Slidy prvni_cast

na v souvislosti s klienty
,,Tlust´y‘‘ (fat) klient:
Znaˇcn´a spotˇreba lok´aln´ıch zdroj˚u (CPU, pamˇet’, disk)
Komplexn´ı proveden´ı i instalace
Pˇr´ıklad: Mozilla
,,Tenk´y‘‘ (thin) klient:
Jednoduˇsˇs´ı
Snadn´a spr´ava
Menˇs´ı ˇsk´alovatelnost (pˇr´ıliˇs mnoho pr´ace dˇel´a server)
Zpravidla vyˇsˇs´ı n´aroky na propustnost s´ıtˇe
PB001 70 Podzim 2002
Middleware
,,Zkratka‘‘ v r´amci protokol˚u
Komunikace pˇr´ımo na vyˇsˇs´ı abstraktn´ı ´urovni
Realizuje jednu (RPC) nebo v´ıce (DCE) funkc´ı
PB001 71 Podzim 2002
Middleware – pˇr´ıklady
Primitivn´ı: pˇrenos soubor˚u
Z´akladn´ı: RPC (Remote Procedure Call)
Integrovan´e: DCE (Distributed Computing Environment)
Distribuovan´e objektov´e sluˇzby: CORBA, OGSA (Open Grid
Service Architecture)
PB001 72 Podzim 2002
CORBA
Common Object Request Broker Architecture
Z´akladem ORB: vrstva, kter´a zprostˇredkov´av´a komunikaci
(middleware pro middleware)
Kompomenty:
Rozhran´ı (ˇretˇezce)
Pojmenov´an´ı (naming service)
,,Obchodn´ı‘‘ sluˇzba (trader)
PB001 73 Podzim 2002
Mobiln´ı syst´emy
Inherentnˇe distribuovan´e
ˇCasto klient-server model
Tenc´ı i tlust´ı klienti
Kompromis mezi v´ykonem a propustnost´ı s´ıtˇe/pˇripojen´ı
Konvergence
Od notebook˚u po mobiln´ı telefony
PB001 74 Podzim 2002
N´avrh – principy
efektivita
robustnost
flexibilita
pˇrenositelnost
kompatibilita
PB001 75 Podzim 2002
Efektivita
Maxim´aln´ı vyuˇzit´ı dostupn´ych zdroj˚u
Pouˇzit´ı jednoduch´ych a jasn´ych princip˚u
Dekompozice n´avrhu
Objektovˇe orientovan´y n´avrh (pozor na pˇr´ıliˇsnou fragmentaci)
Agenti
Komponentn´ı programov´an´ı
PB001 76 Podzim 2002
Robustnost
Schopnost ´uspˇeˇsnˇe se vzpamatovat po v´ypadku
ˇReˇseno redundanc´ı (standardn´ı inˇzen´yrsk´e ˇreˇsen´ı): sniˇzuje
ovˇsem pozorovanou efektivitu
Prvn´ı v´yzkum v ˇCR koncem 50. a zaˇc´atkem 60. let (Ing. Svoboda)
Bˇeˇzn´e trojn´asobn´e jiˇstˇen´ı (napˇr. ˇr´ıd´ıc´ı poˇc´ıtaˇce atomov´ych ponorek USA)
V souˇcasn´e dobˇe z´ajem o self-healing programy
PB001 77 Podzim 2002
Flexibilita
Moˇznost ´upravy (adaptace] podle zmˇenˇen´ych potˇreb
ˇCasto pouˇz´ıv´ana ve v´yznamu rozˇsiˇritelnost (extenzibilita)
Definuje a fixuje se r´amec (framework)
Pˇrid´an´ı nov´e sloˇzky bez zmˇeny r´amce snadn´e
Pˇr´ıpadnˇe hierarchie r´amc˚u (pˇrid´an´ı ˇci modifikace nov´eho r´amce)
PB001 78 Podzim 2002
Pˇrenositelnost
´Uzce souvis´ı s operaˇcn´ımi syst´emy
Dostateˇcn´a abstrakce detail˚u
Virtu´aln´ı ,,disk‘‘ nam´ısto konkr´etn´ıho zaˇr´ızen´ı
Programy ps´any bez odkaz˚u na speci´aln´ı vlastnosti
Vyuˇzit´ı standard˚u
Opˇet moˇzn´y rozpor s poˇzadavkem efektivity
PB001 79 Podzim 2002
Kompatibilita
Odst´ınˇen´ı specifick´ych detail˚u
Vyuˇzit´ı standard˚u
Efektivita?
