Функціональні компоненти операційних систем

Основні функціональні компоненти операційної системи – файлова система, взаємодія процесів (IPC – interprocess communications), система введення.виведення і управління пристроями|устроями|.

Файлова система– регламент, що визначає спосіб організації, зберігання і іменування даних на носіях інформації. Вона визначає формат фізичного зберігання інформації, яку прийнято групувати у вигляді файлів. Конкретна файлова система визначає довжину імені файлу, максимальний можливий розмір файлу, набір атрибутів файлу. Деякі файлові системи надають|уявляють| сервісні можливості|спроможності|, наприклад, розмежування доступу або шифрування файлів.

Файлова система зв'язує носій інформації, з одного боку, і API для доступу до файлів – з|із| іншого. Коли прикладна програма звертається|обертається| до файлу, вона не має ніякого|жодного| уявлення про те, яким чином розташована|схильна| інформація в конкретному файлі, так само, як і на якому фізичному типі носія (CD, жорсткому диску, магнітній стрічці або блоці флэш-пам'яті) він записаний. Все, що знає програма – це ім'я файлу, його розмір і атрибути. Ці дані вона одержує|отримує| від драйвера файлової системи. Саме файлова система встановлює, де і як буде записаний файл на фізичному носії (наприклад, жорсткому диску).

Крім цих механізмів для міжпроцесової| взаємодії використовуються потоки введення/виведення|виведення|, змінні оточення, канали і сокети, пам'ять, що розділяється, і сигнали.

Кожен процес, що запускається, система забезпечує |деяким| інформаційним простором, який цей процес може змінювати|зраджувати|. Правила користування цим простором прості: у ньому можна задавати іменовані сховища даних (змінні оточення), в які можна записувати|занотовувати| будь-яку текстову інформацію (привласнювати значення змінної оточення), і згодом цю інформацію прочитувати (підставляти значення змінної).

Реалізація цього механізму заснована на наступних|слідуючих| властивостях ОС Unix:

- доступ до будь-якого файлу проводиться|виробляється,справляється| через його дескриптор:

1) файл з|із| дескриптором 0 називається файлом стандартного введення (stdin);

2) файл з|із| дескриптором 1 називається файлом стандартного виведення|виведення| (stdout);

3) файл з|із| дескриптором 2 називають файлом стандартного виведення діагностичних повідомлень|сполучень| (stderr);

Файл стандартного введення – клавіатура, файли стандартного введення і виведення діагностичних повідомлень|сполучень| – екран терміналу.

При запуску будь-якої команди можна повідомити інтерпретатор:

- який файл або виведення якої програми повинні служити файлам стандартного введення для програми, що запускається;

- який файл або введення якої програми повинні служити файлам стандартного виведення|виведення|;

- який файл або введення якої програми повинні служити файлам виведення діагностичних повідомлень|сполучень|.

Все, що потрібне для нормального функціонування механізму перенаправлення введення/виведення|виведення|, - дотримуватися угоди про використання дескрипторів stdin, stdout і stderr.

Файлова система ОС Linux

Поняття файлу є|з'являється,являється| одним з найбільш важливих|поважних| для OC Linux. Всі файли, з|із| якими можуть маніпулювати користувачі, розташовуються у файловій системі, що є деревом, проміжні вершини якого відповідають каталогам, і листям – файлам і порожнім|пустим| каталогам. Реально на кожному логічному диску (розділі фізичного диска) розташовується окрема ієрархія каталогів і файлів.

Існує досить багато різних файлових систем. Файлові системи розрізняються швидкістю доступу, надійністю зберігання даних, ступенем|мірою| стійкості при збоях, деякими додатковими можливостями|спроможностями|. Сучасні ОС підтримують по декілька типів файлових систем (крім файлових систем, використовуваних для зберігання даних на жорсткому диску, також файлові системи CD і DVD і ін). Хоча б для кожної ОС звичайно існує одна «традиційна» файлова система, яка пропонується за умовчанням, є|з'являється,являється| універсальною і підходить|пасує,личить| абсолютній більшості користувачів.

Існує декілька типів файлових систем, які повною мірою підтримують всі можливості|спроможності|, необхідні для повноцінної роботи Linux (всі необхідні типи і атрибути файлів, зокрема права доступу).

