Podstawy Systemów Operacyjnych – A. Silberschatz 2.1 ę · Podstawy Systemów Operacyjnych –...

1

I. Pardyka – Akademia Świętokrzyska2.1Podstawy Systemów Operacyjnych – A. Silberschatz

Struktury systemów komputerowych

Działanie systemu komputerowegoStruktura we/wyStruktura pamięci

Hierarchia pamięciOchrona sprzętowa

Architektura


Architektura systemu komputerowego


Działanie systemu komputerowego

CPU i urządzenia we/wy mogą pracować współbieżnie.Każdym urządzeniem steruje kontroler (sterownikurządzenia).

Każdy sterownik posiada lokalny bufor.CPU przesyła dane z/do pamięci do/z lokalnego bufora.

Pod pojęciem we/wy rozumie się urządzenie wraz zbuforem sterownika.

Sterownik urządzenia informuje CPU, że zakończyłoperację we/wy generując przerwanie (interrupt).


Przerwania

Przerwanie przekazuje sterowanie do procedury obsługiprzerwania za pośrednictwem wektora przerwań(interrupt vector), który zawiera adresy wszystkichprocedur obsługi.Konieczność zapamiętania adresu przerwanej instrukcji.

Przychodzące przerwania są blokowane na czas obsługiaktualnie obsługiwanego.

Pułapka (trap) to przerwanie generowane programowo,powodowane przez błąd lub żądanie użytkownika.

System operacyjny jest sterowany przerwaniami (interruptdriven).


Obsługa przerwań (Interrupt Handling)

System operacyjny zachowuje stan CPU:stan licznika programu

Stan innych rejestrów.

Określa typ przerwania:odpytywanie (polling)Wektorowe (vectored interrupt system)

Dla każdego typu przerwań oddzielne procedury.


Wykres czasowy przerwań w trakcie operacji wyjścia

2


Struktura we/wy – tryby pracy

Po rozpoczęciu operacji we/wy, sterowanie jest zwracaneprogramowi użytkownika dopiero po zakończeniu operacjiwe/wy.

Instrukcja wait (czekaj) wprowadza CPU w stan bezczynny (iddle)aż do następnego przerwaniaPętla wait (rywalizacja o dostęp do pamięci).Co najwyżej jedno zamówienie na transmisje danych pozostajenieobsłuzone, wykluczona jest równoczesna praca urządzeń.

Po rozpoczęciu operacji we/wy, sterowanie jest zwracaneprogramowi użytkownika natychmiast, nie czekając nazakończenie operacji we/wy.

Odwołanie do systemu operacyjnego (System call) – żądanieskierowane do systemu, aby pozwolił użytkownikowi nazakończenie operacji we/wy.Tablica stanów urządzeń (Device-status table) dla każdegourządzenia zawiera: typ, adres i stan (nieoperatywne, bezczynne,zajęte).System operacyjny odwołuje się do tej tablicy aby określić stanurządzenia i modyfikować jej zawartość, odnotowując przerwanie.


Metody obsługi we/wy

Synchroniczna Asynchroniczna


Tabela stanu urządzenia


Struktura bezpośredniego dostępu dopamięci (DMA)

Dla urządzeń we/wy mogących przesyłać informacje zprędkością porównywalną do prędkości pamięci.Sterownik urządzenia przesyła bloki danych do/z pamięcigłównej bez pośrednictwa CPU.Przerwania generowane są po każdym bloku, a nie pokażdym bajcie.


Storage Structure

Pamięć główna, operacyjna (Main memory) – pamięć, doktórej CPU ma dostęp bezpośredni.Pamięć pomocnicza (Secondary storage) – rozszerzeniepamięci głównej o część nieulotną.Dyski magnetyczne (Magnetic disks) – metalowe lubszklane talerze pokryte warstwą materiałumagnetycznego.

Powierzchnia dysku jest logicznie podzielona na ścieżki(tracks), które dzielą się na sektory.

Sterownik dysku odpowiada za interakcję urządzenia ikomputera.


Mechanizm przesuwania głowic

3


Mechanizm przesuwania głowic


Hierarchia pamięci

Ze względu na:PrędkośćKosztUlotność

Caching – kopiowanie informacji do szybkiej pamięcisystemu (kieszeni); pamięć główna może być traktowanajako pamięć kieszeniowa dla pamięci pomocniczej.


Hierarchia urządzeń pamięciowych


Pamięć kieszeniowa

Szybka pamięć do przechowywania danych ostatnioużywanych.

Potrzebny system zarządzania pamięcią kieszeniowej.


Przesyłanie A z dysku do rejestru


Ochrona sprzętowa

Operacji trybu dualnego (rozkazy uprzywilejowane)We/wyPamięci

CPU

4


Operacje w trybie dualnym

Dzielenie zasobów systemowych wymaga aby SOzapewnił, żeby żaden nieprawidłowo działający programnie powodował błędnego wykonania innego programu.SO rozróżnia dwa tryby pracy:1. Tryb użytkownika (User mode) – wykonywanie w imieniu

użytkownika.2. Tryb monitora albo systemowy, czasem: tryb jądra (Monitor

mode) – wykonanie w imieniu systemu operacyjnego.


Tryby pracy

Bit trybu pracy (Mode bit) wskazuje na bieżący tryb:monitor (0), user (1).W przypadku przerwania lub błędu sprzętoweprzełączanie w tryb systemowy.

Instrukcje uprzywilejowane wykonują się tylko w trybiesystemowym.

monitor user

Interrupt/fault

set user mode


Ochrona we/wy

Instrukcje we/wy - uprzywilejowane.SO powinien zapewnić, że użytkownik nigdy nie przejmiekontroli nad komputerem pracującym w trybiesystemowym (przechwyci wektor przerwań).


Operacja we/wy


Ochrona pamięci

Ochrona wektora przerwań i procedur obsługi przerwań.Rejestry sprzętowe:

Rejestr bazowy (Base register) – przechowujenajmniejszy dopuszczalny adres pamięci fizycznej.

Rejestr zakresu (Limit register) – zawiera rozmiar obszaru

Pamięć poza przyznanym obszarem jest chroniona.


Rejestry: bazowy i zakresu

5


Sprzętowa ochrona adresu


Zmiany rejestrów

W trybie monitora SO ma nieograniczony dostęp dopamięci systemu i użytkownika.

Instrukcje ładowania rejestrów bazowego i zakresu sąuprzywilejowane.


Ochrona CPU

Zegar (Timer) – generuje cyklicznie przerwania, abyzapewnić SO kontrolę nad pracą.

Zegar jest dekrementowany za każdym taktem.Gdy osiągnie 0, generowane jest przerwanie.

Zwykle w systemach z podziałem czasu.

Ustawianie zegara jest operacją uprzywilejowaną.


Struktury sieci

Lokalne - Local Area Networks (LAN)Rozległe - Wide Area Networks (WAN)


Struktura sieci lokalnej LAN


Struktura sieci rozległej WAN

Podstawy Systemów Operacyjnych – A. Silberschatz 2.1 ę · Podstawy Systemów Operacyjnych –...

Documents

Transcript of Podstawy Systemów Operacyjnych – A. Silberschatz 2.1 ę · Podstawy Systemów Operacyjnych –...