Системный уровень

251. Поясните многоуровневую систему привилегий операционной системы?

Нижним уровнем в таких системах обычно является hardware, верхним уровнем – интерфейс пользователя.

Чем ниже уровень, тем более привилегированные команды и действия может выполнять модуль, находящийся на этом уровне.

252. Что такое режим супервизора (supervisor) операционной системы?

Режим супервизора (Supervisor mode), как правило, называют наиболее привилегированный режим работы процессора.

253. Что такое режим гипервизора операционной системы?

Некоторые современные процессоры могут предоставлять дополнительный режим работы, известный как режим гипервизора (Hypervisor mode). Как правило, данный режим реализуется с целью поддержки технологий виртуализации на уровне аппаратного обеспечения.

254. Поясните назначение гипервизора в современных операционных системах?

Особенности и преимущества:

· Поддержка одно- и многоядерных процессоров на базе архитектуры Intel, PowerPC и др.;

· Интеграция с ОС VxWorks и Wind River Linux; поддержка сторонних ОС и конфигураций без ОС;

· Возможность назначения устройств виртуальным платам, защита памяти и пространства ввода/вывода между виртуальными платами;

· Виртуализированный доступ к устройствам (последовательные порты, сетевые адаптеры и т.д.);

· Гибкое управление виртуальными платами: динамический старт/останов/перезагрузка гостевых ОС;

· Удобное конфигурирование на основе XML; не требует перестроения гостевых ОС и приложений;

· Возможность построения систем на базе нескольких ОС непосредственно из среды разработки Wind River Workbench;

· Возможность отладки нескольких виртуальных плат по одному Ethernet-соединению; поддержка отладочных агентов для приложений VxWorks и Wind River Linux;

· Приоритетное планирование; поддержка квотирующих и нестандартных планировщиков;

· Высокоскоростной (на базе разделяемой памяти) протокол межзадачного взаимодействия между программными модулями, работающими на разных ядрах и под управлением различных ОС (MIPC - Multicore/multi-OS InterProcess Communication);

· Поддержка внутрисхемной отладки выбранной гостевой ОС или всей системы средствами Wind River Workbench On-Chip Debugging.

255. Что такое режим системного управления (System Management Mode) в современных операционных системах?

Режим системного управления (англ. System Management Mode, SMM) — режим исполнения на процессорах x86/x86_64, при котором приостанавливается исполнение другого кода (включая операционные системы и гипервизор), и запускается специальная программа, хранящаяся в SMRAM в наиболее привилегированном режиме.

256. Какой режим работы операционной системы называется пакетным?

Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

257. Какие операционные системы (ОС) называются ОС разделения времени?

ОС разделения времени - система обеспечивающая одновременное обслуживание многих пользователей, позволяет каждому пользователю взаимодействовать со своим заданием в режиме диалога.

258. Какие операционные системы (ОС) называются ОС реального времени?

ОС реального времени - данная система гарантирует оперативное выполнение запросов в течение заданного интервала времени.

259. Как работает функция управления подкачкой и буфером ввода в современных операционных системах?

Основная идея: в системе существует структура данных фиксированного размера (буферный пул - buffer pool). Ядро оптимизирует работу системы за счет снижений обращений к ВЗУ путем буферизации большинства операций ввода/вывода в буферном пуле (по аналогии с кэш-буфером ОЗУ). Этот буфер реализуется программно. За счет буферизации сглаживается несоответствие скоростей между ОП и ВЗУ.

Буферный пул представляет собой конечный набор буферов, который используется для кэширования блоков файлов в ОЗУ. Это позволяет оптимизировать работу ОС.

260. Как работает функция управления разделяемыми ресурсами в современных операционных системах?

Предположим, имеется два процесса, которые работают на общее пространство ОЗУ. У каждого процесса есть область ОЗУ, которая одновременно принадлежит и другому процессу. Здесь имеется целый букет проблем. При этом разделяемые ресурсы могут работать в разных режимах. Например, два процесса могут работать на разных машинах, но при этом могут быть связаны общим полем ОЗУ. В этом случае возникает проблема с буферизацией с работой памяти, так как на каждой из машин есть свои механизмы буферизации. И может возникнуть ситуация, когда состояние физической памяти не соответствует реальному ее содержимому. И возникают проблемы работы такой системы.