Ext2/3

Цей тип файлової системи розроблений спеціально для Linux і традиційно використовується на більшості Linux-систем. Фактично в назві «Ext2/3» об'єднані|з'єднані| назви двох варіантів цієї файлової системи. Ext3 відрізняється від Ext2 тільки|лише| підтримкою журналізації, в іншому вони однакові і легко можуть бути перетворені одна в іншу у будь-який момент без втрати даних. Звичайно вибирається варіант з|із| журналізацією (Ext3), через його більшу надійність.

ReiserFS

XFS

Файлова система, найбільш відповідна|придатна| для зберігання дуже великих файлів, в яких постійно що-небудь дописується або змінюється. Підтримує журналізацію.

SWAPFS

Цей тип файлової системи знаходиться|перебуває| на особливому положенні|становищі| – він використовується для організації на диску області підкачки (swap). Область підкачки використовується в Linux для організації віртуальної пам'яті, коли програмам недостатньо наявній у наявності оперативній пам'яті, частина|частка| робочої інформації тимчасово розміщується на жорсткому диску.

JFS

Розроблена IBM для файлових серверів з|із| високим навантаженням, при розробці особлива увага приділялась продуктивності та надійністі, що і було досягнуто. Підтримує журналізацію.

У Linux підтримується, окрім|крім| власних, не мало форматів файлових систем, використовуваних іншими ОС. Якщо спосіб запису на ці файлові системи відомий і не дуже|занадто| хитромудрий, то чи працює запис, і читання, а інакше – тільки|лише| читання (чого не рідко буває досить|достатньо|). Файлові системи перерахованих нижче типів звичайно присутні на розділах диска, що належать іншим ОС.

FAT12/FAT16/FAT32

Ці файлові системи використовуються в MS-DOS і різних версіях Windows, а так само на багатьох знімних носіях (зокрема, на дискетах і USB-Flash). Linux підтримує читання і запис на ці файлові системи.

NTFS

Для роботи Linux необхідно створити на жорсткому диску принаймні два розділи кореневої (тобто той, який міститиме|утримуватиме| каталог /) і розділ підкачки (віртуальної пам'яті, swap). Розмір останнього, як правило, складає від одноразової|однократної| до двократної величини ОП комп'ютера.

Таким чином, формується 4 розділи:

Swap

Розділ для віртуальної пам'яті (необхідно вказати тип розділу Linux swap), що приблизно удвічі|вдвічі| перевершує за розміром об'єм|обсяг| ОП.

Кореневий (root) розділ

Usr

Home

Домашні|хатні| каталоги користувачів. Тут зберігаються персональні каталоги всіх користувачів машини. Тут також звичайно зберігаються каталоги з|із| даними для HTTP сервера. Тут розмір каталога залежить від кількості працюючих користувачів ( і сервісів) і від їх потреб. Варіантом цього рішення|розв'язання,вирішення,розв'язування| є|з'являється,являється| відмова від використання окремого розділу для /usr і розміщення його в звичайному|звичному| каталозі в кореневому розділі /.

Файлова система Linux містить|утримує| наступні|слідуючі| каталоги першого рівня:

Bin

Основні програми, необхідні для роботи в системі: командній оболонці shell, основні утиліти.

Boot

Каталог, який містить|утримує| ядро системи – головну програму, що завантажує і використовує всі інші.

Dev

Etc

Home

Lib

Системні бібліотеки, модулі ядра.

Mnt

Каталоги для монтування файлових систем змінних пристроїв|устроїв| і зовнішніх файлових систем.

Proc

Файлова система на віртуальному пристрої|устрої|, її файли містять|утримують| інформацію про поточний стан системи.

Root

Каталог адміністратора системи.

Sbin

Системні утиліти.

Usr

Програми бібліотеки доступні користувачу.

Var

Tmp

Тимчасові файли

ср| имя1 имя2 - копіювання файлу имя1 у файл имя2

rm имя1 - знищення файлу имя1

mv имя1 имя2 - перейменування файлу имя1 у файл имя2

mkdir ім'я - створення|створіння| нового каталога ім'я

rmdir ім'я - знищення каталога ім'я

ls ім'я - видача вмісту каталога ім'я

cat ім'я - видача на екран вмісту файлу ім'я

chown ім'я режим - зміна режиму доступу до файлу

Процеси в системі Unix. Створення процесів. Завершення роботи процесів. Планування процесів. Процеси-зомбі

Загалом, процес – це програма разом з її даними на стадії виконання. Концептуально процес розглядається|розглядується| як носій даних, що виконує операції по обробці цих даних. Як приклад|зразок| процесів можна привести виконання прикладних програм користувачів, утиліт і ін.

