Operációs rendszerek PMB1206 - Nyíregyházi Főiskolazeus.nyf.hu/~bajalinov/LevOpRend/01/OpRend_01.pdf · Dr. Bajalinov Erik Operációs rendszerek (PMB1206) 01 Nyíregyházi Egyetem

Dr. Bajalinov Erik Operációs rendszerek (PMB1206)

1 Nyíregyházi Egyetem Matematika és Informatika Intézete 01

Operációs rendszerek PMB1206 Dr. Bajalinov Erik

NyE MII 2016-201* (ahol *=7,8,9)

Félévi tematika

Hét Előadás Gyakorlat

1 Bevezetés, történet, fajták, strukturák MS-DOS alapok

2 Processzusok, Szálak, IPC MS-DOS parancsok

3 Ütemezés jogosultságrendszer, chmod, attr

4 Deadlock es algoritmusok fájlműveletek, bat-programozás I.

5 Memória kezelés 1 fájlműveletek, bat-programozás II.

6 Memória kezelés 2 fájlműveletek, bat-programozás III.

7 Input Output 1 MSVS- DLL technológia

8 Input Output 2 Zh1

9 File rendszerek felépítése 1 s/w ismertetés: shed, XVI32

10 File rendszerek felépítése 2 s/w ismertetés: awk, Cygwin,

11 Biztonság, Registry MSVS – Registry kezelés

12 Miltiprocesszoros rendszerek s/w ismertetés: vi, WinVi

13 Op. rendszer Online frissítése MSVS – állományok Web-ről

14 Egyéb operációs rendszerek Zh2



Javasolt irodalom

1. Andrew S. Tanenbaum, Albert S. Woodhull Operációs rendszerek - Tervezés és implementáció CD melléklet,

Panem Könyvkiadó, 2007

2. Andrew S. Tanenbaum, Albert S. Woodhull Operating Systems Design and Implementation (3rd Edition) 3rd Edition

Upper Saddle River, New Jersey 2006

3. Andrew S. Tanenbaum, Herbert Bos,

Modern Operating Systems (4th Edition)

Pearson, 2014

4. Mary S. Gorman, Stubbs Operációs rendszerek,

Panem Könyvkiadó, 2003

5. William Stallings, Operating Systems: Internals and Design Principles (7th or 8th Edition),

Prentice Hall;, 2011, 2014

http://www.libri.hu/szerzok/andrew_s_tanenbaum.html

http://www.libri.hu/szerzok/albert_s_woodhull.html


http://www.libri.hu/szerzok/albert_s_woodhull.html


http://bookline.hu/szerzo/mary-s--gorman/61101

http://bookline.hu/szerzo/stubbs/61102



Bevezetés

1. Mi az operációs rendszer?

2. Korai rendszerek.

3. A kötegelt feldolgozás egyszerű rendszerei. (Simple Batch)

4. A kötegelt feldolgozás multiprogramozott rendszerei.

(Multiprogramming Batched Systems)

5. Időosztásos (time-sharing) rendszerek.

6. Személyi számítógépes rendszerek.

7. Párhuzamos rendszerek.

8. Elosztott rendszerek.

9. Valós idejű rendszerek.



Mi az operációs rendszer

(English: operating system, OS)?

Operációs rendszer: Egy program (rendszer), amely közvetítő szerepet játszik a számítógép

felhasználója és a számítógép hardver között.

(https://hu.wikipedia.org/wiki/Operációs_rendszer)

Operációs rendszer célok: 1. Felhasználói programok végrehajtása, a felhasználói feladatmegoldás

megkönnyítése.

2. A számítógép rendszer használatának kényelmesebbé tétele.

3. A számítógép hardver kihasználásának hatékonyabbá tétele.

https://hu.wikipedia.org/wiki/Operációs_rendszer



Hány operációs rendszer létezik?

Nem teljes lista (csak nyilvános, nem „speciális” jellegűek):

https://hu.wikipedia.org/wiki/Operációs_rendszerek_listá1ja

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_operating_systems

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_IBM_mainframe_operating_systems (+ Kylin, Gun data computer, Battery Computer System, Army Secure Operating System – ASOS, РАФОС,

ДУБНА, Эльбрус, Агат, stb.)

