Файл: Пояснительная записка по курсовому проекту по дисциплине Архитектура операционных систем и организация взаимодействия процессов по теме.pdf

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Самарский государственный технический университет»
(ФГБОУ ВО «СамГТУ»)
Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244.
Телефон: (846)3335-075. rector@samgtu.ru
Институт автоматики и информационных технологий (ИАиИТ)
Кафедра: Информационные технологии (ИТ)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ по дисциплине
Архитектура операционных систем и организация
взаимодействия процессов по теме
«Сетевые, распределенные и мультипроцессорные
операционные системы»
Выполнил:
ФИО обучающегося:
Баев Дмитрий Денисович
Курс, факультет, группа:
2-
ИАИТ-21ИАИТ-112
Направление подготовки:
09.03.02 «Информационные системы и технологии»
дата сдачи:
__.05.2023
подпись:
Принял:
Руководитель курсового проекта:
Козлов В.В., к.т.н., доцент каф. ИТ
(фамилия, инициалы, уч.звание, должность)
дата:
03.06.2023
с оценкой:
подпись:
Самара, 2023

2
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Самарский государственный технический университет»
(ФГБОУ ВО «СамГТУ»)
Институт автоматики и информационных технологий
Кафедра информационных технологий
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (КП)
по дисциплине
«Архитектура операционных систем
и организация взаимодействия процессов»
Обучающийся:
Баев Дмитрий Денисович
Курс, группа, факультет:
2-
ИАИТ-21ИАИТ-112
Образовательная программа:
09.03.02 «Информационные системы и технологии»
Тема КП:
«Сетевые, распределенные и мультипроцессорные операционные системы»
Цель и назначение КП:
Изучение сетевых, распределенных и мультипроцессорных операционных
систем, их принципов функционирования и возможностей. Также
рассмотрение проблем, связанных с организацией взаимодействия процессов
в таких системах.
Результат КП:
Проанализированы основные принципы и алгоритмы, связанные с этими
типами операционных систем.
Сравнительный анализ различных сетевых, распределенных и
мультипроцессорных операционных систем, выявлены их преимущества и
недостатки.
Изучены применения данных операционных систем в реальных сценариях.
Задачи:
1.Изучение основных понятий и принципов сетевых ОС, принципов функционирования распределенных ОС, основных концепций и возможностей мультипроцессорных ОС.
2.Рассмотрение проблем, связанных с организацией взаимодействия процессов в сетевых, распределенных и мультипроцессорных ОС.
3.Анализ существующих решений и технологий, используемых для реализации сетевых, распределенных и мультипроцессорных ОС.
Технические требования:
Объем: Определенное количество страниц (30+страниц).
Источники: Научно-обоснованные и актуальные.
Таблицы: Четкая подпись, удобочитаемый формат.
Цитирование и список литературы: Правила цитирования и оформления в соответствии с выбранным стилем (например, ГОСТ Р7.0.100-2018).
Методические указания руководителя:
Критерии оценивания:
«отлично» – в проекте дополнительно должны быть и исследование и программа либо довольно сложная комплексная программа;
«хорошо» – в проекте должна быть программная часть или большое исследование;
«удовлетворительно» – проект реферативного типа или не дотягивает до более высокой оценки.
Требования к документированию:
КП – реферативного типа, приложение или приложение с элементами исследования:
1. Приложение - должно иллюстрировать какой-либо аспект операционных систем;
2. Исследование: с помощью разработанного приложения снимаются характеристики и проводится их анализ (не обязательно в разработанной программе);
3. В случае реферативного типа тема должна быть связана с тематикой операционных систем.
Дата выдачи задания:
«09» января
2023 года
Срок представления законченной работы до:
«03» июня
2023 года
Руководитель проекта:
Козлов В.В.
Задание принял к исполнению:

3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................................. 4 1. ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ....................................................................... 6 1.1. Что такое операционная система? ............................................................ 6 1.2. Функции операционной системы .............................................................. 6 1.3. ОС как расширенная машина .................................................................... 7 1.4. ОС как система управления ресурсами .................................................... 8 1.5. Классификация ОС ....................................................................................... 9 2. МНОГОЗАДАЧНОСТЬ ОС ............................................................................. 11 2.1. Особенности алгоритмов управления ресурсами ................................. 11 2.2. Поддержка многозадачности. .................................................................. 11 2.3. Поддержка многопользовательского режима. ......................................... 12 2.4. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность. ............................... 13 2.5. Многопроцессорная обработка.................................................................. 13 2.6. Особенности аппаратных платформ ......................................................... 14 2.7. Особенности областей использования ...................................................... 15
З. СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ .................................................. 17 3.1. Структура сетевой операционной системы .............................................. 17 3.2. Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами ................ 20 3.3. ОС для рабочих групп и ОС для сетей масштаба предприятия ............. 22 4. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ОС. .............................................................................. 26 4.1. Определение распределенной ОС ............................................................. 26 4.2. Задачи распределенной ОС ........................................................................ 27 4.2.1. Соединение пользователей с ресурсами .......................................... 27 4.2.2. Прозрачность ...................................................................................... 28 4.2.3. Открытость .......................................................................................... 29 4.2.4. Гибкость .............................................................................................. 29 4.2.5. Масштабируемость ............................................................................ 29 4.3. Мультипроцессоры ..................................................................................... 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 31
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................................... 32

