SYSTEMY OPERACYJNE. na przykładzie. MS Windows XP

Transkrypt

1 SYSTEMY OPERACYJNE na przykładzie MS Windows XP

2 WYKAZ ZAGADNIEŃ 1. ZADANIA SYSTEMU OPERACYJNEGO 2. CECHY SYSTEMÓW OPERACYJNYCH 3. ETAPY URUCHAMIANIA SYSTEMU OPERACYJNEGO 4. WARSTWOWY MODEL SYSTEMU OPERACYJNEGO 5. BUDOWA SYSTEMU WINDOWS 6. DYSKI I WOLUMINY 7. SYSTEMY PLIKÓW OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 2

3 ZADANIA SYSTEMU OPERACYJNEGO System operacyjny (ang. skrót OS Operating System) - oprogramowanie, które zarządza sprzętem oraz aplikacjami komputera. Podstawą wszystkich systemów operacyjnych jest wykonywanie zadań, takich jak: 1. Zarządzanie sprzętem (kontrolowanie i przypisywanie pamięci, przydział czasu procesora, obsługa urządzeń), 2. Zarządzanie oprogramowaniem (uruchamianie i kolejkowanie programów), 3. Zarządzanie plikami - ochronę danych przechowywanych w pamięci operacyjnej jak i na nośnikach zewnętrznych, 4. ustalanie połączeń sieciowych, 5. automatyzację najczęściej wykonywanych operacji; wiele systemów operacyjnych posiada środowiska graficzne ułatwiające ich obsługę OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 3

4 CECHY SYSTEMÓW OPERACYJNYCH Wielozadaniowość Wielozadaniowość bez wywłaszczenia Wielozadaniowość z wywłaszczeniem Wielowątkowość Przydzielanie priorytetów Wieloprocesorowość Wielodostęp OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 4

5 CECHY SYSTEMÓW OPERACYJNYCH Wielozadaniowość - możliwość uruchamiania wielu programów w tym samym czasie. Typowy komputer jest wyposażony w jeden procesor. Ponieważ systemy wielozadaniowe pozwalają na jednoczesne uruchomienie nieskończonej liczby programów, muszą one w jakiś sposób zarządzać dostępem programów do procesora. Sposób przydzielania dostępu do procesora jest podstawa podziału systemów wielozadaniowych na: systemy wielozadaniowe z wywłaszczeniem systemy wielozadaniowe bez wywłaszczenia. OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 5

6 CECHY SYSTEMÓW OPERACYJNYCH Wielozadaniowość bez wywłaszczenia Przykładem takiego systemu jest Win98. W systemach tego typu program sam decyduje kiedy i na jak długo uzyska wyłączny dostęp do procesora. Zaletą jest prostota. System w niewielkim stopniu zarządza działaniem programu, jednocześnie cechuje je duża zawodność. Jeżeli w programie wystąpi błąd i jego działanie zostanie przerwane nie będzie on w stanie zwolnić zajętych zasobów komputera. W efekcie system zawiesi się. Wielozadaniowość z wywłaszczeniem. W systemach wielozadaniowych z wywłaszczeniem (np. Windows XP) system kontroluje dostęp programów do procesora. Rozwiązanie to gwarantuje wysoki poziom niezawodności. OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 6

7 CECHY SYSTEMÓW OPERACYJNYCH Wielowątkowość - zdolność do uruchamiania kilku wątków tego samego procesu. System przydziela każdemu wątkowi procesu określony przedział czasu, po którym musi przekazać sterowanie do systemu. W tym momencie system zapisuje dane potrzebne do kontynuowania działania procesu w przyszłości. Proces przełączania pomiędzy wątkami uruchomionych programów nazywa się przełączaniem kontekstów (z ang. Context Switching) miliony razy /sekundę. Priorytetyzacja - polega na przydzieleniu niektórym procesom wyższego priorytetu w dostępie do jednostki centralnej. Np. w sytuacji, kiedy w Windows XP błąd aplikacji spowoduje zawieszenie systemu zawsze można przywołać Menedżera zadań i taki proces zakończyć. Dzieje się tak, ponieważ Menedżer zadań ma wysoki priorytet i dlatego może być przywołany w dowolnym czasie. OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 7

