Technologia Systemów Operacyjnych w Programowaniu

Systemy Operacyjne - Podsumowanie

• Systemy operacyjne (SO) to oprogramowanie zarządzające zasobami komputera, umożliwiające uruchamianie i koordynację programów.
• SO definiują interfejs między użytkownikiem a sprzętem i pozwalają na zarządzanie zasobami systemowymi.
• Istnieją różne typy systemów operacyjnych o różnej funkcjonalności i przeznaczeniu.

Historia Systemów Operacyjnych

• Wczesne systemy operacyjne skoncentrowane były na zarządzaniu danymi wejściowymi i wyjściowymi oraz obsłudze urządzeń.
• Space Travel (1969) - początek rozwoju systemów operacyjnych, początki UNIX.
• 1974: pojawienie się CP/M
• 1981: pojawienie się MS-DOS
• Inne ważne lata to: GNU,SCO Unix, i wiele innych
• Współczesne systemy (UNIX, Linux, Windows NT, Android) to rozwinięte systemy wszechstronne, zróżnicowane według przeznaczenia, ale nadal utrzymują pewne wspólne cechy.

Podział Systemów Operacyjnych

• Superkomputery, mainframes i systemy rozproszone
• Serwery
• Desktop
• Handhelds
• Systemy czasu rzeczywistego (real-time – RTOS)
• Embedded (wbudowane – np. w urządzeniach typu ATM, samochodowych)

Co to jest system operacyjny?

• Warstwa abstrakcyjna pomiędzy użytkownikiem a sprzętem.
• Zarządza zasobami komputerowymi (CPU, pamięć, urządzenia peryferyjne).
• Wirtualizuje platformę dla aplikacji.
• Wspiera wielozadaniowość, nawet ze jednym procesorem.
• Redukuje koszty programistów, poprzez gotowe rozwiązania.

Systemy operacyjne dla jednego mikrokontrolera (µC)

• Często oprogramowanie bez systemu operacyjnego
• Aplikacja przejmująca całkowitą kontrolę nad urządzeniem
• Mogą mieć system operacyjny czasu rzeczywistego (RTOS)
• Zaletą jest lepsza efektywność w pracy i elastyczność w środowisku

A co z urządzeniami „smart”?

• Szybki rozwój rynku urządzeń
• Są pośrednie w zastosowaniu pomiędzy komputerami a mikrokontrolerami
• Smartfony, PDA, Tablety, Netbooki, czytniki ebooków oraz różne „centra rozrywki”
• Czujniki w domach, samochody i inne inteligentne urządzenia z wykorzystaniem mocnych mikroprocesorów
• Idealne dla mobilnych aplikacji

PDA, G1, BeagleBoard

• Są to urządzenia z różnym zastosowaniem
• Posiadają podobne cechy
• Jeden GHz procesor, 256-512 MB RAM
• Interfejsy: internet, USB i wideo
• Preinstalowany system operacyjny, chociaż różny
  • PDA - Windows Mobile 5.0
  • G1 - Android 1.6
  • BeagleBoard - uproszczona wersja Linuxa

Środowisko Programowania dla PDA

• Microsoft Visual Studio 2022 (toolkit dla Windows CE)
• Nowe platformy wymagają C#/.NET
• Prosty w użyciu wywołanie API
• Dostępne emulatory dla PDA

Środowisko Programowania dla Android

• Darmowe Android Studio IDE
• Darmowe Android SDK
• Wbudowane emulatory różnych urządzeń (możliwość utworzenia własnych)
• Łatwe debugowanie aplikacji
• Obsługa języków programowania: Java/Kotlin,

BeagleBoard xM

• Różne systemy operacyjne (w tym wiele dystrybucji Linuxa, QNX, Windows CE)
• Środowisko programistyczne dopasowane do wybranego systemu
• Brak pamięci flash, wczytywanie z karty microSD
• 1 GHz CPU, 512 MiB RAM, DSP do przetwarzania mediów
• Grafikę 2D/3D
• Relatywnie niskie koszty dla hobbystów

ProcesorExpert i CodeWarrior

• Łatwe użycie MCU
• Większość konfiguracji odbywa się automatycznie
• Generowane jest kod do inicjalizacji CPU z ustawieniami peryferii
• Możliwość konfiguracji zegara i częstotliwości

Mrugające diody – Podejście pierwsze

• 4 diody podłączone do portów PORTLD
• Sterowanie jako 4-bitowy wektor
• LED_PutVal, LED_NegBit, są funkcjami do obsługi komponentów
• Użycie funkcji sleep(ms) do czekania

