Operační systémy a jejich nadstavby

Prezentace na téma: "Operační systémy a jejich nadstavby"— Transkript prezentace:

1 Operační systémy a jejich nadstavby
KIT.PEF.CZU.CZ 2008

2 Software Software (SW) - programové vybavení počítače.
Není fyzicky hmatatelný. Kategorie softwaru: operační systémy nadstavby operačních systémů typové aplikační programové vybavení - TAPV aplikační programové vybavení

3 Operační systém Operační systém (OS) je základní programové vybavení počítače Poskytuje rozhraní pro komunikaci uživatele s hardwarem Je zaveden do paměti počítače při jeho startu a zůstává v ní až do jeho vypnutí.

4 Funkce OS Funkce: správa zdrojů (čas procesoru, přidělování paměti) řízení zpracování úloh (procesů) správa zařízení (periferie, ovladače) správa dat (souborů) dříve komunikace s uživatelem pomocí příkazového řádku dnes GUI (Graphics User Interface)

5 Funkce OS Jádro OS (kernel) – základní systémové funkce: Podprogramy
Správa souborů Ovládání vstupních a výstupních zařízení Spouštění úloh Zpracování uživatelských požadavků Podprogramy Uživatel komunikuje přes rozhraní (příkazový interpret), např. C:\>_ Příkazový interpret (nebo také řádkový interpret příkazů, shell) zprostředkovává kontakt uživatele s počítačem. Úkolem tohoto programu je zpracovávat vstupní příkazy. Příkazy interpretu jsou: Interní (zabudované přímo v interpretu, např. COPY, CD, DIR, aj.) Externí (programy uložené v počítači, které interpreter spouští)

6 Start operačního systému
Po zapnutí nebo resetu počítače je hardware nastaven dle konfigurace v BIOSu Jako první se načte instrukce BIOSu a spustí se základní test Test přítomnosti a funkčnosti hardware (POST) BIOS se pokusí nalézt a načíst operační systém Jádro operačního systému je zavedeno do paměti a předává se mu řízení počítače

7 C:\echo To musíte vidět !
C:\format C:\ Upozornění: Všechna data na oddílu C: budou smazána! Chcete pokračovat ve formátování (A/N)?

8 Základní kritéria dělení OS
Podle počtu uživatelů (jednouživatelské, víceuživatelské) Podle typu počítače (PC, iMac, PDA, mainframe …) Podle počtu úloh (jedno a víceúlohové) Multitasking Přepínání programů (task switching) Kooperativní multitasking Preemptivní multitasking Multithreading (viz. dále)

9 Dělení OS podle počtu uživatelů
Jednouživatelský systém (single user) + jednoduchý, spolehlivý - malá bezpečnost - dnes již nepraktické (obvykle textové rozhraní) Víceuživatelský systém (multi user) + uživatelské profily (možnost různých nastavení) + oddělení dat různých uživatelů (práva přístupu) těžší administrace Příklad: rozdíl mezi rychlým občerstvením a klubovou restaurací (nastavení prostředí, data, přístupová práva, zabezpečení)

10 Dělení OS podle počtu úloh
Jednoúlohový systém (single task) + jednoduchý, rychlý, levný ± vývoj ukončen, stabilní vlastnosti - žádná spolupráce úloh (běží vždy jen jedna úloha) Víceúlohový systém (multi task) + efektivnější využití kapacity hardwaru + paralelní zpracování úloh - obtížné programování, možnost zahlcení, bezpečnost ± vývoj probíhá, nové vlastnosti, nové chyby

11 Multitasking Umožňuje chod více aplikací současně,
Rozděluje výpočetní čas procesoru, Izoluje aplikace navzájem od sebe a umožňuje jim vzájemnou komunikaci. Aplikace má ke svému chodu pouze prostor pevně vymezený operačním systémem

