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
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 rozhraní8
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 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/7 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