8 CECHY SYSTEMÓW OPERACYJNYCH Wieloprocesorowość - to zdolność do zarządzania wieloma procesorami (jeśli komputer posiada kilka procesorów). Współczesne systemy operacyjne pozwalają przydzielić procesowi dostęp do dowolnego bezczynnego procesora. Liczba obsługiwanych przez system procesorów zależy od jego wersji. Microsoft od 1 do 4 Linux - bez ograniczeń OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 8

9 ETAPY URUCHAMIANIA SYSTEMU CZ. I 1. POST (Power on Self Test) - program wczytany z pamięci ROM, zawiera testy podstawowych urządzeń komputera, test karty graficznej, która testuje samą siebie oraz test procesora; błędy sygnalizowane są za pomocą systemowego głośniczka. 2. BIOS (Basic Input Output System). Procesor rozpoczyna swoją pracę od wczytania programu spod adresu FFFF0h - pod tym adresem znajduje się oprogramowanie sprzętowe BIOS. 3. Program BIOS zapisany jest w pamięci CMOS płyty głównej. BIOS umożliwia konfigurację płyty głównej oraz innych parametrów komputera: data, czas, hasła, parametry dysków twardych. BIOS przeprowadza kontrolę wszystkich komponentów komputera (pamięci, kontrolerów dysków, kontrolerów przerwań) oraz sterowników urządzeń zanim zostaną załadowane do pamięci. *UEFI (Unified Extesible Firmware Interface) następca BIOSU; skraca czas rozruchu komputera; stosowany w nowych systemach operacyjnych Vista, Windows 7, 10 OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 9

10 UEFI UNIFIED EXTESIBLE FIRMWARE INTERFACE UEFI następca systemu BIOS; skraca czas rozruchu komputera; stosowany w nowych systemach operacyjnych Vista, Windows 7, Windows 10 Prace nad interfejsem systemowym UEFI rozpoczął Intel. Pierwsza implementacja EFI została zaprezentowana w 2000 roku w układach Itanium, Pierwszym producentem komputerów domowych, który zaczął stosować EFI/UEFI był Apple; stosowanie EFI rozpoczął w 2006 roku; Większość współczesnych laptopów wyposażona jest w oprogramowanie UEFI, jednocześnie urządzenia wciąż udostępniają tryb zgodności z BIOS-em. OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 10

11 RÓŻNICE POMIĘDZY BIOS A UEFI Obsługa pamięci: BIOS może zaadresować 1 MB pamięci RAM, UEFI dostępna cała zainstalowana pamięć Interfejs: BIOS oferuje jedynie interfejs tekstowy, UEFI możliwe jest korzystanie z interfejsu graficznego Dyski: BIOS potrafi obsłużyć jedynie dyski, na których dane rozruchowe zostały umieszczone w specjalnym obszarze zwanym MBR (Master Boot Record); niestety MBR to również rozwiązanie przestarzałe (z 1983 roku), charakteryzuje się ograniczeniami związanymi z maksymalną pojemnością dysku oraz liczbą partycji. W przypadku UEFI obsługiwane są dyski GPT (GUID Partition Table), w których praktycznie nie ma ograniczeń użytkowych.zarówno MBR jak i GPT to różne metody przechowywania informacji o dysku, jego strukturze Wielkość dysku / partycji: BIOS obsługuje partycje/dyski do 2 TB, UEFI do 9,4 ZB (zettabajtów; 1 zettabajt to miliard terabajtów). Liczba partycji: BIOS na jednym dysku maksymalnie 4 partycje; UEFI i dysku GPT teoretycznie bez ograniczeń; w praktyce zależy to od SO; Windows 8 Windows 10 liczba partycji do 128. Tryb pracy: BIOS jest oprogramowaniem 16-bitowym, UEFI może wykorzystywać możliwości procesorów (32/64-bit). Sieć: BIOS nie ma możliwości bezpośredniego dostępu do sieci. UEFI taki dostęp jest możliwy. Bezpieczeństwo: BIOS poza możliwością założenia hasła na program konfiguracyjny nie oferuje żadnych mechanizmów ochronnych, w przypadku UEFI możliwa jest implementacja niskopoziomowych funkcji kryptograficznych, szyfrowanie całych dysków i wiele więcej. OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 11

