Современные операционные системы

Современные операционные системы
Что такое операционная система / Операционная система как расширенная машина

Операционная система как расширенная машина




Архитектура большинства компьютеров (система команд, организация памяти, ввод-вывод данных и структура шин) на уровне машинного языка машины слишком примитивна и неудобна для использования в программах, особенно это касается систем ввода-вывода. Чтобы перевести разговор в конкретное русло, рассмотрим, как осуществляется ввод-вывод данных при использовании гибкого диска, если при этом применяются микросхемы, совместимые с контроллером NEC PD765, устанавливаемом на большинстве персональных компьютеров с процессором производства корпорации Intel. (На страницах этой книги термины «гибкий диск» и «дискета» будут использоваться как взаимозаменяемые.) В примере используется гибкий диск, поскольку он хотя и выходит из употребления, но все же намного проще современного жесткого диска. Контроллер PD765 имеет 16 команд, каждая из которых задается путем загрузки в регистр устройства от 1 до 9 байт. Эти команды служат для чтения и записи данных, перемещения блока головок и форматирования дорожек, а также для инициализации, считывания параметров, перезапуска и калибровки контроллера и подключенных к нему устройств.

Основными являются команды чтения — read и записи — write, каждая из которых требует 13 параметров, упакованных в 9 байт. Эти параметры определяют такие вопросы, как адрес считываемого блока на диске, количество секторов на дорожке, режим записи, используемый на физическом носителе, промежуток между секторами и что нужно делать с адресной меткой удаленных данных. Если эти тонкости вам непонятны, не стоит переживать: перечисляя их, я и хотел показать, что они понятны лишь посвященным. Когда операция завершится, микросхема контроллера возвращает 23 поля состояния и ошибок, упакованные в 7 байт. Если и этого мало, то можно сказать, что специалист, программирующий работу с гибким диском, должен постоянно знать, включен или выключен двигатель дисковода. Если двигатель выключен, то его нужно включить (с продолжительным выжиданием времени на раскрутку) перед тем, как данные могут быть считаны или записаны. Но двигатель не может быть включен слишком долго, поскольку это приводит к износу гибкого диска. Таким образом, программист вынужден считаться с издержками длительных ожиданий раскрутки в противовес издержкам, связанным с износом гибких дисков (и утратой записанных на них данных).

Даже не вникая в реальные подробности, можно понять, что обычный программист, скорее всего, не захочет столь глубоко внедряться в программирование работы с гибкими дисками (или с жесткими дисками, что еще сложнее). Скорее управлением операционной системы Windows и использующие предоставленные этой системой абстракции, но они предлагают существенно отличающиеся друг от друга пользовательские интерфейсы. Точно так же пользователи Linux, работающие в Gnome или KDE, видят совершенно другой интерфейс, чем пользователи Linux, работающие в X Window System, но положенные в основу абстракции операционной системы в обоих случаях одни и те же.

В данной книге мы подробнейшим образом изучим те абстракции, которые предоставляются прикладным программам, но не станем слишком углубляться в пользовательские интерфейсы. Это весьма объемная и важная тема, но с операционными системами она слабо связана. Salon Интерьер №10 (октябрь) 2009



Полное описание: Операционная система как расширенная машина




С этим описанием рассматриваются следующие темы:


Устройства ввода-вывода
Центральный процессор и память — не единственные ресурсы, которыми должна управлять операционная система. С ней также активно взаимодействуют и устройства ввода-вывода информации. На рис. 1.6 видно, что устройства ввода-вывода обычно состоят из двух компонентов: самого устройства и его контроллера. Контроллер представляет собой микросхему или набор микросхем, которые управляют устройством на физическом уровне. Он принимает от операционной системы команды, например считать данные с помощью устрой ... Читать

Шины
Структура, показанная на рис. 1.6, на протяжении многих лет использовалась в мини-компьютерах, а также в первой модели IBM PC. Но по мере увеличения скорости работы процессоров и памяти возможности единой шины (и, конечно, шины IBM PC) по обеспечению всех процессов обмена данными достигли своего предела. Нужно было что-то делать. В результате появились дополнительные шины как для более быстродействующих устройств ввода-вывода, так и для обмена данными между процессором и памятью. Вследствие этой ... Читать

Файловая система
Другое важное понятие в UNIX — смонтированная файловая система. Практически все персональные компьютеры оснащены одним и более приводами оптических дисков, в которые могут вставляться компакт-диски или диски DVD. У компьютеров, как правило, есть USB-порты, к которым могут быть подключена USB-память (фактически это твердотельные устройства, заменяющие дисковые накопители), а некоторые компьютеры имеют приводы гибких дисков или подключенные к ним внешние жесткие диски. Чтобы предоставить удобный с ... Читать

Системные вызовы
Мы выяснили, что операционные системы выполняют две основные функции: предоставляют абстракции пользовательским программам и управляют ресурсами компьютера. В основном взаимодействие пользовательских программ и операционной системы касается первой функции, взять, к примеру, операции с файлами: создание, запись, чтение и удаление. А управление же ресурсами компьютера проходит большей частью незаметно для пользователей и осуществляется в автоматическом режиме. Так что интерфейс между пользовательс ... Читать

Операционные системы мейнфреймов
К высшей категории относятся операционные системы мейнфреймов (больших универсальных машин) — компьютеров, занимающих целые залы и до сих пор еще встречающихся в крупных центрах обработки корпоративных данных. Такие компьютеры отличаются от персональных компьютеров по объемам ввода-вывода данных. Мейнфреймы, имеющие тысячи дисков и петабайты данных — весьма обычное явление, а персональный компьютер с таким арсеналом стал бы предметом зависти. Мейнфреймы также находят применение в качестве мощных ... Читать