Oper ci srendszer ismeretek
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 51

Operációsrendszer ismeretek PowerPoint PPT Presentation


  • 50 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Operációsrendszer ismeretek. Szentiványi Imre [email protected] Tartalom. A Neumann-féle számítógép architektúra Az operációs rendszer feladata Funkcionális megközelítés Alapvető funkciók Erőforrás kezelés Folyamatleíró blokk Az operációs rendszerek szerkezete Rendszermodulok

Download Presentation

Operációsrendszer ismeretek

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Oper ci srendszer ismeretek

Operációsrendszer ismeretek

Szentiványi Imre

[email protected]


Tartalom

Tartalom

A Neumann-féle számítógép architektúra

Az operációs rendszer feladata

Funkcionális megközelítés

Alapvető funkciók

Erőforrás kezelés

Folyamatleíró blokk

Az operációs rendszerek szerkezete

Rendszermodulok

Megszakítások

Interaktív rendszerek

Folyamatok

Folyamatleírók és szálak

Felhasználói felület – Task Manager

Feladatkezelő Task Manager

Prioritáskezelés

Prioritáskezelés W7

Ütemezés

A rendszer architektúrája (XP)

Állománykezelés

Az állománykezelésben részt vevő komponensek

Állomány tulajdonságok

Állományműveletek

Könyvtár

Hierarchikus fastruktúra

Lemez és fájlkezelés

Fájlrendszerek

Hosszú fájlnevek

Háttértár

Tárolási mód

Dinamikus lemezkezelés

Fájlok, mappák tömörítése

Fájlok, mappák titkosítása

Rendszeres adminisztrátori feladatok

Memóriák típusai és jellemzői

Windows memóriakezelés

Az x86-os processzorok privilégium szintjei

Címfordítás

Egy virtuális cím belső felépítése

Részletesebben

Komponensek

Virtuális címfordítás

Memóriavédelem

Memóriavédelem megvalósítás szintjei

Memóriafoglalás

Memóriakezelés

A logikai címtér felépítése

A logikai címtér

A virtuális cím felépítése (x86)

A címtranszformáció menete x86-os processzorok esetén


A neumann f le sz m t g p architekt ra

A Neumann-féle számítógép architektúra

A számítógépek felépítése:

  • Tárolt program

  • Kettes számrendszer

  • Vezérlőegység

  • Aritmetikai-logikai egység

  • Perifériák

IRQ

IO R/W

MEM R/W

Memória

Processzor

I/O

Címbusz

Adatbusz


Az oper ci s rendszer feladata

Az operációs rendszer feladata

  • Felhasználók kényelme – a számítógép egyszerű és biztonságos használata

  • Hatékony gépkihasználás – azonos idő alatt több program legyen végrehajtható

    Az információs rendszerrétegmodellje:

1.Felhasználó

2.Felhasználó

Felhasználói programok

3.Felhasználó

Operációs rendszer

Hardver

4.Felhasználó


Funkcion lis megk zel t s

Funkcionális megközelítés

  • Az operációs rendszer fogalma: olyan program (programrendszer), amely a számítógépen futó összes folyamat végrehajtását vezérli (ISO szabvány szerinti megfogalmazás)!

  • A számítógépes rendszer hardver és szoftverrétegekből felépülő, hierarchikusan strukturált rendszer.


Alapvet funkci k

Alapvető funkciók

  • Algoritmus: valamely feladat megoldását eredményező tevékenység-sorozat lépéseinek egyértelmű, meghatározott és véges megadása.

  • Utasítás: az algoritmus egysége, egy elemi tevékenység.

  • Program: a számítógép által értelmezhető algoritmus.

  • Folyamat: a vizsgált számítógépes rendszerben azadott pillanatban végrehajtás alatt álló program.


Er forr s kezel s

Erőforrás kezelés

  • Erőforrás: a számítógépes rendszer azon összetevői, amelyek szükségesek a folyamatok működéséhez.

  • A két legfontosabb erőforrás a rendelkezésre álló:

    • processzoridő

    • a memóriaterület.

