Systemy Operacyjne - Podstawy i Problemy

Planista, w którym priorytety zadań są dynamicznie zmieniane w zależności od sytuacji. Przykładowo, w sterowaniu maszyną, zadania krytyczne (np. zatrzymanie w sytuacji awaryjnej) mają najwyższy priorytet.

Planista DPS jest używany w systemach czasu rzeczywistego, zarówno miękkiego (soft real-time), jak i twardego (hard real-time).

Planista, w którym zadania dzielą zasoby systemowe w sposób proporcjonalny do ich wymagań. Nie opiera się na sztywnych priorytetach czy interwałach czasowych. Algorytmy optymalizują podział zasobów, aby wszystkie zadania korzystały z nich sprawiedliwie.

Przykład zastosowania planisty Share-driven to przydzielanie pasma w sieci komputerowej. Każde zadanie (np. przesyłanie danych) otrzymuje odpowiedni "udział" pasma.

Planista Share-driven jest stosowany w systemach, gdzie zasoby są współdzielone między wieloma zadaniami, np. w systemach multimedialnych lub aplikacjach działających na serwerach.

Pozwala na łatwe dodawanie nowych funkcji i sterowników bez potrzeby rekompilacji całego jądra.

Komponenty systemu są izolowane w różnych procesach, dzięki czemu awaria jednego nie wpływa na inne.

Umożliwia wymianę danych między serwerami, aplikacjami i mikrojądrem. Serwer to oddzielny proces.

Odpowiedzialne za obsługę funkcji systemowych, takich jak zarządzanie plikami, obsługa urządzeń, czy stos sieciowy.

Wykonuje tylko podstawowe funkcje systemowe, takie jak przełączanie kontekstu, komunikacja IPC i zarządzanie przerwaniami.

Każdy błąd w kodzie jądra może spowodować awarię całego systemu.

Jądro jest bardziej stabilne, ponieważ funkcje systemowe są izolowane od siebie.

Mikrojądro koncentruje się na minimalizacji kodu w trybie jądra, co czyni go bardziej bezpiecznym.

Wewnątrz NT i XP OS, Win32 jest główną częścią odpowiedzialną za interakcję z programem i systemem.

POSIX.1 to interfejs API (Application Programming Interface) dedykowany dla systemów Unix. Jest dostępny w NT i XP.

OS/2 API było pierwotnie planowane jako standard dla Windows NT, ale ostatecznie Win32 wygrało ze względu na popularność Windows 3.x. OS/2 został usunięty z XP.

Interix to technologia wspierająca POSIX w Windows NT i XP.

W Windows NT i XP, POSIX i Win32 działają jako warstwy użytkownika (user-mode), nad rdzeniem systemu.

HAL to warstwa abstrakcji sprzętowej (Hardware Abstraction Layer). Jest ona odpowiedzialna za adaptację kodu systemu do specyfiki procesora.

Wsparcie dla języków w XP, NLS (National Language Support) ułatwia integrację różnych języków w jednym systemie.

XP był zaprojektowany z myślą o wieloźródłowych procesorach (SMP - symmetrical multiprocessing).

Wirtualny system plików w Linuksie, dostępny pod katalogiem /proc. Zawiera informacje o procesach, jądrze i parametrach systemowych. Dostęp do informacji następuje poprzez pliki, które są czysto wirtualne, nie istnieją fizycznie na dysku.

Identyfikator procesu (Process ID). Jest unikalnym numerem przypisanym każdemu procesowi uruchomionemu w systemie operacyjnym.

Plik w systemie plików /proc, który zawiera symboliczny link do bieżącego katalogu roboczego procesu.

Katalog w systemie plików /proc, który zawiera linki do otwartych plików przez proces.

Plik w systemie plików /proc, który zawiera informacje o stanie procesu.

Plik w systemie plików /proc, który zawiera informacje o mapowaniu pamięci procesu.

System plików, który jest używany przez Linuxa i inne systemy Uniksowe. Dane przechowywane są w blokach na dysku, a każdy plik jest reprezentowany przez i-węzeł.