261. Что такое программная эмуляция прерывания в современных операционных системах?

Запуску или исполнению РМВ процесса может помешать внешнее прерывание. Если в целевой системе контроллер прерываний позволяет назначать определенные типы прерываний отдельным процессорам, то необходимо обеспечить изоляцию процессоров, на которых исполняются задачи РМВ, от обработки прерываний, не используемых процессами реального масштаба времени. Иначе это выполняется путем программной эмуляции в операционной системе.

262. Чем отличается процесс от программы?

Процесс (от лат. processus - продвижение):

1. последовательная смена явлений, состояний в развитии чего-нибудь.

2. Совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата (напр., производственный процесс).

Программа - последовательность машинных команд, предназначенная для достижения конкретного результата.

Программа - данные, предназначенные для управления конкретными компонентами системы обработки информации в целях реализации определенного алгоритма.

263. Как классифицируются операционные системы по числу одновременно обслуживаемых пользователей?

· по количеству пользователей, одновременно обслуживаемых системой;

· по числу процессов, которые могут одновременно выполняться под управлением ОС;

· по типу доступа пользователя к компьютеру;

· по типу средств вычислительной техники, для управления ресурсами которых система предназначена.

264. Как классифицируются операционные системе по числу одновременно выполняемых процессов?

· по количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские, многопользовательские;

· по числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы: однозадачные, многозадачные;

· по количеству поддерживаемых процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные;

· по разрядности кода ОС: 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные;

· по типу интерфейса: командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические);

· по типу доступа пользователя к ЭВМ: с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени;

· по типу использования ресурсов: сетевые, локальные.

265. Назовите основные алгоритмы работы многозадачных операционных систем.

Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

· невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);

· вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).

266. В чем основное отличие между вытесняющей и невытесняющей многозадачностью операционных систем?

Вытесняющая многозадачность — это вид многозадачности, при которой операционная система может временно прервать текущий процесс без какой-либо помощи с его стороны. Благодаря этому, зависшие приложения, как правило, не "подвешивают" операционную систему.
Невытесняющая многозадачность - тип многозадачности, при котором ОС одновременно загружает в память два или более приложений, но процессорное время предоставляется только основному приложению (foreground). Для выполнения фонового приложения (background), оно должно быть активизировано.

267. Что такое многонитевые операционные системы?

Поддержка многонитевости. Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).

268. Как классифицируются операционные системы по числу поддерживаемых процессоров (ядер)?

Многопроцессорные и однопроцессорные

269. Как классифицируются многопроцессорные операционные системы по способу организации вычислительного процесса?

Асимметричные и симметричные.

270. Что такое асимметричные операционные системы?

В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор (master) и подчиненные (slave), загрузку и характер работы которых определяет главный процессор.

271. Что такое симметричные операционные системы?

Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

272. Как классифицируются многозадачные операционные системы по типу доступа пользователя?

· операционные системы пакетной обработки

· операционные системы разделения времени

· операционные системы реального времени

273. Охарактеризуйте операционные системы с пакетной обработкой.

Операционные системы пакетной обработки – из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности;

274. Охарактеризуйте операционные системы разделения времени.

Операционные системы разделения времени – системы, обеспечивающие одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания;

275. Охарактеризуйте операционные системы реального времени.

Операционные системы реального времени – системы, которые обеспечивают определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими-либо внешними по отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами.

276. На какие задачи ориентированы операционные системы с пакетной обработкой?

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов.

277. На какие задачи ориентированы операционные системы реального времени?

Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п.

278. Какой режим пакетной обработки называют фоновым режимом операционной системы?

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства разных типов, например, задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.

279. Как классифицируются операционные системы по типу аппаратных платформ?

По аппаратной платформе ОС классифицируются в соответствии с тем, какая архитектура процессора используется для их работы. На данный все процессорные архитектуры делятся на 2 группы: RISC и CISC.

280. Что такое мобильные операционные системы?

Операционные системы для мобильных устройств отличаются большей компактностью, ввиду более жестких ограничений по памяти

281. Назовите базовые концепции построения операционных систем.