Fő elemei

Az operációs rendszerek alapvetően három részre bonthatók:

1. a felhasználói felület (a shell, amely lehet egy grafikus felület,vagy egy

szöveges),

2. alacsony szintű segédprogramok és

3. a kernel (mag), amely közvetlenül a hardverrel áll kapcsolatban.

https://hu.wikipedia.org/wiki/Operációs_rendszerek_listá1ja

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_operating_systems

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_IBM_mainframe_operating_systems

https://hu.wikipedia.org/wiki/Felhaszn%C3%A1l%C3%B3i_fel%C3%BClet

https://hu.wikipedia.org/wiki/Grafikus_felhaszn%C3%A1l%C3%B3i_fel%C3%BClet



Számítógép rendszerek komponensei (séma)

1. Hardver – az alapvető számítási erőforrásokat nyújtja (CPU, operatív

memória, I/O berendezések).

2. Operációs rendszer – koordinálja és vezérli a hardver erőforrások

különböző felhasználók különböző alkalmazói programjai által történő

használatát.

3. Alkalmazói programok – definiálják azt a módot, ahogyan az egyes

rendszer-erőforrásokat a felhasználók számítási problémáinak megoldásához

föl kell használni (fordítók, adatbázis kezelők, videó játékok, ügyviteli

programok).

4. Felhasználók (emberek, gépek, más számítógépek).



Számítógép rendszerek komponensei (séma)



Vagy másképpen, részletesebben



A számítógép funkcionális felépítése



A számítógép funkcionális struktúrája



Operációs rendszer definíciók (nézetfüggő)

1.Erőforrás allokáló/kiosztó – menedzseli és kiosztja a hardver

erőforrásokat.

2.Felügyelő program – felügyeli a felhasználói programok

végrehajtását, az I/O berendezések működését.

3.Kernel (mag) – az egyetlen program, amelyik "állandóan fut"

(minden más program alkalmazói program).



Korai rendszerek – "pucér" gépek (1945-1955), operációs

rendszerek nélkül.

MARK I.

Hardver – relék, kommutációs panelek. A számítógépes rendszerek fejlődését erősen

befolyásolta a második világháború (rakéták

pályájának kiszámítása, kódolt szövegek

megfejtése, stb.)

1939 ABC - az első digitális számítógép. Dr. John Astanasoff tervezte.



1944 Mark I - az első amerikai általános célú számítógép, amelyet programok

vezéreltek (Relékkel működött). A Harvard egyetemen tizenöt évig használták.

1945 MARK II - az első "bug". A Mark II fejlesztése közben a számítógép

egyik reléje elromlott, és a kutatók egy agyonütött molylepkét találtak az

érintkezői között. Azt tartják, hogy ez az eredete az angol "bug" (bogár, apró

programhiba) és a debugging (hibakeresés) szakkifejezéseknek.

1945 ENIAC - Electronic Numeric Integrator and Computer. 30 tonna, 18 ezer

rádiócső, programozáshoz 6000 kapcsolót kellett átállítani.



Tranzisztor alapú gépek (1955-1965), kötegelt feldolgozás

(Simple Batch) I.

Szerkezeti jellemzők

a nagyméretű gépet a konzolról irányítják,

egy felhasználós rendszer,

a programozó egyben operátor is,

lyukszalagos és/vagy lyukkártyás adatbevitel és kivitel.



EC-1020 (Szovjetunió)

IBM-360 (USA)



Korai szoftver assemblerek,

betöltők (loader-ek),

kapcsolat szerkesztők (linkage editor),

közös szubrutin-könyvtárak,

fordítók (compiler-ek),

I/O berendezés kezelő rutinok (device driver-ek).

Biztonság - ?

Drága erőforrások rossz hatékonyságú kihasználása alacsony CPU kihasználtság,

jelentős mennyiségű "beállítási idő" (setup time).



A kötegelt feldolgozás rendszerei (Simple Batch) II. Professzionális operátor.

Felhasználó saját alkalmazást készít és átadja operátornak.

Rendszer rendelkezik egy/több kártyaolvasóval.

Automatikus soros munka végrehajtása (job sequencing): a vezérlés

egyik job-ról (a job vége után) automatikusan kerül át a következőre.



Az első elemi operációs rendszer megjelenése.

Rezidens monitor (felügyelőprogram, schedular) működési elve: kezdetben a vezérlés a monitornál van, a vezérlés átadódik a job-nak, ha a job

befejeződött a vezérlés vissza kerül a monitorhoz.

Egy tipikus job szerkezete és a számítógépes problémamegoldás folyamata,

job-lépés (jobstep).

Problémák: 1. Hogyan szerezhet a monitor tudomást az adott job természetéről (pl. FORTRAN

vagy ASSEMBLY nyelvű-e?), vagy melyik programot kell végrehajtani?

2. Hogyan tudja a monitor megkülönböztetni

egyik job-ot a másiktól?

az adatot a programtól?

