Operativsystemer - dopsys. Erik Ernst

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Operativsystemer - dopsys. Erik Ernst"

Oscar Mikkelsen
7 år siden
Visninger:

1 Operativsystemer - dopsys Erik Ernst eernst@cs.au.dk

2 [Q/A] Mange deltagere er nu på 2. år af datalogistudiet eller cand.it., med dcomnet En del har IT-erhvervserfaring Hvad med dig? dopsys 2

3 Praktiske oplysninger dopsys 3

4 Forelæsninger Fredag , Peter Bøgh Andersen Aud. Onsdag , Peter Bøgh Andersen Aud. 4 timer pr. uge, evt. lidt mindre NB: ugen løber fra torsdag til onsdag! dopsys 4

5 Undervisningsmateriale Andrew S. Tanenbaum Modern Operating Systems Pearson Edu. International, 2009 ISBN: supplerende materiale fra www-siderne. dopsys 5

6 Øvelser Tid og sted for øvelser: Hold DA1 Fredag Hold DA2 Onsdag Hold DA3 Mandag 8-12 Ada-026 Hold DA4 Onsdag 8-12 Ada-026 Holdbytte under hensyntagen til holdstørrelser. Styres af instruktorerne. dopsys 6

7 Ugesedler og opgaver Ugeseddel for uge x offentliggøres på hjemmesiden ca. midt i uge x-1. Tavle- og diskussionsopgaver Een udvalgt startopgave Ugeopgave Ugeopgaver er obligatoriske, laves i grupper. 2-3 personers grupper dannes ved de første øvelser. dopsys 7

8 Eksamen Kræver at samtlige ugeopgaver er godkendt. Eksamen er mundtlig, uden forberedelsestid og varer 15 minutter per studerende (plus 5 min. til votering). Eksamenspensum inkluderer ugeopgaverne. Medbring en kopi af besvarelser af ugeopgaverne med instruktorens kommentarer og underskrift. Vær opmærksom på tilmelding! dopsys 8

9 Clickers Et typisk forelæsningsproblem: Blodhastighed 0 mm 3 /s Spørgsmål er altid velkomne, men svært at organisere høj aktivitet Med clickers kan alle byde ind på een gang, uden kaos ;-) Bruges i dette kursus 9

10 [Click] Baggrund som angivet på tavlen (A/B/..) dopsys 10

11 spørgsmål om praktiske ting? dopsys 11

12 [Q/A] Hvilke operativsystemer har du brugt? dopsys 12

13 Operativsystemer Målbeskrivelse Målet med kurset er at give den studerende kendskab til opbygning og virkemåde af operativsystemer. Herunder hvorledes operativsystemer dels kan opfattes som en abstrakt maskine, der stiller en række primitiver og abstraktioner til rådighed via systemkald, dels som en administrator af maskinresurser, såsom CPU, lager og ydre enheder. dopsys 13

14 Organisation af en Computer.. kan opfattes som niveauer af virtuelle maskiner*: software hardware *A.S. Tanenbaum: Structured Computer Organisation. 5th edition, Prentice-Hall, dopsys 14

15 ISA-niveauet.. baseret på von Neumann maskinarkitektur: Program og data Centrale begreber: Registre (eks: PC, SP, PSW, ) Lagermodel (eks: 4 Gb byte-adresserbart lager) Instruktionssæt, instruktionsformat Datatyper og adresseringformer registre.. instruktioner udføres via fetch-decode-execute cycle i hardware ydre enheder (I/O devices) dopsys 15

16 Arkitektur-varianter i hardware Shared-memory multiprocessor: Multicomputer: Distributed-memory multiprocessor: dopsys 16

17 CPU varianter CPU pipeline: Superscalar CPU: Multi-core CPU: dopsys 16

18 Hardware vs. Applikations-niveau Hardware/ISA niveau Maskininstruktioner: Læse/skrive registre og lagerceller Aritmetiske/logiske operationer Forgreninger og hop Lageret: Lineær sekvens af celler Eksternt lager (eks harddisk): Spor og blokke Læse og skrivehoveder Ydre enheder: Tilgang via ydreenhedsregistre software Applikationsniveau Klasser oa. komplekse typer Kontrolstrukturer Moduler Procedurer/metoder Programmer/processer Filer og kataloger Uniformt højniveauinterface Compiler Assembler Linker OS dopsys 17

19 Eksempel: udskrivning af fil #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) { int c; FILE *fp; fp = fopen(argv[1],"r"); c = getc(fp); while (c!= EOF) { putchar(c); c = getc(fp); } exit(0); } dopsys 18

20 Symbolsk maskinsprog.globl main.type main: pushl %ebp movl %esp, %ebp subl $24, %esp movl (%eax), %eax movl %eax, (%esp) call fopen movl %eax, -8(%ebp) movl -8(%ebp), %eax movl %eax, (%esp) call _IO_getc movl %eax, -4(%ebp).L2:.L4:.L3: cmpl $-1, -4(%ebp) jne.l4 jmp.l3 movl -4(%ebp), %eax movl %eax, (%esp) call putchar movl -8(%ebp), %eax movl %eax, (%esp) call _IO_getc movl %eax, -4(%ebp) jmp.l2 movl call $0, (%esp) exit dopsys 19

