- wykonanie programu - zdolność systemu do załadowania programu do pamięci i rozpoczęcia jego wykonywania
- operacje WE/WY - ponieważ programy użytkowników nie mogą wykonywać bezpośrednio operacji WE/WY, SO musi zapewnić środki do realizacji tych czynności
- manipulowanie systemem plików - zdolność programu do czytania, pisania, tworzenia i usuwania plików
- komunikacja - wymiana informacji między procesami działającymi albo w tym samym procesorze lub na różnych systemach powiązanych za pomocą sieci;
Dwa mechanizmy implementacji komunikacji:
- komunikacja za pomocą pamięci dzielonej
- komunikacja z użyciem techniki przekazywania komunikatów (za pośrednictwem SO)
- wykrywanie błędów
- w jednostce centralnej i pamięci : sprzętowa wada pamięci lub awaria zasilania, itp.
- w urządzeniach WE/WY : błąd parzystości na taśmie, awaria połączenia w sieci, brak papieru w drukarce, itp.
- w programie użytkownika: np. nadmiar arytmetyczny, próba sięgnięcia poza obszar pamięci programu, przekroczenie przydzielonego czasu procesora
Na wszystkie rodzaje błędów SO powinien odpowiednio zareagować, gwarantując poprawność i spójność obliczeń.
- nie są one przeznaczone do pomagania użytkownikowi,
lecz do zapewnienia efektywnego (optymalizacja)
działania systemu
- przydzielanie zasobów - przydział zasobów dla wielu użytkowników i wielu zadań pracujących w tym samym czasie, np. planowanie przydziału czasu procesora
- rozliczanie - przechowywanie danych o tym, którzy użytkownicy i w jakim stopniu korzystają z poszczególnych zasobów komputera (wystawianie rachunków, statystyka, rekonfiguracja)
- ochrona - zapewnienie, że całkowity dostęp do zasobów jest kontrolowany
- funkcje systemowe (wywołania systemowe, system
calls) tworzą interfejs między wykonywanym programem a SO
- ogólnie dostępne poprzez rozkazy w języku assemblera
- kilka języków programowania (C, Bliss, PL/360, PERL) zdefiniowano tak, aby umożliwić bezpośrednie wykonywanie wywołań funkcji systemowych
- ilustracja sposobu używania funkcji systemowych, np. program czytający dane z jednego pliku i kopiujący je do innego pliku.
- program będzie potrzebował podania nazw obu plików;
będzie to wymagało ciągu odwołań do funkcji
systemowych w celu:
- wypisania na ekranie symbolu zachęty do pisania
- czytania z klawiatury znaków definiujących oba pliki
- otworzenia pliku wejściowego i utworzenia pliku
wyjściowego; możliwe jest tu wystąpienie błędów:
- nie istnieje plik o podanej nazwie
- komunikat na konsoli (ciąg wywołań f. systemowych)
- zakończenie działania programu na warunkach wyjątkowych (kolejne wywołania f. systemowych)
- jest już plik o takiej nazwie
- ......
- ......
- nie istnieje plik o podanej nazwie
- gdy oba pliki są przygotowane można rozpocząć pętlę czytania z pliku wejściowego (wywołania f. systemowej) i pisania do pliku wyjściowego (wywołania f. systemowej)
- każda operacja czytania/pisania musi przekazać informację o wyniku jej wykonania, uwzględniając różne możliwe przyczyny błędów (brak miejsca na dysku, fizyczny koniec taśmy, itp.)
