenu nemoznosti prm e dostupnosti jejch obsah u procesorem V etsina soucasn ych poctac u pouzv a pro roli vn ejs (sekund arn) pameti pro uchov av an program u i dat disky OS co spr avce vnejs (sekund arn) pameti je odpovedn y za Spr avu voln e pameti na disku Prid elov an pam eti disku soubor um Pl anov an cinnosti disku Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 26
Spr ava vn ejs (sekund arn) pam eti mnoh e typy vnejsch pamet nemus b yt,,pohotov e", rychl e terci aln pameti optick e pameti, magnetick e p asky,... d ale pak pam eti typu WORM (write-once, read-many-times) stale se mus ale vykon avat jejich spr ava Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 27
Syst em ochran, bezpecnost Ochrana mechanismus pro rzen prstupu k syst emov ym a k uzivatelsk ym zdroj um Bezpecnost obrana syst emu proti vnitrnm i vn ejsm utok um, odmtnut sluzby, cervi, viry, zcizen identity, zcizen sluzby,... Syst em ochran je souc ast vsech vrstev OS Syst em ochran mus rozlisovat mezi autorizovan ym a neautorizovan ym pouzitm poskytnout prostredky pro sv e prosazen Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 28
Syst em ochran, bezpecnost OS obvykle prim arn e rozlisuje uzivatele, aby mohl urcit co kdo m uze delat identita uzivatele se obvykle reprezentuje jm enem a asociovan ym cslem (user ID, uid, security ID,... ), po jednom na jednoho uzivatele uid se spojuje se soubory, procesy,..., kter e uzivatel vlastn a odvozuj se z n prstupov a/manipulacn pr ava obvykle lze n ejakou formou pracovat se skupinami uzivatel u, ty pak maj sv e gid (group ID) pokud uzivatel pouzv a bezpecn y n astroj, p uvodne vlastnen y uzivatelem s vyssmi prstupov ymi pr avy, m uze takov y n astroj b yt uzivatelem provozovan y s pr avy jeho tv urce, efektivn uid (eective ID) t ehoz programu se m uze menit Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 29
Interpret prkaz u V etsina zad an je pred av ana operacnmu syst emu rdcmi prkazy, kter e zad avaj pozadavky na spr avu a vytv aren proces u ovl ad an I/O spr avu sekund arnch pam et spr avu hlavn pam eti zprstup nov an soubor u ochranu pr aci v sti,... program, kter y cte a interpretuje rdic prkazy se naz yv a v r uzn ych OS r uzn ymi n azvy command-line interpreter, shell, command.com,... z akladn funkc interpretu prkaz u je zsk avat rdic prkazy a zajist'ovat jejich proveden Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 30
Hlavn prstupy k rozvoji architektu OS Mikroj adrov a architektura, Microkernel architecture mikroj adro OS: pouze spr ava pam eti, spr ava procesor u, komunikace mezi procesy ostatn sluzby OS pln procesy (tzv. servery) b ez v uzivatelsk em rezimu, pro mikroj adro maj charakter aplikac koncept zjednodusuje implementaci OS, pruznost, je vhodn y pro distribuovan e prostred Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 31
Hlavn prstupy k rozvoji architektu OS Multi-vl akna, Multithreading Proces lze resit vce soub ezn ymi sekvencnmi toky operac { vl akny vl akno je jednotkou pl anov an, nikoliv subjekt vlastnc zdroje, vl akno je c ast procesu, proces je subjekt vlastnc zdroje vl akno m a sv uj kontext a svoji datovou oblast umoz nujc vol an podprogram u program atorovi d av a siln ejs n astroje pro modularitu aplikace a casov eho rzen ud alost souvisejcch s aplikac Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 32
Hlavn prstupy k rozvoji architektu OS Symetrick y multiprocesing, Symetric multiprocessing poctac vybaven y n shodn ymi procesory se spolecnou pam eti a se spolecn ymi IO velk y v ykon { OS pl anuje prov aden vl aken / proces u, n proces u / vl aken m uze bezet paralelne vysok a dostupnost v ykonu { porucha 1 procesoru nezastav syst em inkrement aln zvysov an v ykonu { dopl nov anm procesor u snadn a um ernost dostupn eho v ykonu aplikaci Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 33
Symetrick y multiprocesing Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 34
V ypocetn prostred tradicn poctace pojem tradice se v pr ubehu casu dost mlz kancel arsk aprostred { termin aly pripojen e ke strediskov emu poctaci,... PC pripojen e k sti,..., webovsk a intern / extern dostupnost prot al u,... dom ac ste { izolovan y PC,..., st', s rewallovou ochranou,... klient-server model jednoduch e termin aly byly nahrazeny propracovan ymi PC { klienti centr aln v ypocetn zdroj (server) reaguje na pozadavky klient u server a klienti typicky propojeni st server { datab aze, katalog soubor u, tiskov y syst em,... Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 35
