«Операциялық жүйелер» ПӘнінен оқУ-Әдістемелік кешен 5В070300 «Ақпараттық жүйелер» мамандығына арналған ОҚУ-Әдістемелік материалдар семей

ПӘНІНЕН ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕН

5В070300 «Ақпараттық жүйелер»

мамандығына арналған
ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР

Семей

2012

мазмұны

1	1. Глоссарий	3
2	2. Дәрістер	5
3	3. Зертханалық жұмыстар 4. Тәжірибелік сабақтар	68 108

1 ГЛОССАРИЙ

1.1 Операциялық жүйе – бағдарламалар жиынына, көмпютерлік құралдардың жұмысын қамтамасыз етеді. Және де компютерлік қондырғы бағдарламалық қуаттылықты қадағалайды, операциялық жүйенің негізгі міндеті қондырғыны жүйелі және қолждануға ыңғайлы болуын қадағалайды. Операциялық жүйе рациональды және коордираттық қондырғыны басқару жүйесінде ең жоғары сапада болуын қадағалайды.

1.2 Қондырғылық құрал – компьютер орнатылымы: процессор, жады орнатылымы, кіріс-шығыс орнатылымы, және де берілген құралды қабылдау жіберу.

1.3 Буфер (buffer) – бұл оперативті жады обылысы. Буферизацияның қолданылуының бірнеше әдістері бар. Жай буферизатция процесі берілген процессормен және процесс буферде уақыт бойынша бөлінген. Екінші буферизация тәсілі осы екі процесті бірге атқарады.

1.4 Тікелей жадыға кіріс (Direct Memory Access, DMA) – негізгі опреация кіріс шығыстағы символдар негізгі жадыға беріледі.

1.5 Параллельді процесстер – бұл бір уақыттағы процесс. Параллелді процесс бір –біріне тәуелсіз немесе қозғалғыш. Қозғалтқышты паралельді процесс бір-бірімен периодтық үйлестіргішті және өзара әрекетті қажет етеді.

1.6 Монитор (monitor)-ақпараттар структурасы мен процедуралар жиынтығы және де әр кезде бір ғана процесс қолдануы мүмкін. Мониторды біз бір бөлме сияқты елестетсек, онда ол бөлменің кілті болады, ол кілтпен кезек -кезек процесстерді орналастырады.

1.7 Тұғырық (deadlock) – бұл мультипрограммалық жүйе ситуациясы.

1.8 Сегменттік – беттік жады (paging/segmentation) –сегмент үшін жады беттер бөледі, және де сегменттің кестелік кеденіне байланысты бөлінеді.

1.9 Иерархияның төменгі дәрежесі –комбинация құрайды, соның көмегімен кез – келген мәліметтердің элементтері құралады.

1.10 Файлдық жүйе- ол барлық басқару жадының жүйесінің бір бөлшегі, сыртқы жадыда сақталған, оның міндеті көбінесе файлдарды басқару болып табылады, қолданушыларға ақпаратты бөлу бақыланады.

1.11 Файлға кіру құқығын анықтау – ол операцияда әр қолданғышты анықтау, берілген файлға пайдаланады. Дифференциялдық операцияға кіру әр файлдық жүйеде өз тізімі анықталған.

Дәрістің сұрақтары:

1. 
   Операциялық жүйе. Анықтамасы және міндеті.
   
2. 
   Операциялық жүйелердің функциялары.
   
3. 
   Операциялық жүйелердің негізгі қасиеттері.
   
4. 
   ОЖ даму тарихы.
   
5. 
   ОЖ классификациясы.
   

• 
  Процессор,
  
• 
  Жады,
  
• 
  Кірістік –шығыстық құрылым
  

• 
  Интерфейстік қолдануды анықтау,
  
• 
  Кондырғы ресурсын қолданылатын ресурсын ажыратуды қамтиды,
  
• 
  Бір режимдегі қолданыстармен жұмысты қамтиды,
  
• 
  Ортақ ресурстарға қолданысты болдыруды қадағалайды
  

1. 
   Сенімділік. Сенімділік біраз көлемдік жүйеде сенімді болу қажет, қандай қондырғыда болса да. Бағдарлама немесе қондырғыда жүйе қателіктерге ие болса, онда ол қателікті тауып және сол кезінде жөндеуге тиіс.
   