4
ВВЕДЕНИЕ
Цель работы:
Целью данной работы является изучение сетевых, распределенных и мультипроцессорных операционных систем, их принципов функционирования и возможностей. Также целью работы является рассмотрение проблем, связанных с организацией взаимодействия процессов в таких системах. Задачи, поставленные для достижения цели:
1. Изучение основных понятий и принципов сетевых ОС.
2. Изучение принципов функционирования распределенных ОС.
3. Изучение основных концепций и возможностей мультипроцессорных
ОС.
4. Рассмотрение проблем, связанных с организацией взаимодействия процессов в сетевых, распределенных и мультипроцессорных ОС.
5. Анализ существующих решений и технологий, используемых для реализации сетевых, распределенных и мультипроцессорных ОС.
Актуальность работы:
В современном мире человек уже не может представить свою жизнь без возможности доступа к сети интернет и компьютеру, который значительно повысил человеческую эффективность и дал возможность получать новые знания. Компьютер, в свою очередь, не может существовать без операционной системы. Несмотря на это, пользователи, активно использующие вычислительную технику, зачастую испытывают затруднения при попытке дать определение операционной системе. Чтобы разобраться в том, что такое сетевые и распределенные операционные системы следует понять, что из себя представляет просто ОС. Операционная система - это программа, предназначенная для запуска других программ на компьютере. ОС считается основой компьютера, управляя и программным и аппаратным обеспечением персонального компьютера либо другой вычислительной машины.
Операционные системы отвечают за все: от управления и распределения

5
памяти до распознавания и ввода информации с внешних устройств до передачи ее на дисплеи компьютеров. Они также управляют файлами на жестких дисках компьютеров и управляют периферийными устройствами, такими как принтеры и сканеры. Операционная система большой компьютерной сети имеет еще больше работы, которую необходимо выполнить. Такие операционные системы отслеживают различные программы и пользователей, обеспечивая гладкую работу, несмотря на то, что одновременно используются многочисленные устройства и программы.
Операционная система также играет жизненно важную роль в обеспечении безопасности.
Его работа включает в себя предотвращение несанкционированного доступа пользователей к компьютерной системе.
Предмет исследования:
Предметом исследования данной работы являются сетевые, распределенные и мультипроцессорные ОС. Работа будет посвящена изучению их основных концепций, принципов функционирования, а также проблем, возникающих при организации взаимодействия процессов в таких системах.
Объект исследования:
Объектом исследования являются процессы, осуществляющие взаимодействие в сетевых, распределенных и мультипроцессорных ОС.
Работа будет посвящена изучению способов организации взаимодействия процессов, передаче данных, синхронизации и координации действий в таких системах.

6
1.
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА
1.1. Что такое операционная система?
Операционная система - это программное обеспечение, необходимое для запуска прикладных программ и утилит. Она работает как мост для выполнения лучшего взаимодействия между программами и аппаратным обеспечением компьютера. Примерами операционных систем являются
UNIX, MS-DOS, MS-Windows - 98/XP/Vista/7/8/10/11, Windows-NT/2000, OS
2 и Мас OS . Операционная система - это диспетчер ресурсов, который управляет всеми ресурсами, подключенными к системе, такими как память, процессор, устройства ввода-вывода.
1.2. Функции операционной системы
ОС управляет всем хранением и доступом к файлам и каталогам операций чтения записи. Операционная система управляет общей деятельностью компьютера, как и устройствами ввода и вывода, которые подключены к компьютеру. Это первое программное обеспечение, которое вы видите, когда включаете компьютер, и последнее программное обеспечение, которое вы видите, когда компьютер в процессе завершения работы. Это программное обеспечение, которое позволяет все программы, которые вы используете. На самом простом уровне операционная система выполняет две функции: Во-первых, она управляет аппаратными и программными ресурсами компьютерной системы. Эти ресурсы включают процессор, память, дисковое пространство и т.д. Во-вторых, она обеспечивает стабильную, последовательную работоспособность для приложений. Первая задача, т. е. управление аппаратными и программными ресурсами, очень важна, так как различные процессы конкурируют друг с другом за получение процессорного времени и пространства памяти для выполнения задачи. В этой связи операционная система выступает в качестве менеджера для распределения имеющихся ресурсов для удовлетворения потребностей каждого процесса.

