Операционные системы

 

Введение 

      История развития информационных технологий характеризуется быстрым изменением концептуальных представлений, технических средств, методов и сфер их применения. В современных реалиях весьма актуальным для большинства людей стало умение пользоваться промышленными информационными технологиями. Проникновение компьютеров во все сферы жизни общества убеждает в том, что культура общения с компьютером становится общей культурой человека. При включении компьютера операционная система загружается в память раньше остальных программ и затем служит платформой и средой для их работы. Без операционной системы невозможно представить работу с компьютером. Знание операционной системы необходимо для успешного пользования современными компьютерами. Предшественником ОС следует считать служебные программы (такие, как загрузчики), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и другое).

     1. Какая разница между файлом и томом? 

      Файл  представляет собой набор записей. Способ доступа к записям файла определяется его логической организацией и физической организацией на диске. Ключевой функцией любой схемой управления файлами является управление дисковым пространством. Для управления размещением файлов могут использоваться разные методы и структуры данных. Помимо размещения файлов требуется управление свободным дисковым пространством.

      Том — это логический раздел диска, состоящий  из некоторого количества кластеров  и используемый файловой системой для  распределения пространства. В любой момент времени том состоит из информации файловой системы, набора файлов и не распределенного пространства, оставшегося в томе, которое может быть выделено файлам. Том может занимать как весь диск, так и его часть или охватывать несколько дисков.

      Например, в файловой системе NTFS каждый элемент  тома представляет собой файл, и  каждый файл состоит из набора атрибутов.

      Рис.1.1. Схема тома NTFS

      Том NTFS состоит из четырех областей. Первые несколько секторов любого тома занимает загрузочный сектор раздела (до 16 секторов), содержащий информацию о схеме тома и структурах файловой системы, а также начальная загрузочная  информация и код загрузки. За этой областью следует главная файловая таблица (master file table — MFT), содержащая информацию обо всех файлах и каталогах этого тома, а также информацию о свободном пространстве. За областью  MFT следует область, обычно длиной 1 Мбайт, содержащая системные файлы.

      2. Определите и сопоставьте  понятия поля, записи  и файла. 

      Эти понятия используются при рассмотрении файлов.

      Поле (field). Является основным элементом данных. Индивидуальное поле содержит в себе единственное значение, например значение, полученное от некоторого датчика. Поле характеризуется длиной и типом данных (например, строка ASCII, десятичное число). В зависимости от структуры файла поле часто состоит из двух или трех подполей: действительного значения, имени поля, и, иногда, длины поля (поля переменной длины могут также отделяться друг от друга специальными разграничительными символами).

      Запись (record). Является набором связанных  между собой полей, которые могут  быть обработаны как единое целое  некоторой прикладной программой. В  зависимости от структуры записи могут быть фиксированной или переменной длины. Запись имеет переменную длину, если некоторые из ее полей — переменной длины или если переменно количество полей в записи. В любом случае вся запись обычно включается длину полей.

      Файл (file). Представляет собой набор однородных записей. Файл рассматривается пользователями и приложениями как единое целое, и обращение к нему осуществляется по его имени. Файлы можно создавать и удалять, каждый из них имеет свое собственное уникальное имя. Ограничения доступа обычно осуществляются на уровне файла. В некоторых сложных системах управление доступом осуществляется на уровне записи или, иногда, на уровне поля. 
 

      3. Что такое спулинг? 

      Подсистема  спулинга (spooling) - это категория программного обеспечения ввода-вывода. Спулинг - это способ работы с выделенными устройствами в мультипрограммной системе, применяется буферная память при организации ввода и вывода данных в компьютерах с многозадачной операционной системой. При спулинге все выходные данные задачи временно запоминаются в буферном файле, а после ее окончания выводятся независимо от других задач. Аналогично все входные данные задачи загружаются в буферный файл до ее выполнения. Причем, эти действия совмещаются с выполнением процессором команд той же или другой задачи. Применение спулинга особенно эффективно в случае использования принтеров, графопостроителей, устройств ввода с перфокарт и других медленных устройств. Типичное устройство, требующее спулинга - строчный принтер. Хотя технически легко позволить каждому пользовательскому процессу открыть специальный файл, связанный с принтером, такой способ опасен из-за того, что пользовательский процесс может монополизировать принтер на произвольное время. Вместо этого создается специальный процесс-монитор, который получает исключительные права на использование этого устройства. Также создается специальный каталог, называемый каталогом спулинга. Для того, чтобы напечатать файл, пользовательский процесс помещает выводимую информацию в этот файл и помещает его в каталог спулинга. Процесс-монитор по очереди распечатывает все файлы, содержащиеся в каталоге спулинга.  
 