Timer i przerwanie – Podejście drugie

• Timer (PITO, TimerInt, TI1) z ustawieniem 100ms okresu przerwania
• Wprowadzenie kodu do obsługi przerwań w funkcji TI1_OnInterrupt()

Mrugające diody – Podejście czwarte

• Podstawowe parametry zadań (np. wielkość stosu) przechowywane są w strukturze inet taskinfo

RTOS

• System operacyjny czasu rzeczywistego (Real-Time System – RTS)
• Wyniki i efekty działania zależą od dokładnego momentu.
• Funkcja zysku (zysk z realizacji zadania) zależy przede wszystkim od czasu.
• Hard Real-Time - czas odpowiedzi znany i nieprzekraczalny.
• Soft Real-Time - celem jest jak najszybsza odpowiedź, ale bez gwarancji terminu.

Planista (task scheduler) w SO (Real-time)

• Zadanie (ang. Task) – podstawowy element programu
• Zdarzenia mogą pochodzić od zegara, zadań, sygnałów wejściowych lub wyjściowych
• Algorytm szeregowania decyduje o tym, któremu procesowi przydzielić procesor i na jak długo

Planista Time-driven, Priority-driven, Share-driven

• Różne podejścia do szeregowania zadań w real-time systemach

freeRTOS

• Popularne i małe jądro RTOS
• Łatwe do użycia i konfiguracji
• Stosowany w różnych urządzeniach

Używać czy nie używać SO na µC

• Zależy od charakteru aplikacji i sprzętu.
• Zastosowanie SO może przyspieszyć portwanie aplikacji

Win32 API

• Obsługa kompatybilności z innymi systemami Windows
• Szerokie standardowe API dla programistów
• Obsługuje wiele procesów i wątków

WinAPI i C#/ .NET DLL

• Platforma .NET z zestawem funkcji dla WinAPI
• Umożliwia dynamiczne importowanie funkcji WinAPI do aplikacji
• Kompilacja i importowanie kodu DLL do aplikacji

Katalogi w Linuksie

• /etc - pliki konfiguracyjne
• /dev - pliki reprezentujące urządzenia
• /proc - pliki dla struktury jądra
• /var - pliki systemowe i aplikacyjne
• /usr - pliki użytkowników
• /sbin - aplikacje systemowe
• /bin - komendy systemowe

Linux - prawa dostępu

• chmod - zarządzanie prawami do plików
• chown - zmiana właścicieli i grup plików

Linux - montowanie FS

• /etc/fstab - konfiguracja montowania systemów plików
• /etc/mtab - lista aktualnie zamontowanych systemów plików
• Punkty montowania (/sys, /proc, /dev) - specjalne punkty dla urządzeń

Linux - /proc

• Dostęp do jądra i parametrów przez pliki
• Wirtualne pliki, nie istniejące na dysku
• Modyfikacja plików zmienia parametry jądra

Linux - i-węzeł

• Opis każdego pliku, obejmujący atrybuty, rozmieszczenie danych w klastrach, ilość odwołań itp.
• Sposób organizacji i zarządzania plikami w systemie Linux

Linux - Twarde dowiązania (Hard links)

• Ułatwiają wielokrotne odwołanie do tego samego pliku w różnych lokalizacjach

Linux - Symboliczne dowiązania (Symbolic links)

• Łatwy sposób referencji innego pliku, np. w momencie gdy plik źródłowy zostanie przeniesiony, usunięty.

Android

• System z rodziny Linuxa, ale z modyfikacjami
• Przeznaczony dla jednego użytkownika
• Posługiwanie się językiem Java/Kotlin
• API (Application Programming Interface) do tworzenia aplikacji
• Wirtualna maszyna Javy i architektura ART

Android - system plików

• Pierwsza partycja dla rootfs, zawierająca kopie plików systemowych
• /system - aplikacje, pliki konfiguracyjne
• /data - dane i pliki konfiguracyjne
• /cache - pliki tymczasowe.

Android - aplikacja w systemie Android i jej życie

• Etapy "życia" aplikacji
• Opisuje różne etapy działania aplikacji w androidzie (onCreate, onStart etc)
• Zależność od priorytetów i zasobów systemowych

Ten quiz sprawdza wiedzę na temat technologii systemów operacyjnych oraz ich zastosowań w programowaniu. Obejmuje takie zagadnienia, jak wirtualizacja, różne platformy sprzętowe oraz programowanie w językach C i Java. Przygotuj się na różnorodne pytania związane z tymi tematami.