Megoldás: Vezérlő kártyák, pozicionálás, JCL-nyelv (Job Controlling Language) Speciális kártyák, amelyek megmondják a monitornak, mely programot kell futtatni ($JOB,

$FTN, $RUN, $DATA, $END)



Speciális karakterek különböztetik meg az adat és program kártyákat. (//, $,

stb.)



A kötegelt feldolgozás rendszerei (Simple Batch) III. A rezidens monitor funkcionális részei

Vezérlő kártya interpreter (értelmező) – felelős a vezérlőkártyák

beolvasásáért és értelmezéséért.

Betöltő (loader) – háttértárból betölti az egyes rendszer és felhasználói

programokat az operatív memóriába.

Készülék meghajtó programok (device drivers) – ismerik a rendszer az

egyes I/O berendezéseinek tulajdonságait és működtetésük logikáját.

Előny: csökken a beállítási idő (setup time)!

Probléma: Alacsony teljesítmény – mivel az I/O és a CPU műveletek nem

fedhetik át egymást (párhuzamosság!) és a kártyaolvasó nagyon lassú!

Megoldás: Off-line elő- és utófeldolgozás – a job-okat egy másik (olcsóbb,

egyszerűbb) gép segítségével szalagra másoljuk, ill. az eredményeket

(mágneses) szalagra írjuk, majd a főgépen (mainframe) a több job-ból

összeállított csomagot (batch) futatjuk.



A kötegelt feldolgozás rendszerei (Simple Batch) IV.

Még jobb megoldás: Spooling (SPOOL - Simultaneous Peripheral Operation

On Line) IBM704, 1960.

Mialatt egy job végrehajtódik, az operációs rendszer:

1. beolvassa a következő job-ot a kártyaolvasóról a lemezre (job queue)

2. egy előző job által nyomtatni szánt adatokat lemezről printerre továbbítja,

Ennek következtében drasztikusan növekszik a CPU kihasználtsága!

Job pool – olyan adatszerkezet, amelynek segítségével az operációs rendszer

kiválaszthatja a lemezről a következő job-ot.



A kötegelt feldolgozás multiprogramozott rendszerei.

(Multiprogramming Batched Systems)

Alapelv

néhány job (step) futtatható kódja állandóan az operatív memóriában

helyezkedik el és készen áll arra, hogy „utasításokkal lássa el” a CPU-t.

Vigyázat

Nem „párhuzamosan futó” programokról van szó! Az operációs rendszer

valamilyen stratégia szerint adja oda a CPU-t a sorban álló futásra kész

programoknak.



A multiprogramozás által az operációs rendszerekkel szemben

támasztott követelmények:

Az I/O-nak az operációs rendszer részéről történő teljes körű felügyelete.

(adat- és programkód-védelem!)

Az I/O-t az operációs rendszer nem egyszerűen támogatja, hanem

végrehajtásához elkerülhetetlen.

Hardver feltételek (kernel/supervisor mode, privileged operations)

Memória gazdálkodás – a rendszernek fel kell osztania a memóriát a futó

job-ok között. Hardver feltételek (kernel/supervisor mode, privileged

operations,

segmentation)

CPU ütemezés – a rendszernek választani kell tudni a futásra kész job-ok

között.

Eszközökhöz való hozzárendelés. Nem „jut” minden job-nak printer,

lemez, stb.



Időosztásos (TS - time-sharing) rendszerek – interaktivitás

CTSS – Compatible Time Sharing System

A kötegelt rendszerek hátránya: nincs interaktivitás!

TS esetén a CPU váltakozva áll olyan job-oknak a rendelkezésére, amelyek a

memóriában, vagy lemezen találhatók. (Természetesen a CPU-t csak olyan job

kaphatja meg, amely éppen a memóriában van.)

Egy job a lemezről a memóriába, ill. a memóriából a lemezre betölthető vagy

kimenthető az ütemezési stratégiának (időosztás!) megfelelően.

Új fogalom: folyam (process)!

A rendszer és a felhasználó között on-line kommunikációt tételezünk fel; ha az

operációs rendszer befejezi egy parancs végrehajtását, a következő „vezérlő

utasítás”-t nem a kártyaolvasóról, hanem a felhasználó klaviatúrájáról várja.

Egy – adatokat és utasításkódokat tároló – on-line fájl-rendszer (file system)

kell, hogy a felhasználók rendelkezésére álljon.



Személyi számítógépes rendszerek. Személyi számítógépek (PC- Personal Computer) – a teljes számítógép

rendszer egy egyszerű felhasználónak kizárólagos rendelkezésére áll.

