Urządzenia i systemy operacyjne

Systemy Operacyjne - Wprowadzenie

• Systemy operacyjne (SO) to oprogramowanie zarządzające systemem komputerowym, tworzące środowisko do uruchamiania i kontroli zadań.
• SO oddzielają użytkownika od sprzętu komputera.
• SO poprawiają efektywność programistów i jakość kodu poprzez wielokrotne wykorzystywanie komponentów, sterowników i bibliotek.
• SO zarządzają zasobami komputera, takimi jak pamięć, procesor i urządzenia we/wy.

Historia systemów operacyjnych

• Wczesne systemy operacyjne nie miały takich funkcjonalności jak współdzielenie zasobów czy wielodostęp.
• Współcześnie SO zapewniają wiele procesów, które działają jednocześnie, a także kontrolują urządzenia peryferyjne.
• Współczesne SO to np. Windows, macOS, Linux, Android.
• Są różne rodzaje SO, np. dla superkomputerów, serwerów, desktopek czy urządzeń mobilnych.
• Różnią się one funkcjonalnością, wielkością, wymaganiami sprzętowymi i aplikacjami.

Podział systemów operacyjnych

• SO dla superkomputerów, mainframes i systemy rozproszone.
• SO dla serwerów.
• SO dla desktopow.
• SO dla urządzeń podręcznych (handheld).
• SO czasu rzeczywistego (RTOS).
• SO wbudowane (embedded).

Budowa systemu operacyjnego

• Jądro (kernel) - podstawowa część systemu operacyjnego, która jest odpowiedzialna za wszystkie jego zadania.
• Warstwa abstrakcyjna - warstwa pomiędzy użytkownikiem i sprzętem, skrywanie szczegółów sprzętowych.
• Manager zasobów komputera.
• Wirtualna platforma dla aplikacji.

System operacyjny dla jednego mikrokontrolera

• Mikrokontrolery mogą być oprogramowane bez systemu operacyjnego.
• Oprogramowanie aplikacji może mieć pełną kontrolę nad urządzeniem.
• Systemy operacyjne czasu rzeczywistego (RTOS) to inaczej systemy dla mikrokontrolerów.

Środowisko programowe dla PDA

• Microsoft Visual Studio 2022 – może współpracować ze środowiskami programistycznymi dla PDA.
• Różne platformy (WM 5, WM 6) – nowsze platformy wymagają konkretnych środowisk.
• MSDN AA (Microsoft Developer Network Academic Alliance) - do tworzenia aplikacji, często bezpłatne.
• Emulatory urządzeń – ułatwiają testowane aplikacji na PDA lub SmartPhones.

Środowisko programowe dla urządzeń z Androidem

• Darmowe Android Studio IDE – zintegrowane środowisko programistyczne (IDE) dla Androida.
• Darmowe Android SDK (Software Development Kit) – zestaw narzędzi do tworzenia aplikacji na Androida, np. biblioteki.
• Wbudowane emulatory – ułatwiają testowanie aplikacji na urządzenia mobilne.

Beagle Board xM

• Wiele portów systemów operacyjnych, w tym wiele dystrybucji Linuxa, QNX, Windows CE, Android i Symbian.
• Środowisko do tworzenia kodu programistycznego.
• Brak pamięci Flash i bootloader - od razu z karty SD.
• Możliwość przetwarzania mediów 2D/3D.
• Relatywnie niskie ceny.

IMX53QSB (Freescale → NXP)

• Wiele portów systemów operacyjnych, w tym wiele dystrybucji Linuksa, Windows7 mobilny, Android, ...
• Środowisko do tworzenia kodu programistycznego.
• Brak pamięci Flash i bootloader - od razu z karty SD.
• Możliwość przetwarzania mediów 2D/3D.
• Relatywnie niska cena.

Raspberry PI 3 model B

• Wiele portów systemów operacyjnych, w tym wiele dystrybucji Linuksa, Windows7 mobilny, Android, ...
• Środowisko do tworzenia kodu programistycznego.
• Brak pamięci Flash i bootloader - od razu z karty SD.
• Możliwość przetwarzania mediów 2D/3D.
• Relatywnie niska cena.

Wirtualizacja

• Możliwość zainstalowania wielu systemów operacyjnych na jednym komputerze.
• Bezpieczeństwo danych w przypadku błędów.
• Możliwość przerwania i kontynuowania pracy z procesami.
• Umożliwia eksperymentowanie z różnymi systemami operacyjnymi na jednym komputerze.