PB001 80 Podzim 2002
Extern´ı poˇzadavky (na funkcionalitu OS)
Stejn´y (podobn´y) hw a r˚uzn´e priority
Server: napˇr. stabilita, bezpeˇcnost, propustnost
Pracovn´ı stanice: napˇr. snadnost ovl´ad´an´ı, rozumn´y v´ykon ve vˇsech
oblastech
Specializovan´a grafick´a stanice: maximalizace grafick´eho v´ykonu
ˇR´ıd´ıc´ı syst´em: poˇzadavky real-time, robustnost,
PB001 81 Podzim 2002
Bezpeˇcnost
Sniˇzuje snadnost pouˇzit´ı
Klade dodateˇcn´a omezen´ı na uˇzivatele (disciplina)
Vˇetˇs´ı n´aroky na spr´avu syst´emu
Srovn´an´ı: MS Windows 95 versus MS Windows NT
PB001 82 Podzim 2002
Klasifikace OS
Monolitick´y
Vrstven´y
Modul´arn´ı
mikro-kernel
PB001 83 Podzim 2002
Monolick´y OS
P˚uvodn´ı operaˇcn´ı syst´emy (propriet´arn´ı)
Abstrakce nepouˇz´ıv´ana pˇr´ıliˇs dovnitˇr
Nejasn´e rozliˇsen´ı funkc´ı uvnitˇr operaˇcn´ıho syst´emu
uvVelk´e, ˇspatnˇe rozˇsiˇriteln´e, ˇspatnˇe udrˇzovateln´e
Poplatn´e dobˇe pomalejˇs´ıho v´yvoje hardware a jeho vysok´e ceny
PB001 84 Podzim 2002
Vrstven´y OS
Vrstvy odpov´ıdaj´ı proces˚um spr´avy:
Spr´ava CPU
Spr´ava pamˇeti
Spr´ava periferi´ı
Spr´ava syst´emu soubor˚u
Lepˇs´ı abstrakce
Komunikace mezi vrstvami
PB001 85 Podzim 2002
Modul´arn´ı OS
Moduly nam´ısto vrstev
Zapouzdˇren´ı (enkapsulace) funkc´ı
Komunikace mezi moduly
Pˇr´ıbuzn´y objektov´emu pˇr´ıstupu
Lepˇs´ı ´udrˇzba
Riziko vzniku ,,fatware‘‘
PB001 86 Podzim 2002
Kernel operaˇcn´ıho syst´emu
Kernel, t´eˇz j´adro operaˇcn´ıho syst´emu:
Z´akladn´ı sloˇzka operaˇcn´ıho syst´emu
Odpov´ıd´a za:
Alokaci a spr´avu zdroj˚u
Pˇr´ım´e ovl´ad´an´ı hardware (n´ızko´urovˇnov´e interfaces)
Bezpeˇcnost
Mikrokernel:
Mal´e je pˇekn´e
Modul´arn´ı pˇr´ıstup, mal´e moduly odpov´ıdaj´ıc´ı za konkr´etn´ı operace
ˇRada funkc´ı aˇz v uˇzivatelsk´em prostoru
Vysoce flexibiln´ı, upraven´ı operaˇcn´ıho syst´emu podle potˇreby
PB001 87 Podzim 2002
Aplikaˇcn´ı programov´a rozhran´ı (API)
Definuj´ı zp˚usob (,,calling conventions‘‘) pˇr´ıstupu k operaˇcn´ımu
syst´emu a dalˇs´ım sluˇzb´am
Definov´ano na ´urovni zdrojov´eho k´odu
Pˇredstavuje abstrakci volan´e sluˇzby
´Uˇcel:
Pˇrenositelnost
Snadn´a spr´ava k´odu
Dalˇs´ı pouˇzit´ı
Pˇreklad mezi sluˇzbami vysok´e a n´ızk´e ´urovnˇe
Pˇrevod typ˚u/struktury parametr˚u
Pˇrevod mezi zp˚usoby pˇred´av´an´ı parametr˚u (by-value a by-reference)PB001 88 Podzim 2002
API – pˇr´ıklady
Pr´ace se soubory:
Otevˇren´ı: int open(char *path, int oflag, ...)
