Operációs Rendszerek II.

Operációs Rendszerek II.

Első előadás

Mai alkalom

Bemutatkozás

Bringye [email protected]

http://web.t-online.hu/zbringye

Tárgystruktúra

A félév

Előadások

Számonkérés

• Fontosabb fogalmak elmagyarázása • Rajzok (pl. állapottér)• Algoritmusok (egyszerű, beszélt nyelven)• Több megoldás (algoritmus) összevetése• Nem lesz: konkrét nevek, évszámok, típusok• De: időszak, gyártmány (cég) lehet!

Tartalom

• Történeti áttekintés, fejlődés mozgatórugói• OS black-box leírása• Folyamatok és szálak (ütemezés, párhuzamosság)• Memóriakezelés• I/O kezelés és diszkek• Fájlrendszerek, fájlok• „Aktuális témák” (virtualizáció, elosztott rendszerek)

• Példák: Windows, Unix (Solaris), Linux

Mai alkalom

Témák

• Mi az, hogy „operációs rendszer”?• Black-box leírás• Rövid történet • A fejlődés mozgatórugói

Operációs Rendszer• An operating system (OS) is a

computer program that manages the hardware and software resources of a computer. At the foundation of all system software, the OS performs basic tasks such as controlling and allocating memory, prioritizing system requests, controlling input and output devices, facilitating networking, and managing files. It also may provide a graphical user interface for higher level functions. It forms a platform for other software (Wikipedia)

Operációs Rendszer

• master control program in computer: the essential program in a computer that maintains disk files, runs applications, and handles devices such as the mouse and printer (MSN Encarta)

• olyan program, amely közvetítőként működik a felhasználó és a számítógép hardvere között (Kóczy-Kondorosi, 2000)

Operációs rendszer

• A számítógép hardver elemei és az (alkalmazói) programok közötti szoftver réteg, amely biztosítja a hardver komponensek (erőforrások) hatékony használatát

• Az operációs rendszer elfedi a hardver sajátosságait, egyfajta virtuális gépként jelenik meg a felsőbb rétegek számára

Black-box leírás

• Nem érdekel, „mi van belül”, az interfészek megadásával írom le a vizsgált „valamit”

Felhasználói interfész

• Ember-gép kapcsolat, tipikus formájában képernyő, billentyűzet és (manapság) valamilyen pozicionáló eszköz segítségével

• A különféle felhasználói csoportok (végfelhasználó, programozó, rendszer admin) elvárásai eltérőek, ez a különbség általában az interfészben is tapasztalható

Felhasználói csoportok

• Végfelhasználók– Napi tevékenységükhöz szükséges alkalmazásokat használnak,

operációs rendszerrel minimális a közvetlen kapcsolatuk

• Fejlesztők (alacsony szintű megoldások)– Operációs rendszer által biztosított virtuális gépen fejlesztenek– Operációs rendszeri eszközöket (is) használnak (utility-k)

• Rendszer adminisztrátorok– Oprendszer működését felügyelik, hangolják– Folyamatos állapot információkkal kell rendelkezniük– A működésbe is beavatkoz(hat)nak

Felhasználói felületek• Grafikus és karakteres felületek egyaránt

használatosak• A karakteres felület lehet parancssoros és menü

alapú• Egy rendszernek lehet többféle felülete is• A végfelhasználók esetén szinte csak grafikus

felület, de a többi csoportban is használják• Feladatok összekapcsolása sokszor hasznos

lehet, ez jellemzően parancssoros megoldásoknál használatos

Alkalmazási Programozói Felület

• Az operációs rendszer, mint virtuális gép „utasításkészlete” (a számítógép utasításkészletének kiterjesztése)

• Tipikusan rendszerhívásokon keresztül érhető el• A programozói nyelvek tipikusan elfedik ezt a

felületet (még a C is – hiszen itt is C függvényhívásokat, nem pedig rendszerhívásokat használunk), de a saját szolgáltatás-készletüket erre alapozzák

Hardver Interfész

• Különféle hardver elemek kezelése– Hatékonyság– Hardverek sokaságának támogatása– Képesség a fejlődésre (új fajta hardverek)– Hibakezelés

