Вопрос 6
Операционная система Unix — ядро ОС и файловая система
UNIX — семейство кроссплатформенных, многозадачных и многопользовательских ОС. UNIX позволяет одновременно работать нескольким пользователям, каждый из которых может запускать множество процессов. Благодаря тому, что ядро написано на языке высокого уровня, систему сравнительно легко адаптировать к различным аппаратным платформам.
Характерные особенности UNIX:
- использование простых текстовых файлов для настройки и управления системой;
- широкое применение утилит командной строки;
- взаимодействие пользователя с системой через терминал;
- представление устройств и некоторых средств межпроцессного взаимодействия в виде файлов.
- использование конвейеров (pipelines), позволяющих объединять несколько программ, каждая из которых выполняет одну задачу;
- модульная архитектура, основанная на принципе «одна программа — одна функция».
Ядро UNIX — центральная часть ОС, управляющая процессами, памятью, ВУ и файловой системой, а также обеспечивающая взаимодействие программ с аппаратным обеспечением.
Взаимодействие пользовательских программ с ядром осуществляется через интерфейс системных вызовов — стандартизированное средство доступа к сервисам ядра. Напрямую обращаться к оборудованию пользовательские программы не могут.
Ядро UNIX разработано таким образом, что его сравнительно легко адаптировать под различные аппаратные платформы и микропроцессоры.
Основные подсистемы ядра:
- управление памятью (MMU);
- управление процессами и потоками (Scheduler);
- виртуальная файловая система (VFS);
- сетевая подсистема;
- драйверы устройств;
- платформозависимый код.
Файловая система UNIX
Файл является основным объектом хранения информации в UNIX. Все файлы организованы в единую иерархическую файловую систему, имеющую древовидную структуру. Внутренние вершины дерева представляют каталоги, а листья — файлы.
Когда говорят, что в UNIX всё представлено в виде файлов, это значит ВСЁ: обычные файлы, каталоги, процессы (/proc), ВУ (/dev), информация о ядре (/sys), каналы, сокеты и др.
Корневой каталог имеет имя /. Каждый файл и каталог имеет уникальный полный путь от корня файловой системы. Также может использоваться относительный путь, задаваемый относительно текущего каталога.
В каждом каталоге присутствуют специальные ссылки: “.” — текущий каталог; “..” — родительский каталог.
Для хранения информации о файле используется структура inode (index node). Она содержит метаданные файла: тип, права доступа, владельца, размер, время создания и изменения и другую служебную информацию. Имя файла в inode не хранится.
Единое дерево каталогов может объединять несколько файловых систем, расположенных на разных носителях. Для их подключения к дереву каталогов ядро выполняет монтирование, присоединяя файловую систему к точке монтирования. Каждая файловая система имеет уникальный UUID, а каждый файл внутри нее — inode
Ссылки на файлы: - Жёсткая ссылка (hard link) — дополнительное имя файла, имеющее тот же inode, что и исходный файл; - Символическая ссылка (symbolic link) — специальный файл, содержащий путь к другому файлу. При удалении исходного файла такая ссылка остаётся, но становится недействительной.
Ссылка на оригинал
Вопрос 34
Интерфейсы ввода-вывода. Контроллеры внешних устройств. Уровни стандартизации, сопряжения с системной шиной, циклы обмена. Регистры контроллера.
Интерфейс ввода-вывода — это совокупность аппаратных и логических правил, обеспечивающих взаимодействие ЭВМ с внешними устройствами (ВУ). Он определяет способы передачи данных, сигналы управления, формат данных, временные параметры и физическую реализацию соединения.
Уровни стандартизации интерфейсов
Выделяют три уровня:
- Логический уровень — правила обмена (команды, режимы работы, последовательность операций)
- Электрический уровень — параметры сигналов (напряжение, ток, синхронизация)
- Физический уровень — разъёмы, кабели, конструкция подключения
Контроллер внешнего устройства (КВУ)
КВУ — это аппаратный посредник между системной шиной ЭВМ и внешним устройством.
Причины использования контроллера:
- различие форматов данных ВУ и ЭВМ
- различие скоростей работы
- необходимость преобразования сигналов
Типы контроллеров:
- параллельные (например, ИРПР)
- последовательные (например, ИРПС)
- аналого-цифровые и цифро-аналоговые
- программируемые (настраиваются через регистры управления)
Сопряжение с системной шиной (аппаратная топология)
- Процессор -> КВУ: Происходит на материнской плате. Процессор подключается к КВУ через системную шину (адрес, данные, управление), считывая и записывая биты в регистры контроллера (
SR,DR,CR).- Контроллеры -> ВУ: Происходит на границе компьютера. КВУ общается с физическим прибором через специализированный кабель/разъем (интерфейс ВУ). КВУ переводит цифровые байты из своего регистра
DRв физические сигналы, понятные конкретному устройству.Циклы обмена (логика управления)
Ввод
- Процессор выставляет адрес ВУ
- Активируется сигнал «чтение»
- Контроллер получает данные от ВУ
- Данные помещаются в регистр данных
- Процессор считывает данные с шины
Вывод
- Процессор выставляет адрес ВУ
- Помещает данные на шину
- Активируется сигнал «запись»
- Контроллер передаёт данные в ВУ
- Формируется сигнал готовности
Способы организации обмена:
- Программно-управляемый обмен
- процессор сам выполняет все операции
- возможен polling или прерывания
- Прерывания
- ВУ само сигнализирует о готовности
- процессор переключается на обработчик
- ПДП (DMA)
- обмен напрямую между ВУ и ОЗУ
- процессор не участвует в передаче
Так же для взаимодействие с ВУ существует понятие драйвер. Если контроллер (КВУ) — это аппаратный посредник, то драйвер — это программный посредник. (это специальная низкоуровневая программа операционной системы, которая «знает» точные адреса регистров конкретного КВУ и распределение бит внутри них.)
Регистры контроллера
Контроллер содержит регистры:
- DR (Data Register I/O) — данные
- SR (Status Register) — состояние устройства
- CR (Control Register) — управление режимами работы
Регистр состояния отражает готовность ВУ, ошибки и статус обмена. Регистр управления задаёт режим работы контроллера (ввод/вывод, прерывания, синхронизация и т.д.).
Ссылка на оригинал