ˇCten´ı: int read(int fildes, char *buf, unsigned nbytes)
Z´apis: int write(int fildes, char *buf, unsigned nbytes)
Zavˇren´ı: int close(int fildes)
Pr´ace s pamˇet´ı:
Alokace pamˇeti: void *malloc(size t size)
Uvolnˇen´ı pamˇeti: void free(void *ptr)
Zmˇena alokace: void *realloc(void *ptr, size t size)
PB001 89 Podzim 2002
Periferie z pohledu (modul´arn´ıho) OS
Ovladaˇce na nejniˇzˇs´ı ´urovni (,,nejbl´ıˇze‘‘ hardware)
Specifick´e ,,jazyky‘‘ ovl´ad´an´ı periferi´ı na t´eto ´urovni
Pr´ace se sign´aly (napˇr. zmˇena stavu periferie)
Pˇr´ıklady
Pr´ace s diskem
Ovl´ad´an´ı kl´avesnice a myˇsi (ˇcten´ı sign´al˚u)
Grafika a ovl´ad´an´ı grafick´ych rozhran´ı
S´ıt’ov´e karty
PB001 90 Podzim 2002
Periferie – pohled ,,shora‘‘
Zpˇr´ıstupnˇeny prostˇrednictv´ım pˇr´ısluˇsn´eho API
Abstrakce: moˇznost v´ymˇeny konkr´etn´ıho zaˇr´ızen´ı (disk, s´ıt’ov´a
karta) bez vlivu na zp˚usob pouˇzit´ı
Pˇr´ıznaky a kl´ıˇce pro ovl´ad´an´ı specifick´ych vlastnost´ı:
pˇrenositelnost versus efektivita
PB001 91 Podzim 2002
Syst´em soubor˚u
Z´akladn´ı funkce:
Vytvoˇren´ı souboru
ˇCten´ı a psan´ı z/do souboru
Odstranˇen´ı (smaz´an´ı) souboru
Spuˇstˇen´ı souboru (soubor=program)
Podpora na ´urovni operaˇcn´ıho syst´emu
PB001 92 Podzim 2002
Struktura syst´emu soubor˚u
Hierarchick´e syst´emy:
Koˇren (root)
Adres´aˇre jako speci´aln´ı typ (meta)souboru: drˇz´ı informace o souborech,
nikoliv jejich vlastn´ı data
Datab´azov´e syst´emy:
Soubory (nebo jejich ˇc´asti) jako poloˇzka v datab´azi
Bohatˇs´ı mnoˇzina operac´ı
Sloˇzitˇejˇs´ı implementace
PB001 93 Podzim 2002
Struktura soubor˚u
Posloupnost byt˚u – vnitˇrn´ı struktura pro OS nezn´ama
Posloupnost z´aznam˚u (records)
Strom – kaˇzd´y uzel m´a vlastn´ı kl´ıˇc
PB001 94 Podzim 2002
Typ a pˇr´ıstup
Typy soubor˚u (v UNIXov´em OS)
ˇR´adn´e: bˇeˇzn´e soubory
Adres´aˇre: udrˇzen´ı hierarchick´e struktury
Speci´aln´ı: pˇr´ıstup ke konkr´etn´ımu zaˇr´ızen´ı (/dev/mouse, /dev/audio,
/dev/lp); speci´aln´ı /proc syst´em
Blokov´e: n´ahodn´y pˇr´ıstup na z´akladn´ı ´urovni (/dev/hd, /dev/kmem)
Pˇr´ıstupov´e metody; pˇr´ıklady:
Sekvenˇcn´ı
N´ahodn´y (random)
Indexsekvenˇcn´ı (nen´ı v bˇeˇzn´em UNIXu)
PB001 95 Podzim 2002
Struktura na disku
Moˇzn´e typy
Souvisl´e
souvisl´e posloupnost blok˚u (sloˇzit´a alokace, pl´ytv´an´ı m´ıstem)
Prov´azan´y seznam:
kaˇzd´y blok odkazuje na dalˇs´ı (m˚uˇze r˚ust, vyˇsˇs´ı reˇzie – pro ukazatel,
sloˇzit´y n´ahodn´y pˇr´ıstup)
Indexov´e:
Napˇr. FAT (File Allocation Table) v MS DOSu
Tabulka pro vˇsechny bloku na disku
Prov´az´any odkazem na dalˇs´ı blok dan´eho souboru
inodes
PB001 96 Podzim 2002
Struktura – inodes
Podobn´e indexov´emu
Pevn´a d´elka tabulky pro kaˇzd´y soubor
Kratˇs´ı soubory adresov´any pˇr´ımo
Pro delˇs´ı soubory alokov´ana dalˇs´ı tabulka
Tabulky prov´az´any hierarchicky (1., 2. a 3. ´uroveˇn)