7
Особенно важна вторая задача, обеспечение согласованного интерфейса приложения. Последовательный интерфейс прикладных программ (API) позволяет пользователю (или S/W разработчику) написать прикладную программу на любом компьютере и запустить эту программу на другом компьютере, даже если конфигурация аппаратного обеспечения отличается, например, как объем памяти, тип процессора или диска хранения. Он защищает потребителя машины от низкоуровневых деталей деятельности машины и обеспечивает часто необходимые средства.
1.3. ОС как расширенная машина
Еще одной важной функцией операционной системы является создание благоприятной обстановки для работы пользователя. Например, используя машинный язык для ввода-вывода человек столкнется с проблемой: для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающих наличие и типы ошибок, которые, очевидно, надо анализировать. Эти команды предназначены для чтения и записи данных, перемещения дисковой считывающей головки и форматирования дорожек, а также инициализации, сброса и повторной калибровки контроллера, дисков.
Самые основные команды чтение и письмо.
Каждое из них требует 13 параметров, упакованных в 9 байт. Эти параметры указывают адрес считываемого дискового блока, количество секторов на дорожку, режим записи, используемый на физическом носителе, межсекторный интервал и то, что делать с удаленной меткой адреса данных.
Необязательно быть программистом, чтоб сделать вывод о монотонности и сложности постоянного программирования этих операций. Возможность удобного просмотра, чтения и записи файлов даёт операционная система. Она предоставляет простой файловый интерфейс и защищает пользователя от

8
рутины, связанной с аппаратурой дискового накопителя, работает с таймерами, оперативной памятью и прочими проблемами. С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину.
1.4. ОС как система управления ресурсами
Другой взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме, управляющем всеми частями сложной системы. В соответствии со вторым подходом, функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирование. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность системы. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:
1. планирование ресурса — то есть определение, кому, когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс;
2. отслеживание состояния ресурса — то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.
Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что, в конечном счете, и определяет их облик в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. Так, например, алгоритм управления процессором в значительной степени определяет, является ли ОС

9
системой разделения времени, системой пакетной обработки или системой реального времени.
1.5. Классификация ОС
Операционные системы следует классифицировать по нескольким признакам. Первым из них является классификация по количеству пользователей. ОС бывают однопользовательскими и многопользовательскими. Как понятно из названия, первая обслуживает только одного пользователя, вторая более, чем одного. Вторым признаком нужно выделить классификацию по числу процессов. Однозадачные
(обрабатывают только одну задачу, т.е. являются устаревшими в наше время); многозадачные (располагает в оперативной памяти одновременно несколько задач, которые попеременно обрабатывает процессор);
Следующий признак классификации по типу средств вычислительной техники: однопроцессорные, многопроцессорные и сетевые ОС. Серверы, как правило, являются многопроцессорным, так как задачи могут выполняться на разных процессорах. Сетевые операционные системы обеспечивают совместное использование ресурсов всеми выполняемыми в сети задачами.
Также операционные системы делятся на ОС с интерфейсом командной строки и ОС с графическим интерфейсом MS-DOS, Unix первые операционные системы. Они в полном смысле слова вели диалог с пользователем. Человек вводил команду, а компьютер, проверяя ее, либо приводил в исполнении, либо сообщал о невозможности исполнения из-за ошибки. Данные операционные системы называются ОС с интерфейсом командной строки. С ходом прогресса стали появляться новые технологии, среди которых стали появляться дисплеи, графическое развитие которых позволило изменить принцип взаимодействия человека и компьютера.
Командная строка была полностью и безвозвратно заменена новым графическим интерфейсом. В нем объекты были отображены с помощью изображений, а действия задавались не написанием кода компьютеру, а

10
выбором той или иной функции из предлагаемых самим компьютером в списке. Данный новый метод диалога с машиной позволял ограничиться всего парой клавиш для взаимодействия. Важным компонентом графического способа ведения диалога является принесенное прогрессом новое устройство для ввода информации в компьютер «компьютерная мышь», без которой сейчас, конечно, и невозможно представить взаимодействие пользователя с компьютера. Windows, МАС OS популярные операционные системы, являющиеся примерами графического интерфейса.
Таким же образом операционные системы различаются и способами реализации алгоритмов и функций, а также управлением оперативной памятью, процессорами, подключаемыми устройствами и другими ресурсами компьютера, особенностями использованных методов конструирования.
Ниже приведена классификации ОС по нескольким наиболее основным признакам.