PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní1
Zdeněk Říha
zriha@fi.muni.cz
PB153
Operační systémy a jejich
rozhraní
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní2
Rozdíl vůči PB152
,,a jejich rozhraní"
praktičtěji zaměřené
zajímají nás i konkrétní OS
ukážeme si rozhraní pro programátory
tj. systémová volání OS
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní3
Literatura
1. Přednášky
2. PPT prezentace
3. PPT prezentace z PB152
4. Silberschatz, Galvin, Gagne: Operating System
concepts, 7th edition, Wiley, 2004, ISBN 0-471-
69466-5
PPT z PB153 jsou založeny na PPT k této knize a jsou
modifikovány.  Silberschatz, Galvin and Gagne, 2005
5. Stallings: Operating systems: Internals and
Design Principles, 5th edition, Prentice-Hall
International, 2005. ISBN 0-13-147954-7.
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní4
Počítačový systém
o Hardware
* CPU
* Paměti
* I/O
o Operační systém
o Aplikační a
systémový SW
o UživateléHW
Operační systém
Aplikační a systémový
software
UživatelA
UživatelB
UživatelC
UživatelD
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní5
Proč studovat OS?
Asi nebudete psát ani navrhovat zcela nový
OS ale ...
možná budete muset OS modifikovat
... nebo rozšiřovat (např. nový ovladač)
při programování budete využívat služeb OS
a nebo alespoň budete OS používat a je
dobré vědět, co od nich můžete čekat
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní6
Co nás čeká
1. Úvod, historie
2. Procesy (plánování běhu, synchronizace)
3. Správa paměti (alokace paměti, virtuální
paměť)
4. Správa I/O operací (plánovaní, vnější
paměti)
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní7
Uživatelský pohled na OS
Dnes používáme typicky desktopy vyhrazené
pro jednoho uživatele
OS navržen pro jednoduché používání, výkon
systému je brán na zřetel, ovšem na využití
zdrojů není kladen důraz
Dříve často terminály, OS plní požadavky
programů řady uživatelů
důraz na využití zdrojů počítače
férové užívání zdrojů jednotlivými uživateli
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní8
Systémový pohled na OS
OS především jako správce prostředků
počítače
CPU, operační paměť, disková paměť, I/O
zařízení
Koordinátor, řídící složka
řídí spouštění programů, zabraňuje chybám a
vzájemnému ovlivňování
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní9
Definice OS
Neexistuje universální a všeobecně platná definice
OS
Stejně tak není jednotný názor na to, co všechno
zahrnuje OS (jádro, systémové a aplikační
programy)
OS = to co výrobce dá do krabice
OS = jádro (tj. část, která je neustále spuštěna)
Raději definujeme OS tím co dělá, než tím co
vlastně je.
Analogie s ,,vládou"
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní10
Primární cíle OS
Při návrhu OS jsou stanoveny podmínky/cíle, které
má OS splňovat
uživatelská přívětivost
efektivní využití (drahých) zdrojů
ne všechny podmínky/cíle však implikují jasné
způsoby návrhu/implementace (bezchybnost,
spolehlivost)
Za 45 let vývoje se OS značně změnily: od
jednoduchých textově zaměřených po komplexní
systémy s komfortním GUI.
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní11
Stolní systémy
Desktop ­ stolní systém
Osobní počítač (PC) vyhrazený pro jediného uživatele
(v jednom okamžiku)
Primární je uživatelské pohodlí
Protože uživatel je jediný, mohou být některé
bezpečnostní mechanismy
vynechány/neimplementovány
Typické I/O vybavení zahrnuje klávesnici, myš,
monitor a tiskárnu
V současné době existuje celá řada OS, některé jsou
dostupné pro řadu HW platforem (obvykle systémy
UNIXového typu jako *BSD nebo Linux), některé jen
pro specifické platformy (MacOS, Windows XP/Vista
jsou orientovány především na Intel Pentium
procesory, Windows CE však běží na řadě platforem.)
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní12
Paralelní systémy
Úzce vázané systémy
Několik vzájemně komunikujících CPU sdílející jednu
paměť a hodinový signál
Výhody: vyšší propustnost systému, ekonomické
využití počítače
SMP symetrický multiprocesorový systém
Všechny procesory jsou si rovné
Na všech běží stejná kopie OS
SMP dnes podporuje řada OS včetně Linuxu,
Windows, FreeBSD apod.
AMP ­ asymetrický multiprocesorový systém
Každý procesor ­ specifický úkol např. jeden
procesor plánuje ostatním práci, nebo určité typy
procesů běží na jednotlivých procesorech
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní13
Distribuované systémy
Volně vázané systémy
Každý CPU má vlastní paměť
Nekomunikují tedy spolu sdílenou pamětí, ale
pomocí komunikačních spojů (od speciálních
vysokorychlostních sběrnic až po klasické
komutované linky)
Výhody: sdílení zdrojů (tiskárny, diskové kapacity),
vyšší spolehlivost
Architektury
* Klient-server ­ řada klientů komunikuje s jedním (nebo více)
servery
* Peer-to-peer sítě ­ všechny počítače jsou rovnocenné
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní14
Real-time systémy
RT, real-time systémy, systémy pracující v reálném čase
Pro speciální aplikace typu řízení strojů (např. vstřikování
v automotoru), sledovací aktivity (např. nemocniční monitorovací
systémy)
RT systémy pracují s pevně stanovenými časovými limity
Hard (přísné) RT systémy
* při spuštění procesu je stanoven časový limit ­ OS proces odmítne
nebo přijme
* nutné specializované OS systémy, obvykle bez vnějších pamětí,
speciální plánovací algoritmy
Soft (tolerantní) RT systémy
* procesy s vyšší prioritou mají přednost před procesy s nižší prioritou
* vhodné pro multimedia, robotický průmysl
* řada běžných OS podporuje stanovení priorit procesů (způsob
implementace a výsledek je však velice různý)
PB 153 Operační systémy a jejich rozhraní15
Kapesní systémy
Palm tops, kapesní systémy, PDA, mobilní
telefony
Omezená paměť (volatilní i trvalá)
Relativně pomalé procesory
Malé zobrazovací zařízení
Omezená baterie