Проектирование операционной системы с заданными характеристиками
Целью создания проекта является приобретение практических навыков создания операционных систем и комплексного инженерного проектирования программного обеспечения, а также изучение особенностей различных алгоритмов управления ресурсами, организации оперативной памяти, средств взаимодействия процессов, а также организации файловых систем.
Проект предназначен для демонстрации работы файловой системы. Проектируемая операционная система может быть использована в учебных заведениях в качестве наглядного пособия при обучении приемам и правилам построения операционной системы. Данная курсовая работа может ознакомить всех желающих с особенностями операционных систем и алгоритмов, применяемых ОС в управлении ресурсами.
ВВЕДЕНИЕ.. 7
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.. 8
1.1 Общая постановка задачи.. 8
1.2 Цель создания курсового проекта. 9
1.3 Актуальность разработки и область применения. 9
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ... 10
2.1 Классификация ОС... 10
2.2 Особенности алгоритмов управления ресурсами.. 10
2.2.1 Многозадачность. 10
2.2.2 Однопользовательность. 11
2.2.3 Многопроцессорная обработка. 11
2.3 Особенности аппаратных платформ.. 12
2.4 Особенности областей использования. 13
2.5 Организация оперативной памяти.. 14
2.6 Средства синхронизации и взаимодействия процессов и потоков. 14
2.7 Управление процессами.. 14
2.8 Обзор распределенной файловой системы Lustre FS.. 15
3 КОМАНДНЫЙ ЯЗЫК... 16
3.1 Интерактивные команды... 16
3.2 Системные вызовы.. 16
3.3 Язык пакетных файлов. 17
4 ВЫБОР АРХИТЕКТУРЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.... 19
4.1 Общая схема архитектуры ЭВМ.... 19
4.5 Архитектура процессора. 21
4.3 Классификация интерфейсов персонального компьютера. 25
4.3.1 Система прерываний.. 26
4.3.2 Аппаратные средства обеспечения защиты... 26
5 ВЫТЕСНЯЮЩАЯ МНОГОЗАДАЧНОСТЬ И СРЕДСТВА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ОС... 28
5.1 Структура проекта в виде графа. 28
5.2 Реализация алгоритмов. 28
6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА И ОБЩЕЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ... 30
6.1 Состав ОС: перечень файлов и их назначение. 30
6.2 Структура ядра ОС.. 32
7 ОПИСАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ ОС.. 35
7.1 Перечень и назначение управляющих блоков и очередей. 35
7.2 Общая схема организации БД – взаимосвязи управляющих блоков. 37
7.3 Описание структуры управляющих блоков. 37
7.4 Описание файловой структуры МД.. 39
8 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И РЕАЛИЗАЦИИ ЛОГИКИ УПРАВЛЕНИЯ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМОЙ 41
8.1 Общее описание спроектированной ФС.. 41
8.2 Спецификации ФС (форматы и структуры данных). 45
8.3 Описание пунктов меню и основных диалогов. 46
9 ОПИСАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ ОС.. 49
9.1 Диаграмма состояний процесса. 49
9.2 Схема проектируемой ОС.. 50
9.3 Схема работы ядра ОС: взаимосвязи модулей, управление прерываниями, переключение контекста процессора. 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 55
Приложение А ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗДАНИЕ.. 56
Приложение Б ЭКРАННЫЕ ФОРМЫ... 61
Приложение В ЛИСТИНГ ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ.. 62
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Общая постановка задачи
Операционная система (ОС) является системным программным обеспечением, благодаря которому приводится в действие технические средства компьютера. Это программное обеспечение координирующее работу ЭВМ и производящее управление другими программными модулями посредством скоординированной последовательности операций. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.
Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами.
Постановка задачи предполагает выбор задания по варианту исходных элементов из таблицы 1.1 классификатора для дальнейшего их описания и реализации в операционной системе.
Таблица 1.1 – Варианты задания
№
Аппаратная
платформа
Алгоритм
Управления
Ресурсами
Тип
доступа
Организация
оперативной
памяти
Средства
взаимод-твия
процессов
Управление процессами
Файловая
система
1
2
3
4
5
6
7
20
2
2,3,8
1,2
1в
4
3
6
Для этого необходимо выполнить следующие этапы:
– сформулировать цели проектирования ОС;
– привести определения к теоретическим требованиям ОС с заданными характеристиками;
– провести анализ требований к операционной системе и обосновать выбор.
1.2 Цель создания курсового проекта
Проанализировать и смоделировать работу операционной системы, которая обеспечивала бы сохранность и безопасность данных, управление разделением совместно используемых ресурсов, распределяла вычислительные ресурсы между многими пользователями, обработку информации за конкретный промежуток времени.
1.3 Актуальность разработки и область применения
В современных реалиях весьма актуальным для большинства людей стало умение пользоваться промышленными информационными технологиями. Проникновение компьютеров во все сферы жизни общества. В настоящее время каждым компьютером управляет ОС, которая расширяет функционал компьютера и позволяет выполнять разнообразные задачи. Но проблема заключается в том, что разновидность ОС, в данный период времени, достаточно маленькая, и те ОС которые имеем сейчас очень сильно перегружены функционалом, который не нужен в некоторых сферах деятельности. Наша задача сделать такую ОС, которая будет узко направленная и защищенная. Защита является важным фактором, для таких сфер, которые связаны с большим объемами данных.
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
2.1 Классификация ОС
1) особенности аппаратных платформ:
‒ Большие ЭВМ;
2) особенности алгоритмов управления ресурсами:
‒ многозадачные;
‒ однопользовательские;
‒ многопроцессорная обработка.
3) особенности областей использования:
‒ системы пакетной обработки;
‒ системы разделения времени.
4) организация оперативной памяти:
‒ без использования внешней памяти:
а) с переменным разделами и уплотнение памяти;
5) средства взаимодействия процессов:
‒ семафоры;
6) управление процессами:
‒ относительные приоритеты;
7) организация файловой системы:
‒ распределенная файловая система Lustre FS.