      Erőforrás foglalási gráf:

A

A folyamat kéri az I. erőforrást

I. erőforrás

B

II. erőforrás

B folyamat birtokolja a II. erőforrást


Folyamatle r blokk

Folyamatleíró blokk

  • Folyamatleíró blokk (ProcessControlBlock): az operációs rendszer által az egyes folyamatok jellemzésére használt adatok csoportja, amely alkalmas a folyamat azonosítására és a folyamat által használt erőforrások nyilvántartására.

  • Rendszermag (kernel):Az operációs rendszer folyamatainak egy olyan kitüntetett csoportja, amely a rendszer- és a felhasználó által indított folyamatok között elosztja a rendelkezésre álló erőforrásokat.


Az oper ci s rendszerek szerkezete

Az operációs rendszerek szerkezete

  • Rétegszerkezet: minimum 3 réteg

    • hardver

    • operációs rendszer(CPU ütemezés, IO csatornák, tárkezelés, perifériakezelés, ütemezés)

    • felhasználói programok

  • Az egyes rétegeken belül: modulok

  • Kapcsolattartás: rendszerhívásokkal


Rendszermodulok

Rendszermodulok

Fontosabb rendszermodulok:

  • folyamatkezelés

  • a központi tár kezelése

  • perifériakezelés

  • állománykezelés

  • védelmi mechanizmusok

  • hálózatkezelés

  • kezelői felület


Megszak t sok

Megszakítások

Megszakítás (Interrupt) – olyan esemény vagy jelzés, amely egy vagy több folyamat működését befolyásolja

Kiszolgálási sorrend – prioritás alapján

Kiszolgálása:

Megszakítás

elkezelése

Futó

program

Megszakítás

elkezelése

Program

folytatása


Interakt v rendszerek

Felhasználóiprogramok

Felhasználóiprogramok

Felhasználóiprogramok

Rendszerhívások, válaszok

Processzorkezelés

Memóriakezelés

Állománykezelés

Erőforrás kezelés

Megszakítás-kezelő

Eszköz-kezelő

Interaktív rendszerek

SHELL

Felhasználói felület

K

ERNEL(CORE)

CPU

Memória

P E R I F É R I Á K, H A R D W A R E


Folyamatok

Folyamatok

Folyamat = végrehajtás alatt álló program

  • felhasználói folyamat, rendszerfolyamat

    Állapotai:

  • Fut

  • Várakozik

  • Futásra kész

létrejön

Futásra kész

elindul

eseménybekövetkezik

futásamegszakad

Várakozik

Fut

megszűnik

eseményrevár


Folyamatle r k s sz lak

Folyamatleírók és szálak

Folyamatleíró – a folyamatok kezeléséhez szükséges információ

Szál – pehelysúlyú folyamat, kezeléséhez kevesebb adat szükséges

  • általában csak saját regiszterei és verme van

  • a kód- és adatterületen és egyéb erőforrásokon más szálakkal osztozik

    Előnye:

  • gyors a váltás közöttük

  • a közösen használt tárterület miatt egyszerű az információcsere


Felhaszn l i fel let task manager

Felhasználói felület – Task Manager


Feladatkezel task manager

Feladatkezelő Task Manager


Priorit skezel s

Prioritáskezelés


Priorit skezel s w7

Prioritáskezelés W7


Temez s

Ütemezés

Tevékenység, amelynek eredménye dönti el, hogy a következő pillanatban mely folyamat használhat egy adott erőforrást vagy erőforráscsoportot.

Látható eredménye:

  • CPU kihasználtság (hány %-ban hajt végre folyó utasítást)

  • átbocsájtó képesség (időegység alatt lefutó folyamatok)

  • várakozási idő (tétlen várakozás)

  • válaszidő (indítástól az első futás kezdetéig)

    Ütemezési algoritmusok: legrégebben várakozó (sor)

    legrövidebb előnyben

    körbeforgó (időszelet)

    prioritásos


A rendszer architekt r ja xp

Services.exe

Winmgmt.exe

Svchost.exe

Winlogon

Lsass

Services Control

Manager

Spooler

User

Application

Explorer

TaskManager

Subsystem DLLs

Windows XP Executive

Kernel-mode callable interfaces

I/O Manager

Object

Manager

SecurityReference

Monitor

Process

Manager

LocalProcedure

Call Facility

VirtualMemoryManager

Win32KWindowManager & GDI

Hardware

DeviceDrivers

Graphics

Device

Drivers

Kernel

Hardware Abstraction Layer (HAL)

