inleiding computersystemen en netwerken deel 3 hogeschool van utrecht / institute for computer,...

Hogeschool van Utrecht / Institute for Computer, Communication and Media Technology

6.1Inleiding computersystemen en netwerken deel 3



Op een ‘kale’ computer

+ kan je alles zelf doen

- moet je alles zelf doen

Bijvoorbeeld:

-- aansturing van specifieke hardware

-- algemene taken

vergelijk het met het intrekken in een leeg huis

Waarom een Operating system?



Historie

Nul generatie: - hand codering (Operator) (1940)

Eerste generatie: - Jobs (1950)

- Batch processing systems

Tweede generatie: - Multiprocessing (1960)

- Device independence

- Timesharing (interactive)

- Real-time

Derde generatie: - General-purpose systems (1965-1975)

- Multimode systems

Vierde generatie: - Networking / Distributed processing (1975- …..)

- Menu/graphic driven

- Virtual machines



Soorten OS naar eigenschappen

• single user / single tasking (CP/M, DOS)

• single user / multi tasking (Windows)• multi user / multi tasking (UNIX)• real time (multi tasking) (RTOS)



Soorten O.S. naar taken

• Desk top (tekstverwerking, spreadsheet, database .. )

• Workstation (ontwerpsysteem)

• Server (bestand beheer)

• Proces besturing (fabrieken)

• Embedded (elektronische apparaten)



Taken van het OS

• Systeem initialisatie (Boot, SysInit, etc.)• Geheugenbeheer (space management)• CPU-beheer (time management)• Communicatie en synchronisatie (transpute

management)



Nomenclatuur

• Multitasking : meerdere processen actief op één processor (pseudo parallel).

• Process : de geanimeerde geest van een programma.

• Thread : parallel uit te voeren code van een proces.

• Kernel : de kern van het OS.

• Device driver : besturingssoftware voor de I/O.

• Scheduler : verzorgt de volgorde waarin de processes/threads processortijd krijgen.

• Context : alles wat tot het process behoort.



Mogelijke opbouw

hardware

Device driversHardware Abstraction Layer (HAL)

KERNEL

process process process

System call

I/O manager

User mode

Kernel mode



Bevoorrechte instructies

De CPU kent t.b.v. OS meestal minimaal twee toestanden, te weten:

supervisor-mode

gebruikers-mode

Met de system call roep je het OS aan wordt naar supervisor mode geschakeld.



Application Programmers Interface (API)Application Binary Interface (ABI)

Applicatie

API

ABI

Besturingssysteem

POSIX / Win32

System call (interface)



Opbouw van het O.S.

• Monolithisch (spaghetti)• Gelaagd (lasagne)• Modulair (ravioli)



Monolithic

Application Application

System services (API)

Hardware

User mode

Kernel mode



Layered

Application Application

System services (API)

File system

Memory and I/O device management

Processor scheduling

Hardware

User mode

Kernel mode



Client/server (Modulair)

User mode

Kernel mode

Microkernel

Hardware

Client application

Process server

Memory server

Fileserver

Network server

Display server

HAL & device drivers



Proces

• Een proces is een unieke uitvoering van een programma (incarnatie).

• Een proces heeft zijn eigen context:

– registers;

– Memory;

– Proces administratie t.b.v. OS.



Thread

Thread = lichtgewicht proces:

Het deelt geheugenruimte met andere threadsHet is parallel of simultaan uitgevoerde code van een programma.



Proces toestanden

Running (Current): het proces heeft de processor Ready to Run (Active): het proces wacht op de processor Waiting (Suspended): het proces wordt opgehouden



Process states

Run

ReadySuspended

scheduler

Context switch



Wie krijgt de CPU?

– Co-operative scheduling• proces loopt door totdat het klaar is

• Gevaar van een eindeloze lus => systeem hangt

• Bijvoorbeeld :Windows 98

– Pre-emptive scheduling• Onderbreekbaar doormiddel van prioriteiten

• tijdverdeling (time-slicing).

• Voordeel : een fout proces kan niet het hele systeem “ophangen”

• Bijvoorbeeld : Windows 2000



Hoe verdeel je de processor tijd?



Real-Time Klok

• vooraf ingestelde teller die het systeem interrumpeert (ongeveer 10 msec)

• bijhouden van de tijd, datum etc.

• communicatie en synchronisatie

• starten van de scheduler

• administratieve taken



Geheugenbeheer

• Locatie van code en data (statisch)

• Toewijzing data (dynamisch)

• Protectie

• Gemeenschappelijk gebruik

• Logische organisatie <-> fysieke organisatie



MMU (logisch <-> fysiek)

adressen

vertaalde adressen

databus

werk-geheugen

CPU

MMU

adresbus



Partitionering

• een proces krijgt een vastgesteld deel van het geheugen ter beschikking

• de inhoud van een basisregister wordt opgeteld bij het adres

• het totaal wordt vergeleken met een limietregister



Segmentering

• code-, data-, deelbare segmenten

• geen vaste lengte

• segment register + adres = fysiek adres



8088 registers



Segmentering bij de 8088



Paginering

• het geheugen wordt verdeeld in pagina’s; dit zijn delen met een gelijke grootte

• een deel van het adres wijst naar een tabel waarin de verwijzing naar de pagina staat

• een pagina hoeft niet in het geheugen aanwezig te zijn



Paginering



Virtueel geheugen

• het geheugen heeft een lineaire adresruimte (van 0 tot n)

• voor de programmeur lijkt het of de ruimte vanaf 0 geheel of gedeeltelijk lineair beschikbaar is



Demand paging



Geheugenprotectie

• processen mogen elkaar niet hinderen

• processen moeten data-geheugen kunnen delen

• programma-coden moet kunnen worden gedeeld



Opdracht besturingssystemen

• Bestudeer hoofdstuk 10

• Onderzoek windows 98, 2000 en LINUX op:– Opbouw

– Soort (naar eigenschappen en taken)

– Time management

– Space management

Lever een A4tje met je resultaten in bij de docent

inleiding computersystemen en netwerken deel 3 hogeschool van utrecht / institute for computer,...

Documents

media technology

opbouw van het

kern van het os

interface dia

proces een proces

op een kale computer

virtual machines dia

het intrekken