Interfészek, határok

Operációs rendszerek fejlődése

• Operációs rendszer nélküli idők• Egyszerű kötegelt rendszerek• Multiprogramozott kötegelt rendszerek• Időosztásos rendszerek• Személyi számítógépek• Specialitások: valós idejű és elosztott

rendszerek• Specialitások: PDA-k, okos telefonok és

társaik…

Operációs rendszer nélkül

• A kezdeti idők (40-es évek végétől az 50-es évek közepéig) teljesen manuális megoldása

• Kézi ütemezés (foglalási tábla) – lehet, hogy programot ki kellett lőni, de az is lehet, hogy a gép „üresen állt”

• A program indítása jelentős időt vett el a hasznos működéstől

• Feladat: rendszer kihasználtságának növelése

Egyszerű kötegelt feldolgozás• 50-es évek közepe, GM (IBM platformra)• A rendszer vezérlése nem manuálisan, hanem

egy program által (rezidens monitor) történik• A futtatandó program kártyáit a monitornak szóló

leírással (JCL) együtt előre be kellett „tárazni”• A megvalósítás feltételei:

– Memória védelem (monitor meg tudja védeni magát)– Időzítő (timer), megszakítások (később)– Privilegizált utasítások (monitor megkerülése ellen) –

végrehajtási módok (user, kernel) megjelenése

Multiprogramozott kötegelt feldolg.

• 60-as évek közepétől• A kötegelt feldolgozás nem segített a processzor

futás közbeni üresjáratain (I/O-ra várakozás)• Egy időben több program található a memóriá-

ban, ezek közül választjuk ki azt, amelyik futhat• Feltételek

– Memória menedzsment (több program a memóriában)

– Megszakítások

Időosztásos rendszerek

• A kötegelt rendszerek bizonyos feladatokra (pl. tranzakció feldolgozás) alkalmatlanok, viszont a számítógépek túl drágák, hogy egyetlen ember használja őket

• Az interaktív felhasználók (programjaik) időszeleteket kapnak

• Egyik első megvalósítás: CTSS, MIT 60-évek eleje

• Terminálok elterjedése

Kötegelt vs. Időosztásos

Kötegelt feldolgozás

Időosztásos rendszerek

Optimalizálás alapja

Processzor kihasználtság maximalizálása

Válaszidők minimalizálása

Rendszer vezérlése

JCL nyelvű programok

Terminálról ad-hoc bevitt parancsok

Személyi számítógépek

• Olcsó, tömegesen elterjedt rendszer • Kifejezetten személyi (single user) használatra• Kezdetben korlátos erőforrások, de ma már nem• Erőforrások kihasználása nem szempont,

felhasználói élmény fokozása a cél• A felhasználók informatikai képzettsége sokkal

alacsonyabb, mint a korábbi rendszereknél

Valós idejű rendszerek

• Nem új történet, de korábban csak specializált területeken

• Megkülönböztetünk „hard” és „soft” rendszreket, a közkedvelt rendszerek gyakorlatilag csak az utóbbi kategóriát teljesítik

• Hard real-time rendszerek esetén komoly matematikai háttér

Elosztott rendszerek• A szükséges számítási teljesítményt és/vagy

megbízhatóságot nem drága, egyedi rendszerekkel, hanem több (sok) olcsó rendszer együttműködésén alapuló megoldásokkal biztosítjuk

• Igazán kényelmes használatuk újfajta operációs rendszereket (is) igényelne, ezek még inkább csak kutatási fázisban találhatók meg

• Feladtokat jelenleg alkalmazás és/vagy middleware szinten oldjuk meg

PDA-k, Okos telefonok, stb.

• A „klasszikus” számítógépektől eltérő használati mód, eltérő hardver képességekkel (perifériák képességei, rendelkezésre álló erőforrások)

• Méret, fogyasztás kritikus• Itt is vannak operációs rendszerek

– Windows Mobile– Symbian– Palm OS– Linux

Változások motorja• Optimalizálás, javítás (meglévő kódé)• Hardver fejlődése

– Új hardver eszközök– Új hardver „családok”– Hardverek teljesítmény, „mennyiségi” jellemzőinek

változása• Felhasználási mód, igények változása• Programozási modell, elvárások változása

– Pl. objektum orientált paradigma– Szálak