- po skopiowaniu całego pliku program może zamknąć oba pliki (kolejne wywołania f. system.), po czym skończyć działanie w normalny sposób (ostatnie odwołanie f. systemowej)
- używane są zasadniczo trzy metody przekazywania
parametrów wykonywanego programu do SO:
- umieszczenie parametrów w rejestrach jednostki centralnej
- przechowanie parametrów w tablicy w pamięci, a jej adresu w rejestrze
- program składa parametry na stosie, skąd zdejmowane są przez SO
- Nadzorowanie procesów
- zakończenie (end), zaniechanie (abort);
- załadowanie (load), wykonanie (execute);
- utworzenie procesu (create process), zakończenie procesu (terminate process);
- pobieranie atrybutów procesu (get process attributes), określenie atrybutów procesu (set process attributes);
- czekanie czasowe (wait for time)
- oczekiwanie na zdarzenie (wait for event), sygnalizacja zdarzenia (signal event);
- przydział i zwolnienie pamięci (allocate and free memory)
- Operacje na plikach
- utworzenie pliku (create file), usunięcie pliku (delete file);
- otwarcie (open), zamknięcie (close);
- czytanie (read), pisanie (write), zmiana położenia (reposition);
- pobieranie atrybutów pliku (get file attributes), określenie atrybutów pliku (set file attributes)
- Operacje na urządzeniach
- zamówienie urządzenia (request device), zwolnienie urządzenia (release device)
- czytanie (read), pisanie (write), zmiana położenia (reposition);
- pobieranie atrybutów urządzenia (get device attributes), określenie atrybutów urządzenia (set device attributes)
- logiczne przyłączanie lub odłączanie urządzeń (logically attach or detach devices)
- Utrzymywanie informacji
- pobieranie czasu lub daty (get time or date), określenie czasu lub daty (set time or date)
- pobieranie danych systemowych (get system data), określenie danych systemowych (set system data)
- pobieranie atrybutów procesu, plkiu lub urządzenia (get process, file or device attributes)
- określenie atrybutów procesu, pliku lub urządzenia (set process, file or device attributes)
- Komunikacja
- utworzenie, usunięcie połączenia komunikacyjnego (create, delete communication connection)
- nadawanie, odbieranie komunikatów (send, receive messages)
- przekazanie informacji o stanie (transfer status information)
- przyłączanie lub odłączanie urządzeń zdalnych (attach or detach remote devices)
- funkcje systemowe nadzorujące procesy
- wait() cause the parent process to wait for child to finish running before it resumes execution
- exit() cause a process to exit
- nice() change the priority of a process
- kill() send a signall to a process
- funkcje systemowe dostępu do plików
- stat() get status information from an inode, such the inode number, the device on which it is located, owner and group information, and the size of the file
- acces() check file access permission
- creat() create a new file
- open() open an existing file
- read() read a file
- write() write a file
- close() close a file
- unlink() unlink a file (delete a name reference to inode)
- chmod() change file access permission
- chown() change file ownership
- UNIX - system wielozadaniowy
- gdy użytkownik rejestruje się w systemie, wówczas wybiera odpowiednią wersję interpretatora poleceń (powłoka, shell)
- w celu zapoczątkowania nowego procesu, shell wykonuje funkcję systemową fork
- wówczas nowy program zostaje załadowany do pamięci za pomocą funkcji systemowej exec i rozpoczyna pracę
- w zależności od wydanego polecenia, shell oczekuje na zakończenie działania procesu (proces pierwszoplanowy), albo powoduje, że proces będzie wykonywany "w tle" (proces drugoplanowy)
- w drugim przypadku shell jest natychmiast gotowy do przyjmowania następnych poleceń; proces wykonywany w tle nie może otrzymać danych z klawiatury, ponieważ zasobu tego używa powłoka
