Styresystemer og tjenester

Transkript

1 Styresystemer og tjenester Indhold: 1. Introduktion til styresystemer 2. Processer og tråde 3. Synkroniseringsmetoder og IPC 4. Memory management 5. IO og devicedrivere 6. Analyse og design af embedded systemer 7. Dynamisk schedulering og task afhængighed 8. Filsystemer 9. Sprog og compilere. Intro 10. Leksikalsk analyse 11. Parsning 12. Kodegenerering Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 1

2 Introduktion til styresystemer Figure 2.1 Computer Hardware and Software Infrastructure Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 2

3 Hvad er et Operativsystem? En virtuel maskine som er Easy to use. Gemmer detaljer om hardware. Danner en brugervenlig grænseflade til applikationsprogrammøren. Resurse manager. Styre de enkelte hardware resurser. Håndterer resursetildeling til applikationsprogrammerne. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 3

4 Lidt historie Første generation Plug boards Anden generation Batch systemer Tredje generation Multiprogramming Fjerde generation 1980 Personlige comp. Grafisk grænseflader Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 4

5 Processoren eksikvere jobbet indtil den når en I/O instruktion; Her efter må den vente på I/O.

6 Multiprogrammed Batch Systems Processor is often idle even with automatic job sequencing I/O devices are slow compared to processor

7 Computer Hardware CPU Mem Keyboard Hard disk CD/ DVD USB ctrl. Network Graphics Card. BUS Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 7

8 OPS opgave: CPU CPU Mem Keyboard Hard disk CD/ DVD USB ctrl. Network Graphics Card. BUS Håndtere eksekvering af processer. Dvs: Oprette og nedlægge processer. Tildeling af CPU tid til processer/tråde. Vedligeholdelse af processtatus. Synkroniser processer. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 8

9 Process Management Tilstanden af processen/tråden er indeholdt i contexten/staken.

10 OPS opgave: Memory CPU Mem Keyboard Hard disk CD/ DVD USB ctrl. Network Graphics Card. BUS Håndtere af ram/rom lageret. Dvs. Tildeling af mem. til processer. Håndtering af virtuel memory. Paging og swapping. Beskyttelse af processers mem. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 10

11 Virtual Memory

12 Virtual Memory Addressing

13 OPS opgave: Keyboard ctrl. CPU Mem Keyboard Hard disk CD/ DVD USB ctrl. Network Graphics Card. BUS Håndtere tastatur/mus. Dvs. Interrupt. Buffering. Echo. Delete/erase. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 13

14 OPS opgave: Disk ctrl. CPU Mem Keyboard Hard disk CD/ DVD USB ctrl. Network Graphics Card. BUS Håndtere disks. Dvs. Filesystem. DMA. Protection. Symbolske navne. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 14

15 OPS opgave: USB ctrl. CPU Mem Keyboard Hard disk CD/ DVD USB ctrl. Network Graphics Card. BUS Håndtere USB kanalen. Dvs. Master/slave. Polling. Hot Plug-able. Handshaking Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 15

16 OPS opgave: Network ctrl. CPU Mem Keyboard Hard disk CD/ DVD USB ctrl. Network Graphics Card. BUS Håndtering af netwærk til andre computere. Dvs. Protokol. TCP/IP. IP-adresser. Retransmision. Handshaking. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 16

17 OPS opgave: Grafikkort. CPU Mem Keyboard Hard disk CD/ DVD USB ctrl. Network Graphics Card. BUS Håndtering af grafikkort. Dvs. Colormap. Bitplaner. Deling af skærm. Vektorgrafik. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 17

18 OPS typer Mainframe operativsystemer Server operativsystemer Multiprocessor operativsystemer Multicomputer operativsystemer Personal computer operativsystemer Real-time operativsystemer Embedded operativsystemer Smart card operativsystemer Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 18

19 Operativsystemtyper Mainframe operativsystemer Multi task/multi User. Megen I/O. Fx: OS/390, UNIX. Server operativsystemer. Multi task evt multi user. Server orieneret dvs. Concurrent server. Fx: Linux, UNIX og div Windows typer. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 19

20 Operativsystemtyper Multiprocessor operativsystemer Flere CPU er. Ægte parallelitet Fældes Ramlager. Fx: Solaris, OS/390. Multicomputer operativsystemer / Distribueret operativsystem. Flere løst koblede CPU er. Ægteparallelitet. Netværksbaseret. Fx. Amoeba Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 20

21 Operativsystemtyper PC operativsystemer Multi tasking, single user. Grafik og lyd. Fx: Windows, MacOS og Linux. Real-Time operativsystemer. Multi tasking. Deterministisk og prioiteret schedulering. Hard realtime og soft realtime. Fx. OS9, VxWorks og QNX Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 21

22 Operativsystemtyper Embedded operativsystemer Simple single user. Kallender, Adr.kartotek, grafik, osv. Fx: Android eller Windows mobile. Smart Card operativsystemer. Lille lager relativ langsom CPU.. Simple transaktioner.. Fx. JavaVM Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 22