Programowanie w C (ANSI C)

• Dostępny system dla większości (albo wszystkich) platform.
• De facto standard w UNIXie i Linuxie.
• Język wysokiego poziomu, jednak szybki i elastyczny.
• Duża ilość kodu źródłowego.
• Część kerneli SO i systemów plików jest napisana w C.
• Nieco trudna składnia.

Podstawowe składowe systemu operacyjnego

• Jądro(kernel)
• Użytkownik
• Aplikacje
• Narzędzia(tools)
• Pamięć
• Sterowniki, interfejsy
• Warstwy abstrakcji

System operacyjny Android

• Jest systemem dla jednej osoby, z rodziny Linuxa, dla systemów wbudowanych.
• System rozbudowany w wielu aspektach, np. wirtualna maszyna Javy.
• Posługuje się API dla komunikacji w systemach.

Linux — shell

• Tradycyjny interfejs wiersza poleceń (CLI) dla systemów Unix i podobnych.
• Program pośredniczący między jądrem/bibliotekami systemu operacyjnego a użytkownikiem.
• Najczęstsze to Bourne shell (sh), C shell (csh), Bourne-Again shell (bash), ksh, busybox.
• Katalog /etc/shells zawiera listę dostępnych shells.

Linux — procesy

• Proces to uruchomiona instancja pliku wykonywalnego z dysku.
• System operacyjny (SO) alokuje zasoby (np. pamięć, procesor), do działania procesu.
• System może zatrzymać wykonywanie procesu w dowolnym momencie i uruchomić inny, np. przez przełącznik zadań.

Linux — zarządzanie pamięcią

• Proces ładowany i wyładowywany z pamięci.
• Proces ma swoje wymagania dotyczące pamięci.
• Segmentacja wprowadza parametr (adres bazowy) dla procesu.
• Fizyczny adres może być wykorzystywany, lecz musi być ciągły dla każdego procesu.
• Stronicowanie (Paging): fizyczna pamięć dzielona na bloki (strony), MMU (Memory Management Unit) tłumaczy fizyczne adresy na wirtualne adresy procesu.
• Stronicowanie z wymianą (swapping): część pamięci, mało wykorzystywana, umieszczona poza RAM (HDD).

Linux — procesy i sygnały

• Procesy wykonywane w tle (np. ./skompilowany_program &).
• Wysyłanie sygnałów STOP do procesu (Ctrl+Z).
• Funkcje do zawieszenia, zatrzymania lub zakończenia działań procesu (np. kill).
• Procesy zarządzane przez system wraz z ich sygnałami.
• Dostęp do urządzeń w Linuxie.

Linux — system plików

• Wszystko jest plikiem (urządzenia, procesy, itp.).
• Katalogi (directories) – zbiór rekordów.
• Prawa dostępu dla plików i katalogów – ich właściciel, grupa i dostęp dla innych osób.
• Symboliczne (soft) i twarde (hard) dowiązania – linki między plikami i katalogami w systemie plików.
• Procedury montowania systemów plików (np. /etc/fstab).
• Tablica partycji (MBR) – opis partycji na dysku.

Linux — i-węzły

• Reprezentuje plik (nie jego nazwę!), informacje o pliku/katalogu.
• Informacje o danym pliku/katalogu z ich atrybutami.
• Dostęp do i-węzła, kasowanie i informacje o dowiązaniach.
• Struktura i-węzła: bezpośrednie i pośrednie wskaźniki do bloków danych.

Linux – /proc

• Historycznie wprowadzony do Unixa - „Proces jako plik”.
• Dostęp do jądra i parametrów poprzez pliki.
• Czysty sposób reprezentowania plików wirtualnie, bez dysku.

Linux – montowanie systemu plików

• Katalog /etc/fstab – zawiera konfigurację dla montowania systemów plików.
• Katalog /etc/mtab – zawiera listę aktualnie zamontowanych systemów plików.

Komunikacja z urządzeniami I/O w Linux

• Odczyt i zapis plików (np. urządzeń) w Linuxie.
• Użycie funkcji open, read, write, close.
• Przykłady użycia I/O poprzez przekierowanie standardowego wyjścia.

Android

• Android to system operacyjny z rodziny Linuxów przeznaczony dla urządzeń mobilnych i wbudowanych.
• Aplikacje w systemie Android napisane w Javie (API).
• Ma wirtualną maszynę Javy, czyli Dalvik, do uruchamiania aplikacji.

Sprawdź swoją wiedzę na temat różnych urządzeń elektronicznych oraz ich kluczowych cech. Dopasuj odpowiednie typy portów, systemy operacyjne, narzędzia programistyczne i inne istotne atrybuty. Ten quiz pomoże Ci zrozumieć złożoność współczesnych technologii.