12 ETAPY URUCHAMIANIA SYSTEMU CZ. III 4. Odnalezienie dysku startowego i wczytanie MBR (Main Boot Record). Jest to niewielki program, którego zadaniem jest załadowanie do pamięci programu NT Loader - (NTLDR.exe). Odszukuje informacje o umiejscowieniu plików systemowych.proces poszukiwania SO przebiega w kolejności określonej w ustawieniach BIOS u. 5. odczyt pliku BOOT.INI (zawiera informacje o partycjach rozruchowych w przypadku występowania kilku systemów operacyjnych); wyświetlenie menu wyboru systemu, 6. uruchomienie NTDETECT.COM - pełny test sprzętowy systemu 7. uruchomienie wybranej wersji systemu operacyjnego. Odnalezienie w folderze systemowym \..\System32 pliku NTOSKRNL.EXE - jądra systemu. Po wczytaniu go do pamięci przejmuje on kontrolę nad dalszym procesem uruchamiania. OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 12

13 ETAPY URUCHAMIANIA SYSTEMU CZ. IV 8. wczytanie pliku HAL.dll (Hardware Abstraction Layer) warstwa uniezależnienia systemu Windows od sprzętu. Zapewnia stabilne działanie systemu Windows XP. 9. wyświetlenie ekranu uruchomienia 10. wczytanie podsystemów Win32 - Win32k.sys (jądra) oraz Csrss.exe (użytkownika) 11. inicjowanie pliku stronicowania - obszar dysku twardego używany przez system tak, jakby była to pamięć RAM 12. wczytanie pliku winlogon.exe i pliu lsass.exe (usługa weryfikowanie tożsamości) - wyświetlenie okna logowania OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 13

14 ARCHITEKTURA SYSTEMU WINDOWS XP 1. Oddzielenie sprzętu od aplikacji - we współczesnych systemach operacyjnych żaden program użytkowy nie może komunikować się bezpośrednio ze sprzętem. W poprzednich wersjach systemów, aplikacje potrafiły zablokować dostęp do urządzenia zmuszając do restartu systemu. 2. W Windows XP element jądra zwany warstwą uniezależnienia od sprzętu (z ang. HAL Hardware Abstraction Layer) jest odpowiedzialny za kontrolę urządzeń podłączonych do komputera. Zapewnienia stabilne działanie systemu uniezależniając go od błędów wadliwie działających aplikacji. Stanowi interfejs między sprzętem a właściwym jądrem, które zarządza procesorem i pamięcią. 3. System Windows XP pracuje w dwóch: a. w trybie jądra - warstwa kodu systemu odpowiedzialna za przydział pamięci wirtualnej; ma bezpośredni dostęp do zasobów sprzętowych oraz pamięci. Pamięć chroniona - ponieważ korzystanie z pamięci fizycznej jest możliwe tylko w trybie jądra, jest ona również zwana pamięcią chronioną. aplikacje użytkowe nie maja bezpośredniego dostępu do obszarów pamięci chronionej. b. w trybie użytkownika - obszar, w którym działają programy użytkowe zarządzany przez jądro systemu. OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 14

15 WARSTWOWY MODEL SYSTEMU OPERACYJNEGO PROGRAMY UŻYTKOWE POWŁOKA SYSTEMU SHELL interpreter poleceń JĄDRO SYSTEMU BIOS - STEROWNIKI ] SPRZĘT OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 15

16 ZADANIA SKŁADOWYCH SYSTEMU OPERACYJNEGO Jądro systemu przydział czasu procesora, przydział obszarów pamięci, Obsługa plików. Powłoka Shell interpreter poleceń SO Zgłoszenie gotowości do pracy, Pośredniczenie między jądrem a użytkownikiem; Analiza poleceń i zlecenie jądru systemu uruchomienia odpowiedniego programu użytkowego; Wyświetlenie odpowiedzi jądra Programy użytkowe Programy do zarządzania plikami, w tym pakujące, Komunikacja w sieci; Programy diagnozujące pracę procesora, pamięci, sieci, dysków itp. Kompilatory języków programowania OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 16

17 TRYB UŻYTKOWNIKA Aplikacje 16-bitowe Tryb zgodności aplikacji Aplikacje Win32 Podsystem Windows on Windows (WOW) Podsystem Win32 TRYB JĄDRA USŁUGI SYSTEMOWE (rezydentne) Menedżer operacji wejścia wyjścia System plików Menedżer konfiguracji Menedżer Plug and Play Menedżer pamięci wirtualnej Menedżer procesów Narzędzia uruchamia nia procedur lokalnych Narzędzia obiektów Monitor bezpieczeństwa Menedżer urz. komunikacji w sieci Serowniki kart graficznych Zarządzanie energią SMM Jądro (ntoskrnl.exe) warstwa abstrakcji sprzętu (HAL) SPRZĘT OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 17