2. 
   Қорғау. Жүйе кедергілерден сақтануы керек.
   
3. 
   Тиімділігі. Операциялық жүйе программалық жүйеде күрделі комплексті қамтиды. Бұл жүйе экономды болуы қажет, көп ресурс қолданушыда қалу үшін.
   
4. 
   Болжаушылық. Бағдарламаны іске қосқанда, қолданушы өзінің күткен нәтижесін болжай білу қажет.
   
5. 
   Ыңғайлылық. Операциялық жүйе қолданушыға ыңғайлы болуы қажет.
   

Ең алғашқы есептеуіш машиналарда Операциялық жүйе болмаған, қолданылатын бағдарламалар машиналық кодта болған.

Операциялық жүйенің 50 жылдардағы негізгі ерекшеліктері жеделдету құрлысында және тапсырмадан тапсырмаға көшуде болып табылады. Ең алғашында опреациялық жүйеде концепция атауы жүйелі файлдарда пайда болады. (мысалыға, стандартты жүйелі файл шығыс- кіріс).

50 жылдардың аяғында меншіктік фирмалар – операциялық жүйедегі компьютерді қолдануда келесідей мінездеме қойды:

• 
  Пакеттік тапсырма,
  
• 
  Кіріс –шығыс немесе басқару жүйесі IOCS – input-output control system
  
• 
  Автоматтық өзгеріс бір бағдарламадан екінші бағдарламаға өту.
  
• 
  Қатерден кейін қалпына келтіру
  
• 
  Қолданушға өзінің тапсырмасын түсінікті етіп жеткізу
  

Операциялық жүйе мультипрограммалық тәртіпте жұмыс ретінде құрылады, бұл кезде бірнеше қолданушы бағдарламалар бір негізгі компьютерлік жадыда болады, ал орталық процессор бір тапсырмадан екінші тапсырмаға ауысады.

Мультипроцессор типіндегі алғашқы жүйе пайда болады, егер жалғыз санауыш комплекс бірнеше процессорда болса, осы мультипроцессор комплекстік қуаттылықты арттыру үшін пайда болды.

Операциялық жүйеде уақытты бөлгіш пайда болады, олар диалогтық немесе интерактивтік режимде жұмысты қамтиды.

Осы жылдары алғаш тиімді уақыт жүйесі пайда болды, бұл кезде компьютерлер техникалық процеске қолданылды.

Сондай –ақ Burroughs фирмасы өзінің компьютеріне В5000 - ОS MCP (Master Control Program – негізгі басқарушы бағдарлама), мұнда жаңа заманға сай концепциясы бар операциялық жүйе құрылды;

• 
  Мультибағдарлама;
  
• 
  Мультипроцесс;
  
• 
  Виртуалды жады;
  
• 
  Операциялық жүйенің жоғары бөліктегі жазылуы;
  
• 
  Белгілі бір тілде бағдарламалау.
  

Үшінші жалғастырудың пайда болуы операциялық жүйенің IBM фирмасы 1946 жылы System/360 компьютерін дәл келді, бұл компьютерлер ортақ машина ретінде құрылған. Операциялық жүйенің үшінші жалғасудағы ерекшелігі көпрежимді жүйе болуында болып табылады. Операциялық жүйе үшінші жалғасуда бағдарлама қамтуында ерекше орынға ие болды.

1. 
   ОЖ анықтамасын беріңіз.
   
2. 
   ОЖ функцияларын атап шығыңыз.
   
3. 
   Мультибағдарламалық және мультипроцессорлық тәртіптерінің айырмашылықтары туралы айтып беріңіз.
   