- procesy w tle wykonują operacje WE/WY za pośrednictwem plików
- pod koniec pracy proces wywołuje funkcję systemową exit, która kończy jego działanie i powoduje przekazanie procesowi, który go wywołał, kodu stanu zakończenia programu
- MS-DOS - system jednozadaniowy
- interpretator poleceń wywoływany jest na początku pracy komputera
- nie tworzy nowego procesu podczas uruchamiania nowego programu
- system wprowadza program do pamięci operacyjnej, nawet kosztem większości własnego kodu
- następnie ustawia licznik rozkazów na pierwszy rozkaz programu i program zaczyna się wykonywać
- jeśli wystąpi błąd podczas jego wykonania, uaktywnia się odpowiednia pułapka systemowa, albo program zatrzyma się wykonując odpowiednią funkcję systemową
- w obu przypadkach kod błędu zostanie przechowany w pamięci systemu do późniejszego użytku
- następnie interpretator ładuje z dysku resztę swojego kodu
- MS-DOS, chociaż nie jest wielozadaniowy,
dostarcza sposobów na okrojone działanie współbieżne:
- "przechwytuje przerwanie" po czym kończy pracę za pomocą funkcji systemowej "zakończ i pozostań w pogotowiu"
- może przechwytywać przerwania zegara
- funkcje systemowe
- tworzyć i usunąć pliki
- otworzyć pliki
- czytać i pisać
- zmiany punktu odniesienia w pliku (np. przewijanie, przeskok na koniec)
- zamknąć plik
- taki sam zbiór operacji dla katalogów
- pobranie atrybutu oraz określenie atrybutu pliku (nazwa, typ, kody zabezpieczające,...)
- program może potrzebować dodatkowych zasobów: pamięci, plików, przewijaków taśm,...; jeśli są one dostępne będą przydzielone, jeśli nie program musi czekać
- plik można rozumieć jako abstrakcyjne lub wirtualne urządzenia
- wiele funkcji systemowych dla plików jest również
potrzebna dla urządzeń
- poprosić o urządzenie (otworzyć plik)
- zwolnić urządzenie (zamknąć plik)
- podobieństwo między urządzeniami WE/WY i plikami jest tak duże, że wiele SO (w tym UNIX, MS-DOS) łączy je w jedną strukturę plików - urządzeń
- dwa główne modele komunikacji między procesami
- model przekazywania komunikatów
- informacja jest wymieniana przez międzyprocesowe środki komunikacji które dostarcza SO
- przed rozpoczęciem komunikacji należy nawiązać połączenie (funkcja systemowe odebranie połączenia)
- musi być znana nazwa odbiorcy: inny proces w tym samym procesorze lub proces w innym komputerze
- każdy komputer w sieci ma swoją nazwę sieciową
- każdy proces ma swoją nazwę procesu
- funkcje systemowe pobranie nazwy sieciowej i pobranie nazwy procesu tłumaczą te nazwy na identyfikatory, których używa SO
- proces odbiorcy musi zazwyczaj udzielić zgody na nawiązanie komunikacji za pomocą funkcji akceptującej połączenie
- większość procesów realizujących połączenia to tzw. demony
- wywołują one czekania na połączenie i są budzone gdy połączenie zostanie nawiązane
- źródło komunikacji (klient) i demon odbiorcy (server) wymieniają komunikaty za pomocą funkcji systemowych czytania komunikatu i pisania komunikatu
- wywołanie funkcji zamknięcie połączenia kończy komunikację
Przesyłanie komunikatów jest przydatne do bezpośredniej wymiany mniejszych ilości danych oraz w komunikacji międzykomputerowej
- model pamięci dzielonej
- wspólne użytkowanie przez procesy pewnego obszaru pamięci
- procesy wymieniają informację przez pisanie i czytanie do wspólnie użytkowanych obszarów pamięci
- procesy określają postać danych i ich miejsce w pamięci wspólnej; nie podlega to kontroli SO
- procesy muszą dopilnować, aby nie zapisywać jednocześnie tego samego miejsca pamięci; niezbędne są do tego pewne mechanizmy
- pamięć dzielona zapewnia maksymalna szybkość i wygodę komunikacji; w obrębie jednego komputera może ona przebiegać z szybkością działania pamięci operacyjnej
- problemy z zakresu ochrony i synchronizacji
- model przekazywania komunikatów