Hardware Interfaces

A rendszer architektúrája (XP)

Serviceprocesses

Systemsupportprocesses

Applications

Environmentsubsystems

Session

Manager

Win32

Ntdll.dll

User mode

Kernel mode


Llom nykezel s

Állománykezelés

  • Állomány (fájl):

    • valamely háttértárolón elhelyezkedő adatok egyedi azonosítóval rendelkező együttese;

    • az adattárolás egysége a felhasználó szempontjából.

  • Állományszervezés: az operációs rendszer azon tevékenységeinek összessége, amely a felhasználói információk háttértárolón történő elhelyezésével, azonosításával és visszakeresésével kapcsolatos.


Az llom nykezel sben r szt vev komponensek

Az állománykezelésben részt vevő komponensek

  • A felhasználó által megadott azonosító alapján az állománykezelő meghatározza a keresett információ fizikai helyét, és (szükség esetén az eszközvezérlő segítségével) utasítja a háttértár író/olvasó mechanizmusát a megfelelő művelet elvégzésére.


Llom ny tulajdons gok

Állomány tulajdonságok

  • fájlnév

  • típus

  • időbélyegek:

    • keletkezésének időpontja,

    • utolsó megnyitás, utolsó módosítás

  • méret

  • jellemzők (attribútumok)

  • jogosultságok


Llom nym veletek

Állományműveletek

  • létrehozás

    • az állománykezelő a háttértár alkalmas (méretű) területét lefoglalja

  • megnyitás

    • fájlleíró tábla (FCB – File Control Block), ami tartalmazza az állomány elhelyezkedésével és kezelésével kapcsolatos információkat

    • A megnyitás módjai:

      • olvasásra

      • írásra, mely lehet: módosítás, hozzáfűzés, felülírás

  • lezárás

    • az FCB megszüntetése, az állomány tartalmánakrögzítése a háttértáron. Lezárt állománnyal állományszintű művelet nem végezhető.


K nyvt r

Könyvtár

  • az operációs rendszer által használt, adminisztratív célokat szolgáló állomány, amely a felhasználói információt tartalmazó állományok logikai csoportosítását a fizikai elhelyezkedésük tárolásával teszi lehetővé;

  • a (felhasználói) állomány elhelyezkedésének logikai struktúráját tükröző bejegyzés.

  • A könyvtár nem más, mint egy nyilvántartás

    • rugalmasság: előre nem ismert, hogy a könyvtárban hány állomány információit fogjuk tárolni – sőt ez az érték a felhasználás közben folyamatosan változik.

    • csoportosíthatóság: tetszőleges szempontok szerint.

    • gyors visszakeresés: a könyvtárak szerepe abban áll, hogy segítsenek a nagyszámú állomány között megtalálni a számunkra fontosat


Hierarchikus fastrukt ra

Hierarchikus fastruktúra

Ez a struktúra egy körmentes, irányított gráffal írható le, amelynek pontosan egy kiinduló csúcspontja (gyökér) van, és minden más pontjába pontosan egy út vezet a gyökértől. Az egyes csúcsokból tetszés szerinti számú (irányított) él vezet más csúcsokhoz, azt a csúcsot, ahonnan egy él kiindul,szülőnek [<DIR>.], ahová vezet,gyereknek (alkönyvtár) [<DIR>..]nevezzük.