23 Modes of Operation User Mode Brugerprogrammer Bestemte områder af memory er beskyttet Visse instruktioner må man ikke bruge Kernel Mode Ops. kode Privilegerede instruktioner må bruges Adgang til alt memory. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 23

24 Aplikationsprogram OPS struktur. APP Kald af OPS. -funktion. Fx fopen() Trap User mode System kald OPS kernel Memory management Filsystem Device driver Protokolstak Supervisor mode HW CPU Memory DISK USB Ethernet Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 24

25 Systemkald - Linux #define NR_exit 1 #define NR_fork 2... #define NR_mitkald 243 APP _syscall2(int, mitkald, int, arg1, char*, arg2); #include <sys/myservice-user.h> main() { mitkald(1, "hi"); } OPS ENTRY(sys_call_table).long SYMBOL_NAME(sys_ni_call).long SYMBOL_NAME(sys_exit).long SYMBOL_NAME(sys_fork)....long SYMBOL_NAME(sys_mitkald) #include <linux/myservice.h> asmlinkage int sys_mitkald (int arg1, char* arg2) { // Kode } Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 25

26 Systemkald - Linux APP #include <sys/myservice-user.h> main() { mitkald(1, "hi"); } mitkald:... Int $0x80... OPS ISR: 80 System_call... Call *SYMBOL_NAME(sys_call_table)(,%eax,4)..... #include <linux/myservice.h> asmlinkage int sys_mitkald (int arg1, char* arg2) { // Kode } Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 26

27 Nyt systemkald i Linux Fremgangsmåde: 1. Tilføj entry i sys_tcall_table: /usr/src/linuxxxxx/arch/i386/kernel/entry.s 2. Define systemkald nr. i: /usr/src/linuxxxxx/include/asm-i386/unistd.h 3. Skriv kode til kaldet fx i: mitkald.h og mitkald.c. H- filen placeres typisk i: /usr/src/linuxxxxx/include/linux/ eller /usr/src/linuxxxxx/include/asm/ C- filen placeres typisk i: /usr/src/linuxxxxx/ipc/ eller /usr/src/linuxxxxx/fs/ Modificer Makefilen i det dir du placere din kode i. 5. Generer stubben vha macroen: _syscall2(int, myservice, int, arg1, char*, arg2); 6. Make ny kerne. Læs: /usr/src/linuxxxxx/readme 7. Du kan nu anvende systemkaldet - den nye kerne er lavet. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 27

28 OPS struktur. Monolitisk kerne Linux/ UNIX APP System kald User mode Supervisor mode OPS kernel Memory management Filsystem Device driver Protokolstak HW CPU Memory DISK USB Ethernet Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 28

29 OPS struktur. Micro kerne Fx Mach, Amoeba APP OPS Ext. kernel Ext. Memory management Filsystem Device driver Minimal kerne, mem. management og IPC Protokolstak User mode Supervisor mode HW CPU Memory DISK USB Ethernet Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 29

30 Pro contra Monolitisk kerne. Ofte mere effektiv Micro kerne Memmere at portere. Nemmere at udvide. Velegnet til distribueret system. Mindre supervisor kode > færre fejl. Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 30

31 Loadable kernemoduler. Kerne modul: En samling funktioner og datatyper der kan loades ind i kernen dynamisk. Bliver eksekveret i supervisor mode. Kan kun anvende de af kernen exporteret funktioner og variable. Skal indeholde mindst to funktioner: Module_init(fooinit); Module_exit(fooexit); Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 31

32 Loadable kernemoduler. #include <linux/module.h> static int godav_init(void) {.. } static void godav_exit(void) {.. } module_init(godav_init); module_exit(godav_exit); APP make mod1.ko insmod mod1.ko OPS rmmod mod1 Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 32

33 #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/moduleparam.h> #include <linux/unistd.h> #include <linux/sched.h> #include <asm/uaccess.h> extern void *sys_call_table[]; asmlinkage int our_sys_open(const char *filename, int flags, int mode){ // Kode. } static int godav_init(void) { original_call = sys_call_table[ NR_open]; sys_call_table[ NR_open] = our_sys_open; return 0; } static void godav_exit(void) { sys_call_table[ NR_open] = original_call; } Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 33

34 int godav_open(struct inode *inode, struct file *filp); int godav_release(struct inode *inode, struct file *filp); ssize_t godav_read(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos); ssize_t godav_write(struct file *filp, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos); struct file_operations godav_fops = { read: godav_read, write: godav_write, open: godav_open, release: godav_release }; static int godav_init(void) { /var/log/syslog int res; printk("<1> go'dav verden.\n"); res = register_chrdev(godav_major, "godav", &godav_fops); return 0; } static void godav_exit(void) { unregister_chrdev(godav_major, "godav"); } Per P. Madsen Styresystemer og tjenester 34