12 Ale pozor! ...při multitaskovém zpracování se v OS v reálném čase řeší jen jedna úloha a zpracovává jen jedna instrukce (pokud není použito více procesorů) podstatou “paralelního” zpracování je přepínání mezi úlohami, např. pokud úloha čeká na vstupně/výstupní zařízení nebo vyčerpala povolenou dobu souvislého využití procesoru, může operační systém úlohu pozastavit, “zakonzervovat”, a spustit jinou (třeba dříve rozpracovanou) úlohu; hovoříme o preemptivních OS

13 Dělení OS kombinace Single user, single task
První využití počítačů, jednoduché operační systémy Single user, multi task Snaha zvýšit využití HW a snížit prostoje operátora Multi user, single task Nevhodná kombinace, spíš jen vedlejší produkt Multi user, multi task – moderní OS Plná nezávislost jednotlivých uživatelů Možnost řízeného sdílení dat Multi user, multi task je základem siťových řešení (na serverech i na pracovních stanicích)

14 Dělení OS podle typu zpracování
Multiprocessing Schopnost OS využít procesory Souběžné upracování programů na systémech s více procesory Interprocessing Dynamické propojování mezi aplikacemi Možnot přenosu objektů mezi aplikacemi Real-time processing Minimální doba odezvy (řízení technologické linky)

15 Multithreading = řízení vícenásobného souběžného použití téhož programu = paralelní větve zpracování každý program může mít více vláken (thready, podúlohy) např. webový prohlížeč podporuje multithreading tisk webové stránky stahování souboru vyplňování formuláře vykonává se různý kód nad stejnými daty, souvisí i s definicí algoritmu, aby mohlo několik větví pracovat současně a vzájemně se neblokovat, náročné pro programátora

16 Nadstavby OS propůjčují systému určitý vzhled
kdysi Norton Commander - nadstavba MS DOSu = dnes správci souborů nebo programy pro správu a vyladění systému, např. Norton SystemWorks Premier nebo TweakNow PowerPack Professional pro Windows funkce: editace konfiguračních souborů (boot.ini, systém.ini, win.ini, autoexec.nt, config.nt)

17 Norton Commander

18 Nadstavby OS další funkce:
odstraňování nepotřebných souborů, jako .TMP, nebo souborů o velikosti 0 bytů, odstranění záznamů v systémovém registru Windows, které tam zbyly po odinstalování programů, mazání historie programů jako IE (utility Disk Cleaner, Registry Cleaner, Track Cleaner) poskytování informací o disku, paměti, procesoru, graf. kartě, síti (System Information) přehled o spuštěných procesech (Process Manager), u každého se zobr. jméno souboru, cesta, id, obsazení paměti, počet threadů, priorita – dá se změnit (volby Idle, Below, Normal, Above, High), proces se dá i ukončit

19 Throopsův univerzální poznatek o GUI
citát Throopsův univerzální poznatek o GUI Ani vesmír není user-friendly.

20 Typové aplikační programové vybavení I.
Textové editory Tabulkové programy Databázové systémy Grafické programy – DTP (Desktop Publishing) Překladače programovacích jazyků Expertní systémy CASE systémy (Computer Aided System Engineering)

21 Typové aplikační programové vybavení II.
Antiviry Vývojové systémy pro tvorbu aplikací Borland Delphi - bleskový vývoj aplikací, Visual Studio, … Ekonomické systémy, SW pro účetnictví Datové sklady Komprimační SW, vytváření archivů GIS (Geographical Information System) Kancelářské balíky (MS Office, StarOffice, OpenOffice)

22 Charakteristika OS I. Dříve komunikace pomocí příkazového řádku (možné i dnes). Dnes GUI (Graphics User Interface). Dříve 16 bitové systémy, MSDOS, příkazový řádek. Nyní 32 bitové (i 64 bitové, IRIX), GUI. Pro tyto systémy vyvíjeny 32 bitové aplikace. Vysvětlit: rozdíl mezi 16bitovým a 32bitovým systémem (šířka adresní sběrnice a velikost instrukce). Např. procesor Intel 386 měl 32 bitovou adresní sběrnici -> možno adresovat až 4GB paměti (2x32 bitů)

23 Charakteristika OS II. Zpětná kompatibilita 32 bit. systémů - zajišťují plnohodnotné prostředí i pro starší, 16 bitové aplikace (virtuální stroj) Lze používat dlouhá jména souborů MSDOS - omezení na 8 znaků souvisí to se souborovým systémem (FS)