18 TRYB JĄDRA Usługi rezydentne (z ang. Executive Services) to podstawowe usługi oferowane przez jądro, należą do nich: Menedżer pamięci wirtualnej (VMM) - element odpowiedzialny za zarządzanie przestrzenią adresów o rozmiarze 4 GB dostępna dla każdego procesu jak również adresowanie pamięci RAM potrzebnej systemowi operacyjnemu lub aplikacji. Menedżer uruchamiania procedur lokalnych - element odpowiedzialny za koordynację i komunikacje między procesami. Jest on potrzebny gdyż każdy proces korzysta z tej samej przestrzeni adresowej. Menedżer procesów - element jest odpowiedzialny za utworzenie odpowiednich struktur pamięci i wątków procesu, gdy pojawia się potrzeba uruchomienia lub zakończenia procesu. Menedżer obiektów - obiekt zapewnia łączność między aplikacją a zasobem. Np porty są traktowane jako obiekty. Menedżer zabezpieczeń -część usług kontrolujących wszystkie mechanizmy bezpieczeństwa istniejące w systemie, np. logowanie, sprawdzanie haseł, dostęp użytkownika do zasobów, plików. OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 18

19 TRYB UŻYTKOWNIKA Podsystem Win32 - zarządza wszystkimi procesami w Windows. Logowanie, graficzny interfejs, obsługa okienne kto aplikacje systemowe, które nie działałyby bez Win32. Tryb zgodności - Nie wszystkie aplikacje, które działały poprawnie w poprzednich wersjach systemu Windows będą działać równie poprawnie w Windows XP. Istnieje jednak możliwość ich uruchomienia, dzięki podsystemowi WOW. Podsystem WOW (Windows on Windows) wraz z podsystemem Trybu Zgodności Aplikacji umożliwia działanie starszych aplikacji napisanych na procesory 16-bitowe emulując wcześniejsze wersje systemu Windows. Aby uruchomić dawną aplikację, która działa niepoprawnie w Windows XP należy wybrać Właściwości Zgodność Uruchom ten program w trybie zgodności z : tu należy wskazać wersję systemu, która ma zostać emulowana OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 19

20 ARCHITEKTURA SYSTEMU WINDOWS 7 OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 20

21 FOLDERY SYSTEMOWE Foldery i pliki sytemowe w Windows XP: \Ntldr, Ntdetect.com, Boot.ini - pliki startowe \Documents and Settings - konta użytkowników i ich konfiguracje \...\All users - wspólne menu start, \...\Gość - konto gościa \Program Files - domyślny folder instalowania aplikacji \System Volume Information - zapasowe kopie przywracania systemu \Windows - domyślny folder instalowania systemu Windows \...\System32 - główny folder systemu \ Windows \System32\Config - pliki rejestru \ Windows \System32\Drivers - sterowniki OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 21

22 REJESTR WINDOWS Rejestr Windows - centralne spoiwo systemu łączy ze sobą sprzęt, jądro systemu, sterowniki, sieć, GUI, powłokę, aplikacje, typy plików Edytor rejestru (przykładowe klucze): Hkey_local_Machine\System\CurntCoontrol\Set\Control - podstawowe dane systemu Hkey_local_Machine\System\CurntCoontrol\Set\Services - podstawowe dane o sprzęcie Hkey_local_Machine\System\MountedDevices - podstawowe dane rozruchu Modyfikacja rejestru za pomocą programu regedit.exe oraz plików *.reg OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 22

23 EKSPLORACJA ZASOBÓW Programy Mój komputer i Eksplorator Windows Skróty klawiszowe używane przy obsłudze Windows: ALT + <F4> - zamknij aplikację CTRL + <F4> - zamknij okno (np. dokumentu) CTRL + A - zaznacz wszystko <F2> - zmiana nazwy CTRL + C - kopiuj CTRL + X - wytnij CTRL + V - wklej Win + E - uruchom Eksploratora Win + R - uruchom wiersz poleceń ALT + <TAB> - szybkie przełączanie między uruchomionymi aplikacjami CTRL+ Z - cofnąć DELETE - usunąć SHIFT + DELETE - trwale usunąć zaznaczony element, Alt + Enter - właściwości CTRL + ESC - menu Start OPRACOWANIE: MARTA KRAMEK 23