Tipikus konfigurációjú I/O berendezések – klaviatúra (keyboard), egér

(mouse), képernyő kijelző (monitor, screen), kis(ebb) teljesítményű nyomtató

(printer).

Előtérben a felhasználó (személy) kényelme és felelőssége.

Több esetben adaptál eredetileg nagygépes operációs rendszerekre kidolgozott

információ technológiai megoldásokat (rendszer migráció).

Példa:

MULTICS (MIT,1965-70) → UNIX (Bell Labs, 1970) → POSIX szabvány

(IEEE), ahol MILTICS – MULTiplexed Infromation and Computing Service,

IEEE- Institute of Electrical and Electronics Engineers, UNIX- eredetileg

UNICS, azaz UNIplexed Information and Computing System.

A felhasználó személy sokszor a számítógép kizárólagos tulajdonosa,

felhasználója, és így nincs szüksége fejlett CPU kiszolgáló és adatvédő

szolgáltatásokra.



Párhuzamos rendszerek / multiprocesszoros rendszerek. Egynél több (szoros

kommunikációs kapcsolatban levő) CPU-val.

Szorosan kapcsolt/csatolt rendszerek – a processzorok közösen

használják a memóriát és a rendszer órát. A kommunikáció a közös

memória segítségével történik.

Párhuzamos rendszerek előnyei: Megnövelt átbocsátó képesség, magasabb teljesítmény

Gazdaságosság

Növekvő megbízhatóság



Szimmetrikus multiprocesszálás

Minden egyes processzor az operációs rendszer azonos változatát

(másolatát) futtatja. Ezek egymással szükség szerint kommunikálhatnak.

Sok processz futhat egyszerre teljesítménycsökkenés nélkül (I/O

problémák, ütemezés)

Aszimmetrikus multiprocesszálás (master-slave modell)

Minden egyes processzor a hozzárendelt specifikus feladatot (task) oldja

meg. A futtatandó feladatot a mester határozza meg! Ezek a taskok

egymással szükség szerint kommunikálhatnak.

Nagyon nagy rendszerekben elterjedtebb megoldás.



Elosztott rendszerek – a számításokat több processzor

között osztják meg.

Lazán kapcsolt/csatolt rendszerek – a processzorok saját lokális

memóriát és rendszer órát használnak. A kommunikáció nagy

kapacitású adatvonalak (korábban telefonvonalak) segítségével történik. Új fogalmak: LAN (Local Area Network), site (hely, telek), node (csomópont).

Elosztott rendszerek előnyei: Erőforrás megosztás (printerek, adattárolók, stb.),

Számítási teljesítmény növelés,

Túlterhelés védelem (load sharing),

Növekvő megbízhatóság,

Kommunikáció (e-Mail, Web-alkalmazások, stb.)



Valós idejű (real-time) rendszerek

Gyakran úgy jelenik meg, mint valamilyen dedikált alkalmazás (pl.

tudományos kísérlet támogatása, orvosi képfeldolgozás, ipari kontroll, kijelző

rendszerek, forgalomirányítás, stb.) irányító-felügyelő rendszere.

A „kiszolgálás” azonnal megkezdődik! Jól definiált, rögzített idejű

korlátozások.

„Hard” ("merev" valós idejű) rendszerek. A másodlagos tár korlátozott, vagy teljesen hiányzik; az adatokat az operatív

memóriában (RAM), vagy akár ROM-ban tárolják. Példa: robotizált gyártás

(hegesztés, festés, szerelés).

„Szoft” ("puha" valós idejű) rendszerek. Korlátozott szolgáltató programok az ipari kontroll, a robotika területén. A

fejlett operációs rendszer szolgáltatásokat igénylő alkalmazásoknál igen

hasznosak. Példa: VxWorks, QNX multimédiás operációs rendszerek.



Beépített (built-in) rendszerek Korlátozott képességű speciális feladatok végrehajtására fejlesztett rendszerek.

Sokszor JVM (Java Virtual Machine) és Java applet (kis program) alapúak.

Területek:

PDA – Personal Digital Assistant, GPS – Global Positioning System, Mobil

telefonok / kommunikátorok / SMART eszközök, Videó- és fényképezőgépek,

bankkártyák, iPOD/iPAD- féle eszközök, stb.

Példák:

PalmOS, Windows CE (Consumer Electronics), Android, stb.

Documents

Operációs rendszerek PMB1206 - Nyíregyházi Főiskolazeus.nyf.hu/~bajalinov/LevOpRend/01/OpRend_01.pdf · Dr. Bajalinov Erik Operációs rendszerek (PMB1206) 01 Nyíregyházi Egyetem