Struktura danych w systemie plików ext, która zawiera kluczowe informacje o pliku. Nie zawiera nazwy pliku.

Komponent systemu operacyjnego, który zarządza przełączaniem procesora pomiędzy różnymi zadaniami, zapewniając płynne działanie wielu programów jednocześnie.

Możliwość wykonywania wielu zadań (wątków) w ramach jednego procesu. Wątki to lekkie jednostki wykonawcze, które dzielą przestrzeń adresową z innymi wątkami w tym samym procesie.

Możliwość bezpiecznego przerwania wykonywania procesu (przez wykonanie tego samego procesu od początku) a następnie powrócenie do jego kontynuacji. Proces może zostać wstrzymany (np. zapisując jego stan), aby inne zadania mogły być wykonywane, a następnie wznowiony, gdy procesor ponownie stanie się dostępny.

Możliwość powiększania systemu bez znacznego pogorszenia jego wydajności. System skalowalny łatwo dostosowuje się do zwiększonej ilości danych lub użytkowników.

Model jądra systemów operacyjnych, charakteryzujący się wysoką wydajnością dzięki umieszczeniu podstawowych funkcji w trybie jądra. Dodatkowe usługi realizowane są jako osobne moduły działające w trybie użytkownika.

Główna część systemu operacyjnego, zarządzająca wszystkimi jego zadaniami.

Minimalna część jądra systemu operacyjnego, odpowiedzialna za podstawowe funkcje, takie jak przełączanie kontekstu, obsługa przerwań i komunikacja między procesami.

Warstwa systemów operacyjnych, w której działają aplikacje użytkownika, w tym podsystemy, które odpowiadają za tłumaczenie żądań użytkownika na operacje rozumiane przez jądro.

W systemach wbudowanych, multitasking polega na zarządzaniu wieloma zadaniami za pomocą przerwań (interrupt). Każde przerwanie działa jak osobny blok kodu, który jest wykonywany w momencie wystąpienia zdarzenia, np. gdy timer osiągnie określoną wartość.

Przerwania są obsługiwane sekwencyjnie, jedno po drugim. Każde przerwanie jest wykonywane w całości przed rozpoczęciem kolejnego, o ile nie zostanie przerwane przez przerwanie o wyższym priorytecie.

Jeśli obsługa przerwania się zawiesi (np. wejdzie w nieskończoną pętlę), procesor pozostanie w tej funkcji, blokując obsługę innych przerwań, nawet tych o wyższym priorytecie. W rezultacie system może przestać działać poprawnie, a inne zadania nie będą mogły być wykonane.

Aby zapobiec blokowaniu obsługi przerwań, można wprowadzić limity czasowe (np. czasowe przerwania) dla obsługi przerwań, zminimalizować ilość pracy wykonywanej w funkcji obsługi przerwania lub zastosować system RTOS do monitorowania czasu obsługi zadań.

W systemach wbudowanych, gdy mechanizm przerwań nie jest poprawnie skonfigurowany, system może przestać działać zgodnie z założeniami, powodując tzw. "starvation" (głodzenie) innych zadań.

Każde przerwanie powoduje zapisanie kontekstu (stan rejestrów i inne dane) na stosie. Jeśli funkcja obsługi przerwania się zawiesi, procesor może nie zwolnić stosu, co powoduje jego przepełnienie, szczególnie jeśli pojawiają się kolejne przerwania.

Jeśli w systemie wbudowanym, przerwanie o wyższym priorytecie może przerwać przerwanie o niższym priorytecie, to nazywamy to preempcją.

W systemie z preempcją, nawet jeśli obsługa przerwania o niskim priorytecie się zawiesi, system nadal może obsługiwać przerwania o wyższym priorytecie. Jednak funkcja pętli głównej lub inne zadania systemowe mogą zostać zablokowane, ponieważ procesor stale przełącza się między przerwaniami, ignorując resztę kodu.