24 OS – přehled I. 32 bitové operační systémy:
OS/2 (zpočátku MS+IBM, dnes jen IBM) MacOS (Apple, dodnes) Windows 9X (MS = Microsoft) WinME Windows NT Windows 2000 (MS) NT - New Technology Windows XP Windows Vista UNIX LINUX

25 OS – přehled II. 64 bitové operační systémy: Windows XP/Vista 64bit
LINUX 64bit – Suse, Gentoo MacOS X 64bit

26 Struktura moderních OS
Každý OS má jádro (kernel), to zajišťuje spouštění programů, přístup k hardwaru, přidělování zdrojů, atd. Nad ním uživatelské aplikace. Data na úložných zařízeních vyžadují souborový systém (file system).

27 Virtualizace Virtuální paměť (rozšíření RAM, volné místo na disku, swapovací soubory) Virtuální stroj pro dosové programy event. programy napsané pro jiný systém, než ten který je právě spuštěn (je třeba tzv. emulátor API, Application Programming Interface, nahrazuje funkčnost příslušného op. systému) Virtuální stroj je v software, který vytváří virtuální prostředí konkrétního operačního systému, ve kterém uživatel může spouštět svoje aplikace (např. na stroji s OS Windows lze spustit OS Unix a v něm pracovat). Jako virtualizace se v prostředí počítačů označují postupy a techniky, které umožňují k dostupným zdrojům přistupovat jiným způsobem, než jakým fyzicky existují, jsou propojeny atd. Virtualizované prostředí může být mnohem snáze přizpůsobeno potřebám uživatelů, snáze se používat, případně před uživateli zakrývat pro ně nepodstatné detaily (jako např. rozmístění hardwarových prostředků). Virtualizovat lze na různých úrovních, od celého počítače (tzv. virtuální stroj), po jeho jednotlivé hardwarové komponenty (např. virtuální procesory, virtuální paměť atd.), případně pouze softwarové prostředí (virtualizace operačního systému). (

28 Virtualizace II. Virtuální stroj lze vytvořit pomocí vhodného softwaru: Virtual PC 2004, 2007 Virtual Server 2005 Virtual Box – free VMware Server Vlastnosti: Pro většinu známých OS Bez nutnosti restartu Snapshot Microsoft

29 3 OS v jediném PC Windows XP Linux Fedora 7 Windows Vista

30 Více OS na 1 PC Více op. sys. na jednom počítači - boot manager
např. OS Selector, Partition Magic je v místě původního Master Boot Record disku, na němž jsme jej nainstalovali (např. ve Windows) jednotlivé op. systémy jsou jako položky hlavního zaváděcího menu správce diskových oddílů - Disk Administrator - nabízí vytvoření oddílů s většinou běžných souborových systémů (FAT, NTFS, ext2, ext3..) dokáže je nedestruktivně zvětšovat či zmenšovat duplikace oddílů včetně jejich obsahu

31 File System (FS) - vysvětlivky
FAT File Allocation Table NTFS New Technology File System HPFS High Performance File System Novinky ve Win 2000 EFS (Encrypted FS) = služba - šifrování pro soubor, pro složku DFS (Distributed FS - umožňuje aby se různé svazky na různých poč. jevily jako 1 logický svazek (disk)

32 File system (FS) Souborový systém (FS) OS FAT16 FAT32 NTFS HPFS
Raiser FS MSDOS + - W95, 98 W NT 4 W 2000 OS/2 Linux +s

33 FAT 32 omezení FAT u FAT 16 je velikost diskové jednotky omezena na max. 4 GB, kořenový adresář může mít pouze 512 položek, není možnost zálohy zaváděcího sektoru FAT 32 - velikost disk. svazku 32 GB (ve W 98 a W ME až 127,53 GB) chybí možnost zabezpečení souborů a komprese

34 Typy operačních systémů

35 OS/2 (IBM) verze OS/2 Warp Server for e-business
podpora víceprocesorových systémů (až 64) podpora platformy Windows Velmi výkonné servery (stovky stanic) K ukončila IBM prodej a podporu tohoto OS Od roku 1987, společné dílo Microsoft a IBM, poté již pouze IBM.