Prklady architektur klient-server s vce vl akny Thread-per-request Architecture I/O vl akno serveru vytvor pro resen kazd eho nov eho pozadavku klienta na zprstupn en vzd alen eho objektu nov e vl akno (worker) po spln en sluzby se vl akno worker samo zrus vl akna nesdl z adnou frontu { maxim aln propustnost cast e vytv aren / rusen vl aken { vyss rezie Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 36
Prklady architektur klient-server s vce vl akny Thread-per-connection Architecture Server vytvor nov e vl akno pro kazd e spojen s jednm klientem a pozadavky jednotliv ych klient u res sekvencn e po uzavren spojen s klientem se vl akno zrus mens rezie nez v prpad e Thread-per-request Architecture potenci aln e nis propustnost dky frontov an pozadavk u Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 37
Prklady architektur klient-server s vce vl akny Thread-per-object Architekture Kazd y zprstup novan y objekt serveru je obsluhovan y samostatn ym vl aknem I/O vl akno prijm a pozadavky klient u na zprstupn en objekt u pozadavky na t yz objekt se rad do fronty na objekt vl akno se zrus pri zrusen objektu Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 38
St'ov y OS vs. distribuovan y OS St'ov y OS Unix, Windows OS rdic 1 uzel ste s vestaven ymi schopnostmi pracovat se vzd alen ymi zdroji v sti n ekter e zdroje lze zprstup novat se st'ovou transparenc (NFS zprstup nujc soubory v sti,... ) mnoh e zdroje si zachov avaj uzlovou autonomii (OS rd procesy ve sv em uzlu, pl anovat procesy v jin em uzlu nelze, uzivatel se mus otevrat relace v jednotliv ych uzlech explicitn e,... Distribuovan y OS zatm v komercn, ekonomicky efektivn rovin e neexistuje cel a st' se uzivateli jev jako jedin y syst em Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 39
Middleware Softwarov a vrstva lezc mezi aplikacemi a OS poskytujc aplikacm programovac abstrakci a maskov an heterogenity podp urn ych st, poctac u, operacnch syst em u, programovacch jazyk u,... Poskytuje aplikacnm program ator um jednotn y v ypocetn model vesm es na b azi paradigmat server-klient, prp. dalsch forem pro podporu distribuovan ych aplikac (napr. RPC) v prostred podporovan em st'ov ym OS (protoze distribuovan e OS jsou chim era) middleware = procesy a objekty v poctacch propojen ych st + syst em v ymen zpr av CORBA, Java RMI, WEB Services, DCOM,... Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 40
Middleware Nadstavba st'ov eho OS resc neexistenci distribuovan ych OS OS bezc v uzlu (j adro OS + sluzby na uzivatelsk e urovni) poskytuje lok aln abstrakce a ty vyuzv a middleware pro implementaci mechanism u pro vzd alen e manipulace s objekty a procesy v uzlech (res se uv aznut, transakce, obnova po v ypadku, vz ajemn e vyloucen kritick ych sekc proces u, shoda,...,... ) Kombinace middleware a st'ov eho OS je akceptovateln e kompromisn resen vyv azenosti mezi pozadavky na autonomii na jedn e stran e a st'ovou transparentost na druh e strane Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 41
Typov e hierarchick e uspor ad an distribuovan eho syst emu Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 42
Vol an sluzeb syst emu, System Calls Vol an sluzeb syst emu podporuje rozhran mezi b ezcmi procesy a operacnm syst emem program atorsk e rozhran na sluzby OS genericky dostupn e na urovni symbolick eho strojov e jazyka (assembly-language) Jazyky urcen e jako n ahrada symbolick eho strojov e jazyka pro syst emov e programov an umoz nuj volat system calls prmo, (napr. knihovny C, C++) Aplikacn programy si sluzby OS zprstup nuj spse pres API (Application Program Interface) vysok e urovn e nez prm ym vol anm syst emu snadn ejs prenositelnost program u srozumiteln ejs vyj adren Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 43
Typy / kategorie poskytovan ych sluzeb, System Calls Rzen proces u, Process Control zaveden programu do hlavn pam eti a start jeho resen { procesu, ukoncen procesu (norm aln e, nestandardn e { s indikac chyby) fork(), exec(), wait(), abort(),... Ilustrativn v ycet typ u load, execute, create process, fork,... end, abort, terminate process,... get process attributes, set process attributes wait for time wait event, signal event allocate memory, free memory... Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 44
