Файлы и файловые системы

Файл - это набор данных, хранящийся на периферийном устройстве и доступный по имени. При этом конкретное расположение данных на устройстве не интересует пользователя и полностью передоверяется системе. До изобретения файлов пользователь должен был обращаться к своим данным, указывая их адреса на диске.

Понятие файловая система означает стандартизованную совокупность структур данных, алгоритмов и программ, обеспечивающих хранение файлов и выполнение операций с ними. Мощная современная ОС обычно поддерживает возможность использования нескольких разных файловых систем. И наоборот, одна и та же файловая система может поддерживаться различными ОС.

Среди основных задач, решаемых подсистемой управления данными, можно выделить следующие:

1) выполнение операций создания, удаления, переименования, поиска файлов, чтения и записи данных в файлы;

2) обеспечение эффективного использования дискового пространства и высокой скорости доступа к данным;

3) обеспечение надежности хранения данных и их восстановления в случае сбоев;

4) защита данных пользователя от несанкционированного доступа;

5) управление одновременным совместным использованием данных со стороны нескольких процессов.

Память

Основная или оперативная память (ОЗУ) является важнейшим ресурсом, эффективное использование которого решающим образом влияет на общую производительность системы.

Для однозадачных ОС управление памятью не является серьезной проблемой, поскольку вся память, не занятая системой под собственные нужды, может быть отдана в распоряжение единственного пользовательского процесса.

Процедуры управления памятью решают следующие задачи:

1) выделение памяти для процесса пользователя при его запуске и освобождение этой памяти при завершении процесса;

2) обеспечение настройки запускаемой программы на выделенные адреса памяти;

3) управление выделенными областями памяти по запросам программы пользователя например, освобождение части памяти перед запуском порожденного процесса.

Иначе обстоят дела в многозадачных ОС. Как правило программы требуют большого объема оперативной памяти, превышающего имеющуюся. В таких условиях ОС не имеет другого выхода, кроме как поочередного вытеснения процессов или их частей на диск, чтобы использовать освободившуюся память на нужды других процессов. Неудачная реализация такого вытеснения может почти полностью застопорить работу ОС, которая большую часть времени будет заниматься записью и чтением с диска.

К основным задачам, которые должна решать подсистема управления памятью многозадачной ОС, добавляются следующие.

1. предоставление процессам возможностей получения и освобождения дополнительных областей памяти в ходе работы

2. эффективное использование ограниченного объема основной памяти, в том числе с использованием дисков для расширения памяти;

3. изоляция памяти процессов, исключающая случайное или намеренное несанкционированное обращение одного процесса к областям памяти, которая занята другим процессом

4. предоставление процессам возможности обмена данными через общие области памяти.

Пользователи

Под пользователем понимается лицо или организация, т.е. абонент. Он использует данную программу для выполнения конкретной функции на основании пользовательского соглашения.

Пользователь обязан выполнять пользовательское соглашение для обеспечения компьютерной и информационной безопасности. Пользователем является только человек, физическое лицо или организация, юридическое лицо. Пользователем является человек, использующий компьютер, программу либо сеть для решения стоящих перед ним задач. Его именуют иногда конечный потребитель, конечным пользователем программного продукта.

Режимы работы

Мультипрограммирование - это режим обработки данных, при котором ресурсы вычислительной системы предоставляются каждому процессу из группы процессов обработки данных, находящихся в ВС, на интервалы времени, длительность и очередность предоставления которых определяется управляющей программой этой системы с целью обеспечения одновременной работы в интерактивном режиме.

Режим реального времени — режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов. Этот режим обработки данных широко используется в системах управления и информационно-поисковых системах.

В однопрограммном режиме работы в памяти ЭВМ находится и выполняется только одна программ. Такой режим обычно характерен для микро-ЭВМ и персональных ЭВМ, то есть для ЭВМ индивидуального пользования.

В мультипрограммном многопрограммном режиме работы в памяти ЭВМ находится несколько программ, которые выполняются частично или полностью между переходами процессора от одной задачи к другой в зависимости от ситуации, складывающейся в системе. В мультипрограммном режиме более эффективно используются машинное время и оперативная память, так как при возникновении каких-либо ситуаций в выполняемой задаче, требующих перехода процессора в режим ожидания, процессор переключается на другую задачу и выполняет ее до тех пор, пока в ней не возникает подобная ситуация, и т.д. При реализации мультипрограммного режима требуется определять очередность переключения задач и выбирать моменты переключения, чтобы эффективность использования машинного времени и памяти была максимальной. Мультипрограммный режим обеспечивается аппаратными средствами ЭВМ и средствами операционной системы. Он характерен для сложных ЭВМ, где стоимость машинного времени значительно выше, чем у микро-ЭВМ. Разработаны также мультипрограммные ОС, позволяющие одновременно следить за решением нескольких задач и повышать эффективность работы пользователя.

В зависимости от того, в каком порядке при мультипрограммном режиме выполняются программы пользователей, различают режимы пакетной обработки задач и коллективного доступа.

В режиме пакетной обработки задачи выстраиваются в одну или несколько очередей и последовательно выбираются для их выполнения.

В режиме коллективного доступа каждый пользователь ставит свою задачу на выполнение в любой момент времени, то есть для каждого пользователя в такой ВС реализуется режим индивидуального пользования. Это осуществляется обычно с помощью квантования машинного времени, когда каждой задаче, находящейся в оперативной памяти ЭВМ, выделяется квант времени. После окончания кванта времени процессор переключается на другую задачу или продолжает выполнение прерванной в зависимости от ситуации в ВС. Вычислительные системы, обеспечивающие коллективный доступ пользователей с квантованием машинного времени, называют ВС с разделением времени.

Для закрепления материала:

https://www.youtube.com/watch?v=FDVGRWdtsWI https://www.youtube.com/watch?v=r4hKmM5hk1A

Тема 3. Процессы. Управление процессами

Концепция процесса

Процесс - это система действий, реализующая определенную функцию в вычислительной системе и оформленная так, что управляющая программа вычислительной системы может перераспределять ресурсы этой системы в целях обеспечения мультипрограммирования.

Понятие процесса тесно связано с понятием задача:

Задача - одна или более последовательностей команд, обрабатываемых управляющей программой. Выполнение задачи реализуется в вычислительной системе запуском не менее одного процесса. Можно говорить, что задача - это один или несколько процессов, обеспечивающих достижение поставленных пользователем целей.

Следует отличать понятия "процесс" и "задача" от понятий "программа" и "задание".

Программа для ЭВМ — упорядоченная последовательность команд, подлежащих обработке. Задание вычислительной системе - это единица работы, возлагаемой на вычислительную систему пользователем.

Об отношении "процесса" и "программы" можно сказать, что процесс - это программа во время ее выполнения. Всякая программа становится процессом, когда начинает выполняться в ЭВМ.

В период своего существования процесс может находиться в одном из следующих основных состояний:

1. Порождение, во время которого подготавливаются условия для первого исполнения на центральном процессоре.

2. Активное состояние выполнения, когда процессу принадлежит центральный процессор.

3. Ожидание, во время которого процесс блокирован по причине занятости каких-либо необходимых ему ресурсов.

4. Готовность, при котором процесс получил все необходимые ему ресурсы, кроме центрального процессора.

5. Окончание, во время которого выполняются завершающие работу операции, после чего ресурсы процессу больше не предоставляются.