36 UNIX I. Historie 69 v Bell Laboratories, bezplatně poskytnut univerzitám = zdroj vylepšování 73 přepsán do C jazyka > přenositelnost na různé procesory vznikly různé klony vyžaduje správce systému 32bitový systém, dnes už i 64 bitový (IRIX, Silicon Graphics)

37 Ken Thompson a Dennis Ritchie pracují na UNIXu v Bellových laboratořích firmy AT&T (1969)

38 UNIX II. síťový operační systém
spuštěné úlohy - procesy (1 program může běžet i vícekrát = více procesů) má jádro - obaluje hw, = programové vybavení, které pracuje bez další prog. podpory je to rozhraní mezi uživatelem a technickými prostředky uděluje čas procesoru, vždy 1 procesu na omezenou dobu podle priority

39 UNIX III. příkazy = samostatné programy (ne vnitřní, jako některé v MSDOS) shell = prostředek komunikace uživatele, interpret příkazů, různé druhy shellu řada služeb byla převzata i jinými op. systémy hierarchická struktura adresářů

40 Různé implementace UNIXu I.
BSD UNIX = hlavní varianta (BSD = Berkeley Software Distribution) Free BSD - s otevřeným zdrojovým kódem (tzv. open source) podpora víceprocesorových systémů, vícevláknových procesů, 64bitových platforem HP-UX (varianta OS od firmy Hewlett-Packard)

41 Různé implementace UNIXu II.
Solaris (Sun Microsystems) nyní zdarma, dodává se s ním StarOffice (původně něm. firma Star Division) AIX (IBM)

42 Vývoj unixových systémů, zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Unix

43 LINUX I. Vznikl ve Finsku, tehdy student Linus Torvalds
Základem bylo jádro MINIX Spolupráce progr. komunity na Internetu Linux je název pro jádro operačního systému Volně dostupný zdrojový kód jádra - open source - možnost úprav Dnes různé distribuce Linuxu postavené na volně šiřitelném jádru Linuxu Některé distribuce zdarma, některé se platí Obrázek: originální maskot Linuxu – tučnák Tux (převzato z:

44 LINUX II. LINUX (Název kombinací jmen Linus a Unix) Distribuce
Red Hat, SuSE Linux, Mandrake, Turbo Linux Debian GNU - není komerční distribucí Linux = multiplatformní oprační systém - provozován na různých procesorech (i 64 bit.) Původně bylo jádro Linuxu pouze pro procesory 386 Dodnes Torvalds pokračuje přímo ve vývoji jádra, zatímco ostatní subsystémy jako třeba GNU komponenty jsou vyvíjeny samostatně. Vývoj kompletních systémů, které zahrnují základní systém spolu grafickými prostředími jako KDE či GNOME (které využívají služeb X Window Systému) a množstvím aplikačního softwaru, dnes obstarává mnoho distribucí. Linuxové distribuce dnes vyvíjejí a spravují neziskové organizace, komerční společnosti, ale i jednotlivci.

45 LINUX III. Grafické prostředí v Linuxu ovlivňuje správce oken - windowmanager Je jich řada: BlackBox GNOME KDE 3.x, 4.x

46 Ukázka grafického rozhraní KDE

47 LINUX IV. Jako otevřený systém podporuje Linux řadu soubor. systémů , dokáže z nich číst a zapisovat na ně (např. data z oddílu s OS Windows)

48 Windows - historie Počátky od roku 1975
Od roku 1981 operační systém MS-DOS (pro počítače IBM) První verze Microsoft Windows uvedena na trh v roce 1985 Vývoj systému pokračuje dodnes přes Windows 95/98, 2000, XP a Vista (2007)