Lemez s f jlkezel s

Lemez és fájlkezelés

Elvárások a LEMEZKEZELÉS terén:

  • szabad terület kezelése

  • merevlemez partíciók létrehozása, törlése, formázása…

  • partíciók kombinálása

  • kötetek (volume) kialakítása

  • lemezhasználat korlátozása

    Elvárások a FÁJLKEZELÉS terén:

  • fájlrendszerek: FAT, FAT32, NTFS, CDFS

  • hosszú fájlnevek használata

  • fájl/könyvtártömörítés, titkosítás NTFS partíción

  • jogosultságok beállítása

  • konvertálás NTFS fájlrendszerré


F jlrendszerek

GB

FAT32

Windows

95/98/ME/…

WindowsNT

OS/2

MS-DOS

HPFS

FAT

Fájlrendszerek

Windows Vista/W7

Windows XP/2003

Windows 2000

Windows NT

NTFS

Windows NT

OS/2

0,4

0,3

0,2


Hossz f jlnevek

Hosszú fájlnevek

HOSSZUFÁJLNÉV.TXT

HOSSZUFÁJLNÉV.TXT

Windows 2000/XP/7/8

HOSSZU~1.TXT

HOSSZU~1.TXT

MS-DOS

Windows 2000/ XP/7/8


H tt rt r

Háttértár

  • Partíció (Partitio): a fizikai lemez egy része, amely úgy viselkedik, mintha fizikailag önálló lenne. Egy merevlemez akkor felel meg pontosan egy logikai lemeznek, ha egyetlen partíció van rajta. A háttértár fizikailag összefüggő(folytonosan sorszámozott szektorokat tartalmazó) önálló része, amely az operációs rendszer számára önálló adattároló egységként kezelhető.

  • Kötet (Volume): egy vagy több formázott partíció, amelyet egy fájlrendszer használ. Az NT-ben betűjel azonosítja, és fájlokat, könyvtárakat tartalmaz.


T rol si m d

C:

C:

D:

D:

E:

E:

F:

G:

F:

H:

Tárolási mód

Alaplemezek

Dinamikustárolás

Egyszerű kötet

Csíkkötet

Kifeszített kötet

Elsődleges

partíciók

-vagy-

RAID-5 kötet

Kiterjesztett

partíciók

logikai

meghajtókkal

Tükrözött kötet


Dinamikus lemezkezel s

Dinamikus lemezkezelés

Lemez 1

Új kötet (G)

100 MB NTFS

Kifogástalan

3994 MB

Nem lefoglalt

Dinamikus

4094 MB

On-line

Az üres terület egyetlen logikai kötet lesz

Lemez 2

Új kötet (G)

100 MB NTFS

Kifogástalan

3994 MB

Nem lefoglalt

Dinamikus

4094 MB

On-line

Az adat az egymást követő lemezekre lesz írva

Amikor az első lemez megtelik, a következőre kerül az adat


F jlok mapp k t m r t se

Fájlok, mappák tömörítése


F jlok mapp k titkos t sa

Titkosítás

Visszafejtés

Fájlok, mappák titkosítása

Halihó

*&^1bg

Halihó

Felhasználó


Rendszeres adminisztr tori feladatok

Szerveren futó programok kezelése

Felhasználók éscsoportok kezelése

Biztonsági felügyelet, frissítések követése

Nyomtató-kezelés

Biztonsági mentés,

helyreállítás

Töredezettség-mentesítés

Rendszeres adminisztrátori feladatok

Rendszer Integritás

ellenőrzése

Hálózat felügyelete


Mem ri k t pusai s jellemz i

Memóriák típusai és jellemzői


Windows mem riakezel s

Windows memóriakezelés

  • A Windows alkalmazások nem látják közvetlenül a fizikai memóriát, hanem az ún. virtuális memóriával találkoznak.

  • 32-bites gépeken a processzor regiszterei32 biten tárolják a memóriacímeket, így a virtuális memória méretkorlátja 4 GB,64 biten 16 Exabyte.

  • a Windows kettéosztja a virtuális memóriát: a felső rész az övé, az alsó rész a felhasználói programoké.

    • A felső részben az ún. kernel-módú komponensek futnak, az alsó részben a user-módúak.


Az x86 os processzorok privil gium szintjei

Az x86-os processzorok privilégium szintjei

  • 4 privilégiumszintet (ring) különböztetnek meg

  • a gyengébb szinten futó kód nem képes hozzáférni a magasabb szinten futó kódhoz rendelt memóriához.