4. 
   Мультибағдарламалардың пайда болу себептері.
   
5. 
   ОЖ негізгі қасиеттері.
   

Дәрістің сұрақтары:

1. 
   Аппараттық құрал түсінігі.
   
2. 
   Орта процессоры және оның жұмыс істеу тәртіптері.
   
3. 
   Мультипроцессорлық өңдеу.
   
4. 
   Жадтың қабаттары. Көшу регистрі.
   
5. 
   Жадыны қорғау.
   
6. 
   Перифериялық құралдар және олардың жұмыс істеу тәртіптері.
   
7. 
   Виртуалды жад. Жадқа тікелей кіріс.
   
8. 
   Жадының иерархиясы.
   
9. 
   Бағдарламалық қамсыздандыру.
   

Біраз нәтижелердің болуы үшін және де жұмыс істеп тұрғанға тәуелді болмай тексеретін әдіс ол опрос (polling) жіберу.

Бұзу (прерывание - interrupts) бір жағдайдан екінші жағдайға өтуге мүмкіндік береді. Қалыпты жағдай, бөгет болған жағдайда сақтап қалады.

Буферизация. Буфер (buffer) – бұл оперативті жады обылысы. Буферизацияның қолданылуының бірнеше әдістері бар. Қарапайым буферизация процесі берілген процессормен және процесс буферде уақыт бойынша бөлінген. Екінші буферизация тәсілі осы екі процесті бірге атқарады.

Жадыны қорғау. Жадыны қорғау storage protection) ең негізгі шартты жұмыс жүйе үшін жадыда сақтау адрес диапазонын қадағалайды.

Жадыда сақтау кілттік жады қорғауымен (storage protect keys) бұл программа кілті бар программаға ғана рұқсат етіледі.

1. 
   Жадының қабаттасу концепциясы неде негізделеді?
   
2. 
   Қарапайм және екілік буферизацияның айырмашалақтары неде?
   
3. 
   Жадыны қорғау тәсілдері.
   
4. 
   Спулинг түсінігі туралы айтыңыз.
   
5. 
   Жадыға тікелей кіріс қалай ұйымдастырылады?
   
6. 
   Селекторлық жіне мультиплекстік каналдардың айырмашалақтары.
   
7. 
   Виртуалды жадыны қолдану тәсілі қандай мүмкіндіктерді береді?
   

Дәрістің сұрақтары:

1. 
   Процесс. Процесстің күйлері.
   
2. 
   Процесстермен операциялар орындау.
   
3. 
   Үзілістерді өңдеу. Үзілістер типтері.
   
4. 
   ОЖ ядросы. Ядроның негізгі функциялары.
   
5. 
   ОЖ иерархиялық структурасы.
   
6. 
   Linux ОЖ архитектурасы.
   

• 
  Сол уақытта орындалған орталық процессордың бөліну процесінің жұмысының орындалып жатқанын айқындайды.
  
• 
  Орталық процессорды қолданып әрекеттерді орналастырса, процесстің жұмысы орындалып болғанын айқындайды.
  
• 
  Жұмыстың орындалу барысында күтпеген жағдайдың орын алуы, процесстік жағдайдың блокталғанын айқындайды.
  

1. 
   Ядро –ОЖ басты функцияларын шешуші модульдері.
   
2. 
   ОЖ көмекші функцияларын шешуші модульдері.
   

Ядроның құрамына кіретін функциялар, ішкі-жүелік есептердің шешуші құрамды процестері, мынадай:

1. 
   контекстерді ауыстыру.
   