49 Windows 1.x - 3.x Snaha vyvinout grafické rozhraní pro ovládání operačního systému -> inspirace grafickým rozhraním od firmy Xerox – převzal Apple a posléze i Microsoft – spor s Microsoftem Snaha překonat nedostatky MS-DOS (multitasking, adresní prostor větší než 1MB, sdílení prostředků v síti) Vrcholem vývojové řady byl Windows 3.11 for Workgroups

50 Ukázka grafického rozhraní Windows 3.11
Zdroj:

51 Windows 95/98 Win 95 - součástí je ještě MSDOs 7.0
dostupná příkazová řádka DOSu Preemptivní multitasking Registrační databáze (registry) Podpora Plug-and-Play Win 98 - podpora nových zařízení - sběrnice USB, DVD, více monitorů (až 9, je-li více než 3, musí být speciální videokarta s více výstupy) AutoUpdate - z Internetu nové ovladače

52 Windows 98/ME WinME (Millenium Edition, nástupce Win 98)
orientovaný na domácího uživatele nová aplikace Media Player (přehrávání MM souborů) Movie Maker - lze vytvářet vlastní sekvence obr., fotogr., opatřit je zvukem, z digitální kamery sem lze převést natočené video, upravovat, stříhat, uložit ve formátu WMV System Fail Protection některé systémové soubory se nedají vymazat z hard disku

53 Windows XP nástupce WinXP - pracovní název Longhorn dnes Windows Vista
WinXP (25. října 2001) postaven na jádře Win2000 odebrání DOSu nástupce WinXP - pracovní název Longhorn dnes Windows Vista postup při uvádění nových verzí systému: nejdříve uváděna tzv. alfa verze tj. nehotové části produktu pouze pro úzký okruh testerů pak beta verze často i veřejná, více testerů ještě nestabilní, chyby po odladění pak bývá RC1 (Release Candidate - kandidát na uvedení)

54 Windows Vista Nové už. rozhraní Aero
(pro plné využití je třeba moderní graf. karta, efekty) Vytlačuje programy třetích stran jako kalendář, prohlížeč a katalog foto (podobně jako Google Picasa), možnost vytváření DVD, Sync center pro synchronizaci souborů, pošty a dokumentů mezi počítači. Pokročilé vyhledávání – indexace souborů. Omezení přihlašování vybraných uživatelů pouze v některé dny a časy. lepší zabezpečení aplikace W. Defender (nástupce Antispyware Beta) bezpečnostní politika User Account Control Verze systému: Home Basic, Home Premium, Business, Enterprise (nebude běžně dostupná), Ultimate (nejdražší)

55 Win NT I. Win NT - 2 typy : Předchůdce Win2000. NT workstation
NT server rozdíly v nabídce služeb Win NT obsahuje DCOM (Distributed Common Object Model) = mechanismus, který umožňuje aplikacím spouštět objekty (programové moduly) na jiných počítačích a jejich spolupráci

56 Win NT II. umí klientům zprostředkovat spojení na servery Novell Netware lépe zajištěna bezpečnost - disky naformátovány na NTFS, pak lze nastavit přístupová práva k souborům a adresářům Podpora FAT, NTFS, CDFS (Compact Disc FS), i POSIX (= standard pro komunikaci procesů v UNIXu)

57 Struktura OS Windows NT/2000

58 Win NT III. Struktura NTFS - organizace disku:
BIOS | MFT | syst. soubory | datová oblast MFT = Master File Table malé soubory mohou být přímo v MFT Používají už UNICODE ne ASCII Podpora real-time komprimace na disku celý svazek adresáře jednotlivě soubory jednotlivě Obnovitelnost disků - i s jiným FS než NTFS

59 Vývojové větve OS Windows

60 Registr Windows Ukládání důležitých informací o nainstalovaných programech. Databáze, programy do ní zapisují informace. Zvětšuje se, protože i po odinstalování programu zde zůstane stopa. Po startu systému je kompletní registr načten do paměti. Nástroj pro editaci - regedit (editor registru, 2 okna), Snadná obsluha, ale pozor, lze si smazat důležité informace. Občas sem zapisuje i různý škodlivý software! Takto se dají některé viry odstřihnout ze startu počítače.

61 Windows joke 

62 Diskuze a otázky