Способы построения ядра системы:

· Построение ОС на базе объектно-ориентированного подхода

· Наличие нескольких прикладных сред

· Распределенная организация операционной системы

282. Назовите способы построения ядра системы.

Способы построения ядра системы - монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС - серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой - ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.

283. Охарактеризуйте объектно-ориентированный подход построения операционной системы.

Объектно-ориентированный подход является одной из самых перспективных тенденций в конструировании программного обеспечения. Объектно-ориентированный подход к построению операционных систем, придающий порядок процессу добавления модульных расширений к небольшому ядру был принят на вооружение многими известными фирмами, такими как Microsoft, Apple, IBM, Novell/USL (UNIX Systems Laboratories) и Sun Microsystems - все они развернули свои операционные системы в этом направлении.

284. Что дает операционной системе наличие нескольких прикладных сред?

Наличие нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС.

285. Что дает распределенная организация операционной системы?

Распределенная организация операционной системы позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах. В распределенной ОС реализованы механизмы, которые дают возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера.

286. Назовите характерные признаки распределенной организации операционной системы.

Характерными признаками распределенной организации ОС являются: наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов, единой службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур (RPC) для прозрачного распределения программных процедур по машинам, многонитевой обработки, позволяющей распараллеливать вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задачу сразу на нескольких компьютерах сети, а также наличие других распределенных служб.

287. Какая среда называется операционной?

Операционная среда — системное программное окружение, в котором могут выполняться программы, созданные по правилам работы этой среды. Операционная среда определяется программными интерфейсами и интерфейсом прикладного программирования, который включает в себя управление процессами, памятью, вводом/выводом.

288. Как развивается современное системное программирование?

Современные компьютерные системы наряду с прикладным ПО постоянно содержат системное, которое обеспечивает компанию вычислительного процесса. История системного программного обеспечения связана с появлением первой развитой в современном понимании ОС UNIX.

1965 - Bell labs разрабатывает операционную систему Multix - прообраз UNIX, имеющий далеко не все части современной системы. До этого времени не было мобильных ОС (переносимых на различные типы машин) и Multix также не был мобильной ОС

1971 - написан UNIX для работы на мощной платформе того времени PDP - 11

1977 - Становится переносимой системой, т.К. Переписан на языке C (AT&T system V)

1981 - платформа Intel начинает резко наращивать свои способности. Колоссальным прорывом было создание 8088, потом 8086, 80286, etc. Возникает однопользовательская ОС MS-DOS, на 10 лет ставшая эталоном де-факто для юзеров персональных компьютеров. Но для машин с процессором Intel возникают и версии UNIX.

Конец 80 – начало 90 гг. – аппаратные средства резко увеличивают свою мощность. Microsoft создает новенькую ОС Windows NT и возникает эталон Win32. позднее возникает Windows 95 – ОС для одного рабочего места, но имеющая многие способности NT, призванная вытеснить MS-DOS. Аппаратные средства разрешают создавать 64-битные версии таковой ОС, как UNIX, и в скором времени она возникает и употребляется на платформе Alpha компании DEC. С наращиванием мощности аппаратных средств системное программное обеспечение становится все более изощренным и имеющим огромные способности.

289. Назовите наиболее трудоемкую задачу системного программирования.

Непосредственная работа с аппаратными ресурсами.(погуглить)

290. Что дает операционная среда системному программированию?

· пакетная обработка одного потока задач;

· наличие стандартных программ ввода-вывода;

· возможности автоматического перехода от программы к программе;

· средства восстановления после ошибок, обеспечивающие автоматическую "очистку" компьютера в случаи аварийного завершения очередной задачи и позволяющие запускать следующую задачу при минимальном вмешательстве оператора;

· языки управления заданиями, которые предоставляют пользователям возможность описывать свои задания и ресурсы, требуемые для их выполнения.

291. Чем отличаются системные программные модули от прикладных программных модулей?

Прикладные программы, непосредственно обеспечивают выполнение необходимых пользователям работ.

Системные программы, выполняют различные вспомогательные функции, например:

· управление ресурсами компьютера;

· создание копий используемой информации;

· проверка работоспособности устройств компьютера;

· выдача справочной информации о компьютере и др.

292. Какие прикладные программы могут выполняться в операционной среде?

Графические оболочки Командные оболочки (shells) Работа с файлами.