  • A Windows-ok 2 szintet, a nullást és a hármast használják

    • a kernel szálai és a megszakítás-kezelők nullás szinten futnak

  • A felhasználói programok hármason

  • A kernel-módú komponensek (pl. az eszközmeghajtók) viszont láthatják a teljes virtuális memóriát


C mford t s

Címfordítás

minden virtuális cím egy ún. Page Table Entry-hez (PTE) kapcsolódik, amely leírja, pontosan hol van a fizikai memóriában egy virtuális cím


Egy virtu lis c m bels fel p t se

Egy virtuális cím belső felépítése

  • A felső 10 bit egy ún. Page Directory Index nevű táblázatban mutat egy bejegyzésre, amely az előző ábrán már látott Page Table Entry-re mutat


R szletesebben

Részletesebben

  • A memóriakezelő hardver (igen, ezt nem a Windows hajtja végre) előveszi az aktuálisan futtatott szálat tartalmazó processzhez tartozó Page Directory címét.

  • Minden egyes kontextus-váltásnál, amikor új processz kerül kiválasztásra, az operációs rendszer beállítja a Page Directory címét a processzor erre a célra kialakított regiszterébe (CR3-as regiszter).


Komponensek

Komponensek

  • Page Table Entry (PTE)

    • minden virtuális cím egy (PTE) -hez kapcsolódik, amely leírja, pontosan hol van a fizikai memóriában egy virtuális cím. Ezen indirekció teszi lehetővé, hogy az OS szabadon mozgathassa és megoszthassa az adatokat a fizikai memóriában

  • Page Directory Entry

  • 20-bites szám Page Frame Number


Virtu lis c mford t s

Virtuális címfordítás


Mem riav delem

Memóriavédelem

A cél:

  • a megbízhatóan működő, robosztus operációs rendszer azaz,

  • hogy egyik folyamat se módosíthassa egy másik folyamat címtartományába tartozó memóriaterületeket, (kivéve az osztottan használt részeket).


Mem riav delem megval s t s szintjei

Memóriavédelem megvalósítás szintjei

  • Kernel modulok adatstruktúrái a felhasználói módú folyamatok számára elérhetetlenek (HW megszakítás).

  • Folyamatonkénti diszjunkt (elkülönült) logikai címtartományok (az osztott kivételével). Elérés memóriakezelőn keresztül:

    • HW-rel támogatott logikai-fizikai transzformáció,

    • adott memórialap hozzáférésének szabályozása.

  • Processzorfüggő memória védelmi attribútumok:

    • r, w, x,

    • pl.: a kódszegmensek memóriaterületei ”r”-t kapnak.


Mem riafoglal s

Memóriafoglalás

  • Kernelkomponensek esetén nem mindig megengedett a lapozás, pl.:

    • kernelszinten megvalósított kölcsönös kizárás,

    • driver-ek által használt memóriaterületek.

  • Így a kernelkomponensek memória foglalása:

    • lapozott memória tárból (paged memory pool) vagy,

    • nem lapozott memória tárból (nonpaged memory pool) történhet.


Mem riakezel s

Memóriakezelés

1. Felhasználói program

Virtuális

Memória

Kezelő

2. Felhasználói program

00000000

Felhasználói programkód

Globális változók

Szálanként stack

DLL kód

Alkalmazások:

2 GB

1. Felhasználói program

1. Felhasználói program

......

7FFFFFFF

80000000

Operációs rendszer

Kernel, executive

HAL

Boot drivers

Operációs

rendszer:

2 GB

C0000000

Fizikai memória

C0800000

Pagefile.sys

FFFFFFFF


A logikai c mt r fel p t se

A logikai címtér felépítése


A logikai c mt r

A logikai címtér

  • Alkalmazás kód:

    • legfelső címtartomány a rendszer dinamikusan foglalt elemei,

    • nem minden cím használható (legalsók nem).

  • OPR:

    • kernel, HAL, executive,

    • processz lap tábla:memória címtranszformációs táblázatok.


A virtu lis c m fel p t se x86

A virtuális cím felépítése (x86)

  • Processzorfüggő.

  • A PDI (Page Directory Index) és PTI (Page Table Index) kijelöli az elérendő memórialapot.

  • A BI (Byte Index) a lapon belüli eltolást határozza meg.


A c mtranszform ci menete x86 os processzorok eset n

A címtranszformáció menete x86-os processzorok esetén


  • Login