      4. Опишите или изобразите: неблокированные  данные фиксированной  длины, блокированные  данные фиксированной  длины, неблокированные  данные переменной длины, блокированные данные переменной длины, данные неопределенного формата. 

      В z/OS поддерживаются три формата логических записей:

• записи фиксированной длины;
• записи переменной длины;
• записи неопределенной длины.

            Записи фиксированной длины имеют постоянный размер и в языке управления заданиями идентифицируются символами F или FB в зависимости от выбранного способа блокирования записей:

• F - в каждом блоке содержится только одна логическая запись;
• FB - каждом блоке может содержаться более одной логической записи.

      При использовании записей фиксированной  длины (форматы F и FB) LRECL определяет размер каждой записи набора данных. Размер блока  для формата FB выбирается кратным  длине записи.

      Записи переменной длины могут иметь различный размер внутри одного набора данных, поэтому помимо данных они включают в себя дополнительное поле (дескриптор), где указывается длина текущей записи. Используемый для обозначения записей переменной длины идентификатор V означает, что в каждом блоке содержится только одна логическая запись, включая дескриптор записи. Идентификатор VB применяется в тех случаях, если в каждом блоке может содержаться более одной логической записи, при этом для каждого блока дополнительно формируется дескриптор, содержащий длину блока.

      При использовании записей переменной длины (форматы V и VB) каждая запись включает четырехбайтовый дескриптор RDW, содержащий длину записи. Параметр LRECL определяет максимальную по длине запись с учетом поля дескриптора. Блоки записей  переменной длины (формат VB) дополнительно включают четырехбайтовое поле дескриптора BDW, предназначенного для хранения длины блока. Параметр BLKSIZE в этом случае определяет максимальную длину блока.

      Записи неопределенной длины (идентификатор U) характеризуются только размером блока и не содержат никакой информации о делении на логические записи. При использовании записей неопределенной длины система не поддерживает деления набора данных на логические записи и производит его обработку блоками фиксированного размера (BLKSIZE).

      Оператор описания данных DD (data definition) - это оператор определения данных и устройств, используемых в задании и его отдельных шагах. Параметр DCB устанавливает характеристики логической организации набора данных, фиксируемые в блоке управления данными (Data Control Block), который создается системой для каждого набора данных. Блок управления данными представляет собой таблицу, которая после открытия заполняется информацией из описания набора данных в программе и дополняется данными из соответствующего оператора DD. Параметр DCB обычно имеет формат:

      DCB=(список  подпараметров)

      Все подпараметры DCB являются ключевыми. Основные из них:

      - DSORG - тип организации  набора данных;

      - RECFM - формат записей;

      - LRECL - длина логической записи;

      - BLKSIZE - длина блока;

      - BUFNO - число буферов ввода-вывода, выделяемых набору данных;

      - BUFL - размер каждого буфера в  байтах.

      Подпараметр RECFM может  принимать следующие значения: F - записи фиксированной длины; V - записи переменной длины; U - записи неопределенной длины. Выбор типа записи определяет пользователь. Если он группирует записи в блоки, то указывает это, добавляя к символу формата букву В. Например, указание RECFM=FB означает, что сблокированные записи имеют фиксированную длину. 

DCB=(BLKSIZE=80,RECFM=F)

Неблокированные данные фиксированной длины по 80 байт. 

DCB=(BLKSIZE=128,RECFM=FВ)

Блокированные данные фиксированной длины по 128 байт. 

DCB=(BLKSIZE=80,RECFM=V)

Неблокированные данные переменной длины по 80 байт. 

DCB=(BLKSIZE=128,RECFM=VB)

Блокированные данные переменной длины по 128 байт. 

DCB=(BLKSIZE=80,RECFM=U)

Данные  неопределенного формата. 
 

      5. Почему распределение  функций CPU столь  важно в мультипрограммной  системе? Почему  распределение времени  CPU не может осуществляться  оператором? 

      Мультипрограммирование, или многозадачность (multitasking), — это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются сразу несколько программ. Эти программы совместно используют не только процессор, но и другие ресурсы компьютера: оперативную и внешнюю память, устройства ввода-вывода, данные. Мультипрограммирование призвано повысить эффективность использования вычислительной системы, однако эффективность может пониматься по-разному. Наиболее характерными критериями эффективности вычислительных систем являются пропускная способность (количество задач, выполняемых вычислительной системой в единицу времени), удобство работы пользователей, заключающееся, в частности, в том, что они имеют возможность интерактивно работать одновременно с несколькими приложениями на одной машине, реактивность системы (способность системы выдерживать заранее заданные (возможно, очень короткие) интервалы времени между запуском программы и получением результата).