21 %>cat eks.txt dopsys %>strace -o syscalls.log example eks.txt execve("./example", ["example", "eks.txt"]= 0 uname({sys="linux", node="zebra03",...}) = 0 brk(0) = 0x804a000 fstat64(3,...) = 0 munmap(0xb7fdf000, ) = 0 brk(0) = 0x804a000 brk(0x806b000) = 0x806b000 open("eks.txt", O_RDONLY) = 3 fstat64(3,... = 0 mmap2(null, 8192,...) = 0xb7ffe000 read(3, "dopsys\n", 8192) = 7 fstat64(1,...) = 0 mmap2(null,...) = 0xb7ffd000 write(1, "dopsys\n", 7) = 7 read(3, "", 8192) = 0 munmap(0xb7ffd000, 4096) = 0 exit_group(0) =? dopsys 20

22 [Q/A] C-programmering er vigtigt i dette kursus, men forudsættes kendt og læres ved selvstudium Hvilke forudsætninger har du i C? dopsys 21

23 OS som abstrakt maskine..implementerer en samling primitiver kaldet systemkald:.. maskinnære detaljer er abstraheret væk. dopsys 22

24 OS som virtuel maskine.. hardware-resurser deles mellem programmer under afvikling: Virtuel maskine til rådighed for hvert program under afvikling. Understøtter deling af de fysiske maskin-resurser. dopsys 23

25 OS som resurse-administrator.. hardware-resurser skal udnyttes bedst muligt : Aspekter: Adgang til resurser. Parallelisme og udnyttelse. Fairness og fremdrift. Responstid og deadlines. dopsys 24

26 Hardware Interface Systemkald Virtualisering Resurse-administration Interrupts Traps CPU tilstande dopsys 25

27 Interrupts.. hardware signal fra ydre enheder: Process management: timeout interrupt og schedulering. Håndtering af ydre enheder: ved afslutning af I/O operationer. dopsys 27

28 .. intern hændelse i CPU en: Traps Implicit: division med 0, lagertilgang, Eksplicit: supervisor call (SVC) dopsys 26

29 CPU tilstande Behov for at kontrollere udførelsen af visse instruktioner: Tilgang til ydre enheder Tilgang til system-registre og -flag Systemtabeller CPU tilstande: Privileged / kernel / supervisory mode: Kan bruge det fulde instruktionssæt Non-privileged / user mode: Kan kun bruge et begrænset instruktionssæt Tilstandsskift sker i forbindelse med: Interrupts og traps Systemkald dopsys 28

30 [Q/A] Beskriv nogle fordele & ulemper ved at have hhv. afskaffe CPU-tilstande dopsys 29

31 Systemkald.. udførelsen af et kald af read, og den centrale rolle som et trap spiller: dopsys 26

32 Systemkald.. udføres i privilegeret CPU-tilstand: Typiske kategorier af systemkald: Styring af processer Brug af memory Tilgang til filer Input/output dopsys 30

33 Udvalgte POSIX systemkald dopsys 31

34 Strukturer for operativsystemer Monolitisk: En central rutine som kalder servicerutiner. Et antal servicerutiner, een for hvert systemkald. Diverse hjælperutiner som bruges af servicerutinerne. Meget hyppigt anvendt: Enkelt princip, oplagt måde at starte, fleksibelt. Kører effektivt. Men giver også problemer: Ingen opdeling i moduler => kompleksitet (almindeligt roderi). Uden intern beskyttelse mod fejl. dopsys 32

35 Strukturer for operativsystemer Lagdelt, THE : Hvert lag bruger kun det umiddelbart underliggende lag. De højere lag arbejder med en abstrakt maskine langt pænere. dopsys 32

36 Strukturer for operativsystemer Mikrokerne (MINIX 3): Næsten alt flyttes ud af kernen til user space. Meget simplere at verificere robusthed og sikkerhed. dopsys 32

37 Strukturer for operativsystemer Virtuelle maskiner (VM/370): CMS emulerer den rå hardware præcist. Virtualiserer hele computeren, mange komplette systemer kan køre samtidigt på den samme hardware. (>41000 Linux er på z/series) dopsys 32

38 Strukturer for operativsystemer Virtuelle maskiner (VMware, KVM,...): Hypervisor emulerer hardware symmetrisk (type 1) eller under OS (2). Kan køre mange maskiner med servere isoleret (= mere robuste), eller flere operativsystemer (= mere fleksibelt). dopsys 32

39 Vigtige emner i kurset Processer og koordinering: Begreber omkring processer og tråde. Kommunikation og synkronisering. Schedulering og deadlocks. Lageradministration (memory management): Virtuel hukommelse. Paging og segmentering. Filsystemer og input/ouput Filer og kataloger. Device-drivere og buffering. dopsys 32

40 Kursets organisering Forelæsningerne: Grundlæggende principper og begreber bag operativsystemer. Unix/Linux OS vil oftest blive brugt som eksempel. Øvelserne: Opgaver/diskussion i forlængelse af forelæsninger. C Programmering under Linux OS. Eksperimenter med Linux OS kernen via VMware. dopsys 33

41 Opsummering Perspektiv på operativsystemet: Udvidet maskine (systemkald). Virtual maskine for programmer. Resurse-administrator. Hardware interface: Traps og interrupts CPU tilstande: privilegeret/uprivilegeret tilstand User-mode vs. kernel-mode dopsys 34

Relaterede dokumenter

Operativsystemer - dopsys

Operativsystemer - dopsys Erik Ernst eernst@cs.au.dk dopsys 1 Q/A Mange deltagere er nu på 2. år af datalogistudiet, med dcomnet 1 for år siden Er din baggrund anderledes? dopsys 2 Praktiske oplysninger