Typy / kategorie poskytovan ych sluzeb, System Calls spr ava soubor u, File management Manipulace s daty ve spr ave syst emu soubor u schopnost cst, zapisovat, vytv aret a rusit soubory dat na vnejsch pametech a data v souborech seskupen a open(), close(), chmod(), link(), stat(), creat(), get(), put(),... Ilustrativn v ycet typ u create le, delete le open, close read, write, reposition get le attributes, set le attributes,... Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 45
Typy / kategorie poskytovan ych sluzeb, System Calls Spr ava IO zarzen, Device Management Proveden I/O operace, IO Operation uzivatelsk y program nesm prov ad et I/O operace prmo, OS mus proto poskytovat prostredky vykon avajc I/O ioctl(), select(), read(), write(),... Ilustrativn v ycet typ u request device, release device read, write, reposition get device attributes, set device attributes logically attach, logically detach devices... Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 46
Typy / kategorie poskytovan ych sluzeb, System Calls Udrzba informac, Information Maintenance time(), acct(), gettimeofday(),... Ilustrativn v ycet typ u get time, get date, set time, set date get system data, set system data get process attributes, le attributes, device attributes set process attributes, le attributes, device attributes... Detekce chyb a chybov e rzen, Error Control z aruka za spr avnost v ypoctu detekc chyb v CPU, v pam et'ov em hardware, v I/O zarzench a v programech Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 47
Typy / kategorie poskytovan ych sluzeb, System Calls Komunikace, komunikace mezi procesy Communications, Interproces Communications (IPC) v ym ena informac mezi procesy realizovan a { bud'to v r amci jednoho poctace { nebo mezi r uzn ymi poctaci pomoc ste implementace bud'to sdlenou pam et nebo pred av anm zpr av socket(), accept(), send(), recv(), wait(), signal(),... Komunikace, Communication create communication connection, delete communication connection send message, receive message transfer status information attach remote devices, detach remote devices Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 48
Vnitrn sluzby OS nejsou urceny k tomu, aby pom ahaly prmo uzivateli, slouz pro zabezpecn efektnho provozu syst emu Prid elov an prostredk u (zdroj u), Resource Allocation mezi vce soub ezn e operujcch uzivatel u resp. jejich proces u uctov an, resp. protokolov an, Accounting udrzov an prehledu o tom, kolik kter ych zdroj u syst emu kter y uzivatel pouzv a cl { uctov an za sluzby, sber statistik pro pl anov an,... ochrana a bezpecnost, Protection / Security p ece o to, aby vesker e prstupy k syst emov ym zdroj um,,byly pod kontrolou" Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 49
Volan slu zeb systemu, System Calls 2 Ilustra cn p r klad { kopie jednoho souboru do jineho souboru Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn systemy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 50
Ilustrace standardnho API { Win32 Funkce ReadFile() cten ze souboru dat HANDLE le { jm eno souboru, ze kter eho se cte LPVOID buer { clov a vyrovn avac pam et' DWORD bytestoread { d elka vyrovn avac pam eti LPDWORD bytesread { d elka precten ych dat LPOVERLAPPED ovl { cekat / necekat na konec operace Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 51
Ilustrace standardnho Java API metoda read() z trdy java.io.inputstream metoda vrac int reprezentujc pocet precten ych byt u IOException { odbocka pro resen IO chyby byte [] b { clov y buer int o { poc atecn oset v b, kam se zapisuj data int len maximum cten ych byt u Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 52
Vztah API { vol an syst emu { OS Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 53
Vol an syst emu, prklad standardn knihovny C Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 54
Vol an syst emu, prklad, program pro tisk adres are Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 55
Metody pred av an parametr u mezi bezcm procesem a OS v registrech { registry jsou dostupn e procesu i OS v tabulce ulozen e v hlavn pameti { adresa tabulky se umst v registru, (Linux, Solaris) v z asobnku { { z asobnk je dostupn y procesu i OS { program provede,,push"(store), OS provede,,pull"(load) Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 56
Vol an syst emu, pred av an parametr u tabulkou Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 57
Vol an syst emu, typov y prklad z asobnkem 11 krok u resen vol an sluzby read(fd, buffer, nbytes) (knihovna C) Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 58
Vol an syst emu, prklad, maxim aln e jednoduch y shell Jan Staudek, FI MU Brno PB152 Operacn syst emy { Typologie, funkcn skladby a architektury OS 59