Flexibiln´ı, mal´a reˇzie
PB001 97 Podzim 2002
Voln´e bloky
V tabulce
Bitov´y vektor
Prov´azan´y seznam
Vˇetˇsinou zpracov´av´any podle FCFS (First Come First Served)
PB001 98 Podzim 2002
Vyrovn´avac´ı pamˇet’
Obecnˇe pˇr´ıstup pro skryt´ı zpoˇzdˇen´ı (latence)
Nejˇcastˇeji pouˇz´ıvan´e bloky/soubory uloˇzeny v pamˇeti
Pouze pro ˇcten´ı (snazˇs´ı) nebo i pro z´apis
Probl´em: konzistence pˇri pˇr´ıstupech/z´apisech z v´ıce m´ıst
Z´akladn´ı typy
Write-through: okamˇzitˇe po z´apisu i na disk
Write-back: aˇz po urˇcit´e dobˇe (30 s)
PB001 99 Podzim 2002
Ochrana soubor˚u
Z´akladn´ı operace:
ˇcten´ı, z´apis (vˇcetnˇe vytvoˇren´ı), smaz´an´ı, prodlouˇzen´ı a spuˇstˇen´ı souboru
Ochrann´e dom´eny:
Skupina, kter´a m´a stejn´a pr´ava
Napˇr.: J´a, moji pˇr´ıtel´e, ostatn´ı
Statick´e versus dynamick´e
UNIX: user—group—other
PB001 100 Podzim 2002
ˇR´ızen´ı pˇr´ıstupu k soubor˚um
Access Control List, ACL (seznamy pˇr´ıstupov´ych opr´avnˇen´ı);
pˇripojen ke kaˇzd´emu souboru
Z´akladn´ı (z UNIXov´ych syst´em˚u):
r: ˇcten´ı souboru (ˇcten´ı obsahu adres´aˇre)
w: z´apis souboru (vˇcetnˇe vytvoˇren´ı)
x: spuˇstˇen´ı (sestoupen´ı do podadres´aˇre)
Pln´e ACL: v´ıce pr´av, dynamick´a pr´ace se skupinami
Capability List, CL
Uspoˇr´ad´an´ı podle dom´en, nikoliv podle soubor˚u
Vhodn´e pro distribuovan´e syst´emy
Schopnost (capability) tj. pr´ava pˇr´ıstupu patˇr´ı procesu a ten je m˚uˇze
pˇred´avat dalˇs´ım proces˚umPB001 101 Podzim 2002
Ochrana pˇr´ıstupu uvnitˇr OS
Kernel a uˇzivatelsk´y prostor
Oddˇelen´ı na hw ´urovni
Kaˇzd´a str´anka nˇekomu patˇr´ı
Pouze kernel m´a pˇr´ıstup k hardware
Kontroluje pr´ava pˇr´ıstupu
Obsluhuje zaˇr´ızen´ı (pro vˇsechny)
Garantuje serializaci pˇr´ıstupu
Uˇzivatelsk´e procesy pouˇz´ıvaj´ı vol´an´ı kernelu (j´adra)
PB001 102 Podzim 2002
Pˇr´ıstup k pamˇeti
Pˇr´ısluˇsnost virtu´aln´ıch str´anek k procesu
V´ypadek str´anky: nepovolen´y pˇr´ıstup
Ochrana
Mezi procesem a j´adrem
Mezi procesy
Uvnitˇr procesu
PB001 103 Podzim 2002
Pˇreruˇsen´ı
Operaˇcn´ı syst´emy obecnˇe reaguj´ı na ud´alosti (events)
Pˇreruˇsen´ı: mechanismus, jak pˇreruˇsit vykon´avanou pr´aci na
z´akladˇe extern´ı pˇr´ıˇciny (nˇejak´e ud´alosti)
Vyˇzaduj´ı hw podporu
Pˇr´ıklady
Pˇreruˇsen´ı od ˇcasovaˇce (pˇrepl´anov´an´ı proces˚u, timeout, . . . )
Pˇreruˇsen´ı od periferie (kl´avesnice, myˇs, s´ıt’ov´a karta, . . . )
Pˇreruˇsen´ı z procesoru (dˇelen´ı nulou, chybn´a operace, . . . )
PB001 104 Podzim 2002
Pˇreruˇsen´ı a jejich zpracov´an´ı
Obsluha pˇreruˇsen´ı realizov´ana v kernelu
Zajiˇstˇen´ı serializace
Bezpeˇcnost
Vyvol´a tzv. pˇrepnut´ı kontextu
Maskov´an´ı pˇreruˇsen´ı: doˇcasn´e a trval´e (ztr´ata
pˇreruˇsen´ı/ud´alosti)
Alternativou tzv. polling (opakovan´e dotazov´an´ı)
Zamˇestn´av´a procesor
M˚uˇze z˚ustat v uˇzivatelsk´em prostoru (viz d´ale)
PB001 105 Podzim 2002