2. 
   беттердің жүктеу/выгрузка
   
3. 
   үзілулерді өңдеу
   

Бұл функциялар қосымшаларға қол жетімді емес. Ядро функциясының басқа классы қосымшаға қолдау қызметін атқарады, және оларға атаулы қолданбалы программалық орта жасайды. Қосымшалар ядроға сұраныс жасай алады –жүйелік шақырулар –сол немесе басқа әрекеттердің орындалуы, мысалы бір файылдың оқылуы және ашылуы графикалық мәліметтерді дисплейға шығару, жүйелік уақытты алу т.б. қосымшамен шақырылатын функцияның ядросы, қолданбалы программалық интерфейстерді құрайды –АРІ (Application Programming Interfase) –әдістерді таңдау функциясы программисттің функционалды программалық компанентті қолдануға арналған жолы (программалар, модульдер, кітапханалар). АРІ маңызды абстракция болып келеді, функционалдықты «таза түрде» жазушы.

Windows – Win32 API арналған қолданбалы программалаудың интерфейсын қарастырамыз. Win32 API жүйелік шақырулардан бөлектетілген . Бұл әр түрлі нұсқаларда программаларды көшірмей-ақ жүйелік шақыруларды өзгертуге мүмкіндік береді. Сондықтан шақыру жүйелік болама түсініксіз (ядромен орындалады), әлде ол пайдаланушының кеңістігінде өңделеді. Win32 API-да 1000 аса шақырулар болады. Мұндай көлем UNIX пайдаланушының графикалық интерфейстері пайдаланушы режимінде қосылуымен байланысты, ал Windows ядроға орнатылған. Сондықтан Win32 API арналған басқару терезелері, тақырыптар, шрифттер т.б., көп шақырулар бар.

Win32 API шақырулары, стандартты POSIX шақыруларына ұқсауын қарастырамыз.

-CreatProcess (fork) –жаңа процесс құру.

-ExitProcess(exit) –процессті аяқтау.

-CreatFile(open) –файлды ашу.

-CloseHandle(close) –файлды жабу.

-ReadFile(read) –файлдағы мәліметтерді буферға оқиды.

-WritFile(write) –буфердағы мәліметтерді файлға жазады.

-CreatDirectory(mkdir) –жаңа каталог құрады.

-RemoveDirectory(rmdir) –каталогты жояды.

-SetCurrentDirectory(chdir) –жұмыс істейтін каталогты өзгертеді.

Win 32 Қолданбалы программа

Win32 API Қолданбалы программаның интерфейсі

Windows 3.x

Windows 95/98/Me

Windows NT4.0

Windows NT5.0

Win32s

Сурет.2.1. Win32 API Windows интерфейсі

Функциялар, ядро модульдерімен орындалатын ОЖ функциясы болып келеді, сондықтан олардың орындалу жылдамдығы жүйенің толығымен бар қабілетін анықтайды. Барлық ОЖ жұмыс істеу жылдамдығымен қамтамасыз ету үшін ядро модульдері және де олардың үлкен бөліктері әрқашан жедел есте сақтау жадысында болады, демек резидентті болады.

Ядро компютерлік жүйедегі барлық есептеуіш процестерді қозғаушы күші болып келеді, және ядроның құлауы барлық жүйенің құлауымен тең. Сондықтан ОЖ құрастырушылар ядро кодтарының қауіпсіздігіне ерекше көңіл бөледі, нәтижесінде процесс пен олардың отладка көп айларға созылуы мүмкін.

Кейде ядро арнайы форматтың кей программалық модульдері ретінде рәсімделеді, пайдаланушылық қосымша форматтардан ерекшеленеді.

Қалған ОЖ модульдері аса қажетті бірақ аз міндетті функцияларды орындайды. Мысалы, мұндай көмекші модульдерге мыналар кіреді:

1. 
   Мәліметтерді архивтеу программасы.
   
2. 
   Дискті дифрагменттеу.
   
3. 
   Тексттік редакторды.
   

Сол себепті ОЖ кейбір компаненттері қарапайым қосымша ретінде рәсімделген, демек стандартты модульдердің берілген ОЖ форматында орындалу ретінде берілгендіктен, ОЖ мен қосымшалар арасына нақты шектеу қою өте күрделі де жиі болады.