Процес в Unix – це програма, яка виконується в окремому віртуальному адресному просторі – це означає, що в системі Unix процеси захищені один від одного і крах одного процесу ніяк не вплине на процеси, що виконуються, і на всю систему в цілому|загалом|.

У багатозадачній розрахованій на багато користувачів системі Unix можуть одночасно функціонувати сотні і тисячі процесів. Кожен процес запускає одну програму і спочатку одержує|отримує| один потік управління. Кожен процес може породжувати дочірні процеси, які в свою чергу також можуть породжувати інші процеси. Т.ч. створюється ієрархія процесів, на вершині якої знаходиться|перебуває| процес init – процес початкового завантаження|загрузки| системи. Кожен процес ідентифікується за допомогою 16-ти розрядного| двійкового числа, яке називається ідентифікатор процесу (PID). До атрибутів процесу також відноситься ідентифікатор батьківського процесу – PPID.

Далі дочірній процес за допомогою системного виклику exec() запускає замість себе іншу програму, наново|заново| проініціював| свій код і дані. Параметрами exec() є|з'являються,являються| ім'я виконуваного файлу і, якщо потрібно, параметри, які будуть передані цій програмі. У адресний простір, породжений за допомогою fork(), буде завантажена програма і її виконання почнеться з точки введення (адреса функції main).

Основною проблемою організації мультипрограмного режиму в будь-якій ОС є|з'являється,являється| організація планування|планерування| – розподілу ресурсів між процесами – «паралельного» виконання декількох процесів.

Залежно від стану процесу йому повинен бути наданий той або інший ресурс. Розрізняють наступні|слідуючі| стани процесів:

- новий (тільки що створений процес);

- виконуваний (команди процесу виконуються процесором);

- готовий (процес, чекаючий звільнення|визволення| процесора);

- очікуваний|сподіваний| (процес, чекаючий завершення деякої події);

- завершений (процес, що завершив свою роботу).

Наприклад, новому процесу повинен бути наданий ресурс – адресний простір основної пам'яті.

Планування|планерування| процесів повинне забезпечити ефективне використання ресурсів, їх максимальне завантаження|загрузку|. Одним з таких методів планування|планерування| є|з'являється,являється| формування черг доступу до ресурсів. Програмно черги звичайно реалізуються як зв'язані лінійні списки. Наприклад, нові процеси зберігаються у вхідній черзі – черги завдань|задач|. Вхідна черга розташовується в зовнішній пам'яті. Процеси в цій черзі чекає ресурс – адресний простір. Готові процеси розташовуються в черзі в основній пам'яті і чекають ресурс – процесорний час. При проходженні процесу через обчислювальну систему процес мігрує з|із| однієї черги в іншу під управлінням спеціальних програм – планувальників. ОС, звичайно, має два планувальники:

- довгостроковий;

- короткостроковий|короткотерміновий|.

Принципова відмінність між ними полягає в частоті запуску. Наприклад, короткостроковий|короткотерміновий| планувальник звичайно запускається кожні 100 мс|, а довгостроковий – 1 раз в декілька хвилин.

Завершення роботи процесу звичайно здійснюється одним з двох способів:

- викликом exit() – сам процес його викликає|спричиняє|;

- при завершенні роботи main().

Завершуючи свою роботу, процес передає батьківському процесу код свого завершення через аргумент функції exit() у першому випадку або через return в другому випадку.

Процесом-зомбі називається дочірній процес в Unix-системі, що завершив своє виконання, але|та| ще присутній в списку процесів ОС, щоб дати батьківському процесу рахувати код завершення.

Створення процесу, отримання id процесу и його батька

pid_t pid1;

printf("It is parent process id = %d \n", (int)getpid());

pid1 = fork();

if (pid1 < 0)

{

printf("Error process not created \n");

exit(0);

}

if (pid1!=0)

{

wait(&child_status);

if (WIFEXITED(child_status))

printf("Процесс завершил работу нормально с кодом %d\n", WEXITSTATUS(child_status));

else

printf("Процесс завершил работу не нормально с кодом %d\n", WTERMSIG(child_status));

}

else

printf("Child process with id = %d \n his father %d \n", (int)getpid(), (int)getppid());