Қандайда бір программа ОЖ бөлігі болама жоқпа екендігін, ОЖ қабілеттілігі шешім қабілдайды. Көп факторлардың ішінде осы шешімге әсер ете алатын, берілген ОЖ потенциялдық қолданушылардың программаға сұранысы көлемді болуы маңызды болып келеді. Кейбір программа берілген уақытта пайдаланушылық қосымша ретінде бола алады, ал содан кейін ОЖ бөлігі болады және керісінше болады. Осыған мысал ретінде Microsoft компаниясының Web-браузер пограммасының өзгеру статусы келеді, әлгі жеке қосымша ретінде бастапқыда Windows NT 4.0 және Windows 95/98 ОЖ бөлігі болды, ал бүгінгі күні сот шешімінде бұл браузер қайта тұрақты қосымшаға айналуына үлкен мүмкіндік бар.

–ОЖ қосалқы модулі

Арнайы аппараттық құралдардың көмегінсіз ОЖ ерекше артықшылықты қолдаумен қамтамасыз ету мүмкін емес. Компьютердің аппаратурасы аз дегенде екі режимді ұстауы қажет:

1. 
   Қолданушы режимі (user mode)
   
2. 
   Ядро режимі деп аталатын ерекше артықшылығы бар режим (remel mode), әлде супервизор (supervisor mode).
   

Ядро операциялық жүйенің барлық негізгі жүиелерін орындағандықтан, көбінесе ол артықшылық режимінде жұмыс істейтін операциялық жүйенің бөлігі болып саналады.

Кейде артықшылық режиміндегі жұмыс «ядро» түсінігінің негізгі анықтамасы болып саналады.
ОЖ утилиталары Жүйе орындайтын прог Қолднушы қосалқысы

Қолданушы режимі

Артықшылық режимі

Артықщылық режиміндегі ядро мен жүйенің ОЖ-сі

Операциялық жүйенің артықшылықтары жадқа рұқсат етілгенде ұқсас түрде қамтамассыз етіледі. Мысалы; егер нұсқаулық операциялық жүйеде берілген қосымшасына жіберілген жадтың аумағында болса, онда қосымшаларға жадқа ену үшін нұсқаулықтар орындалуына рұқсат етіледі. Ал, операциялық жүйе және басқа қосымшаларда орын алатын жадтың аумағында болмайтын жағдайда тиым салынады. Жадқа енуге нұсқаулықтармен жадты қорғау конфигурациялық механизмдер нұсқаулары тек артықшылық режимінде ғана орындалуға рұқсат етілгендіктен, операциялық жүйенің толық бақылауы жүзеге асады. Мысалы; (Мэйнфреймах ІВМ-де жадты қорғау кілттерінің өзгеруі немесе Рentium процессорында жад дескрипторларының кестесіндегі сілтемелерінің өзгеруі).

Процессор артықшылығының 2 режимі негізінде операциялық жүйе ресурстарды жекелей қорғайтын күрделі жүйе құра алады. Оған мысал ретінде файлдар мен каталогтардың әдеттегі қорғау жүйесі бола алады. Бұндай жүйе кез-келген тұтынушыға, әрі файлдармен каталогтарға рұқсат қоюға белгілі құқықтар бере алады.

Ядроның артықтандырылған режимге ауысуын қамтамассыз ететін операциялық жүйенің нақтылығы кейбір жүйелік шақыртулардың орындалуының бәсеңделуі арқасында жоғарлайды. Артықтандырылған жүйенің шақыртуы процессордың тұтынушы режимінен артықшылықтар режиміне ауысуына бастайды, ал қосымшаға қайтарылғанда - артықшылық режимінен тұтынушы режиміне ауысады. Процессорлардың барлық түрлерінде қосымша екі мәртелі тоқтатуда ауыстырылатындықтан, ауысымсыз режимі процедурасын шақыртуға қарағанда процедуралық ауысым режиміне көшу баяу жүзеге асады. Артықтандырылған ядромен тұтынушы режиміндегі қосымшаларға негізделген операциялық жүйе архитектурасы классикалық болады. Оны көптеген атақты операциялық жүйе оның ішінде - UNIX, VАХ VМS, ІВМ OS/390, OS/2 сияқты сан алуан нұсқаулары және арнайы модификациялармен - Windows NТ жүйелері бар.

Оқиғаларда соналардың өңдеушілері шегінеді мынаның сәулет классикалық түрінің, түйін жұмысын және қосымшаларды ұйымдастыра бірде және том ғой тәртіпте. Дәл осылай, түйін жұмысына арналған қалай белгілі мамандандырылған операциялық жүйе Novell компания NetWare 86| Pentium Intel х процессорларының пұрсатты тәртібін қолданады, дәл осылай және өз ерекше қосымшалардың - толтыра арту модульдерінің жұмысына арналған. Дәл осылай қалай тәртіптердің ауыстырып қосулары жоқ, бірақ мыналар жанында жад сенімді аппараттық қорғанышы жоқ болады, модульдермен орын иеленгеннің соналардың , дөрекі жұмыс істеуші қосымшадан, NetWare өңдеушілері өз операциялық жүйе сенімділік сондай потенциалды төмендеуіне кетті , шек қойылған терім сондықтан әрбір қосымша мүқият жөндеулері шоттың артынан сәулетшілік жетіспеушілік оны мынау мамандандырылған қосымшаларды компенсациялауға рұқсат етеді.

Артықшылық режимі

2.5-шi сурет. Басқару жүйесiнiң ықшамдалған архитектурасы NetWare

Бiр тәртiпте жұмыстың ерекше құқықты режимін қолдамайтын процессорлар үшiн тiптi жасалған басқару жүйелерi ядро және қосымша арқылы жұмыс iстейдi. Мұндай түрдiң өте әйгiлi процессоры Intel 8088/86 болып табылды , IBM компанияснының дербес компьюлерге негiзі жараған процессоры.Бұл компьютерлерге арналып жасалған Microsoft компаниясымен игерiлген MS-DOS операциялық жүйесі, msdos.sys және io.sysтiң жүйелiк шақыруларға command.comның командалық интерпретаторы, жүйелiк утилиталар және қосымшаларға айналған (модулдердың ядро атауын пайдаланылып, ол олар негiзi бойынша болып табылғандығымен ) жүйенiң ядро құрастырылған екi модулдерінен тұрды. MS-DOS архитектурасы ОЖ-нің 2.1-шi сурет келтiрiлген архитектурасына сәйкес келедi. Дөрекi жазылған қосымшалар кейде жоғарыд айтылған MS-DOS-тың негiзгi модулдерін әбден қирата алды, бiрақ (дербес компьютер, MSXтың сондайы, СР/М үшiн ерте басқару жүйелерiнiң көп ұқсас түрлері) MS-DOS-тың қолдану облысы және ОЖ-нің биiк сенiмдiлiкке қойылатын талаптарының көрсетпедi.

Жұмыстың (80286-дан бастай ) Intel мүмкiндiгiнiң процессорларының ерекше құқықты режимiндегi болжамдардың кенжелеулерiнде пайда болуына MS-DOS-тың өңдеуішi болмады. Бұл ОЖ-лер 8086/88-шi процессорды шығаратын нақты тәртiп деп аталатындарға осы тип процессорларында әрдайым жұмыс iстейдi. Нақты тәртiп қолданбалы тәртiптiң синонимы болып табылғанда санамауы керек болғанында емес, оның екiнiң бiрiмен ерекше құқықты режимінде болғанына байланысты.

Нақты тәртiп тек қана оған ерте 8086/88-шi үлгiсiмен және екiнiң бiрiмен процессорлардың кешiрек үлгiлерiнiң үйлесiмдiгiне iске асырылды артықшылықтардың төрт деңгейлерi бiрлерде кешiрек үлгiлердiң процессорларының түсiнiктi барлық ерекшелiктерi болып қалыптасатын процессордың қорғал қалған жұмыс тәртiбi, соның iшiнде және жұмыс болып табылады.