Функции операционных систем персональных компьютеров

Файл исчезает, когда исчезает последняя связь, что указывает на него.Защита файловЗащита файлов выполняется с помощью номера, который идентифицирует пользователя, и установления десяти бит защиты – атрибутов доступа. Права доступа делятся на три типа: чтение (read), запись (write) и выполнение (execute). Эти типы прав доступа могут быть предоставлены трем классам пользователей: владельцу файла, группе, в которую входит владелец, и всем другим пользователям. Девять из этих битов управляют защитой по чтению, записи и выполнения для владельца файла, других членов группы, в которую входит владелец, и всех других пользователей. Файл всегда связан с конкретным пользователем – своим владельцем – и с определенной группой, то есть у него уже есть известное UID (user ID, идентификатор пользователя) и GID (group ID, идентификатор группы) [24].Изменить права доступа к файлу может только его владелец, сменить владельца файла может суперпользователь, группу – суперпользователь и владелец файла.Выполняемая в системе программа всегда запускается от имени какого пользователя и некоторой группы, но связь процессов с пользователями и группами организован сложнее: здесь различают идентификатор доступа к файловой системе (FSUID – filesystemaccessuser ID, FSGID – filesystemaccessgroup ID) и эффективный идентификатор (EUID – effectiveuser ID, EGID – effectivegroup ID), а при доступе к файлу учитываются еще и полномочия (capabilities), приписанные самому процессу.При создании файла получает UID (идентификатор пользователя), что совпадает с FSUID (идентификатор доступа к файловой системе) процесса, который его создает, и как правило GID (идентификатор группы), совпадает с FSGID (идентификатор группы доступа к файловой системе).Атрибуты доступа определяют, что разрешено делать с конкретным файлом данной категории пользователей. Имеют место всего три операции: чтение, запись, выполнение.При создании файла (или еще одного имени для уже существующего файла) модифицируется не один файл, а каталог, в котором появляются новые ссылки на узлы. Уничтожение файла – это уничтожение ссылки. То есть, право на создание или уничтожение файла – это право на запись в каталог.Право на выполнение каталога интерпретируется, как право на поиск в нем (собственно, прохождение через него). Оно позволяет обратиться к файлу на пути, вмещающий данный каталог, даже тогда, когда каталог не позволено читать, а потому список всех его файлов недоступен [25].Атрибуты SUID и SGID являются существенными при запуске программы на выполнение: они требуют, чтобы программа выполнялась не от имени пользователя, запустившего программу, а от имени собственника (или группы) того файла, в которой она находится. Благодаря этому пользователи получают возможность запускать системную программу, которая создает свои рабочие файлы в закрытых для них каталогах.Кроме того, если процесс создает файл в каталоге, что имеет атрибуты SGID, то файл получает GID не по FSGID, а по GID каталога. Это удобно для коллективной работы: все файлы и подкаталоги в каталоге автоматически привязываются к одной и той же группы, хотя создавать их могут разные пользователи.И еще один атрибут CVTX, который относится к каталогам. Он показывает, с каталога, имеет атрибут, ссылки на файл может уничтожить только владелец файла.Существуют две стандартные формы записи с правами доступа: символьная и восьмеричная. Символьная – это цепь из десяти знаков. Восьмеричный запись – это шестизначное число, первые два знака которого определяют тип файла, далее атрибуты, последние три – права владельца, группы и всех остальных.Межпроцессорные коммуникацииОС Unix полностью соответствует технологии «клиент-сервер». Эта универсальная модель служит основой построения систем любой сложности, в том числе и сетевых. Для этого в ОС существуют следующие механизмы [23]:сигналы;семафоры;программные каналы;очереди сообщений;сегменты разделяемой памяти;вызовы удаленных процедур.Сигналы. Если рассматривать выполнение процесса в виртуальном компьютере, который предоставляется каждому пользователю, то в такой системе должна существовать система прерываний, отвечающий следующим требованиям [25]:обработка исключительных ситуаций;средства обработки внешних и внутренних прерываний;средства управления системой прерываний (маскировки и демаскировка).ОС способна не только принимать и обрабатывать сигналы, но и порождать их и посылать на другие машины или процессы. Сигналы могут быть синхронными, когда инициатором сигнала является сам процесс, и асинхронными, когда инициатором является пользователь с терминалом. Источником асинхронных сигналов может быть также ядро, когда оно контролирует определенные состояния аппаратуры, рассматриваются как ошибочные.Сигналы можно рассматривать как простейшую форму мижпроцеснои взаимодействия, сообщают процессы или ядро ​​о возникновении конкретных событий.Семафоры. Семафор в ОС Unix состоит из следующих элементов [21]:значение семафора;идентификатор процесса, который хронологически последним работал с семафором;количество процессов, ожидающих увеличения значения семафора;количество процессов, ожидающих нулевого значения.Для работы с семафорами являются следующие системные вызовы:semget – для создания и получения доступаsemop – для манипуляции значениями семафоров (используется для синхронизации процессов);semctl – для выполнения различных управляющих операций над набором семафоров.Основным системным вызовом для манипуляции семафором является semop:Oldval = semop (id, oplist, count);id – ранее полученный дескриптор группы семафоров;oplist – массив описателей операций над семафорами группы;count – размер этого массива.Возвращаемым системным вызовам, является значение последнего обработанного семафора. Каждый из элементов oplist имеет следующую структуру:номер семафора в указанном наборе семафоров;операция;признаки.Если проверка прав доступа проходит нормально, и указанные в массиве oplist номера семафоров не выходят за пределы размера набора семафоров, то системный вызов выполняется следующим образом. Для каждого элемента массива oplist значение соответствующего семафора меняется в соответствии со значением поля «операция»:если значение поля положительное, то значение семафора увеличивается на единицу, а все процессы, ожидающие увеличения значения семафора, активизируются (или «просыпаются» в терминах Unix)если значение поля операции равна нулю, то, если значение семафора тоже равна нулю, избирается следующий элемент массива oplist. Если же значение семафора отлично от нуля, то ядро ​​увеличивает на единицу количество процессов, ожидающих нулевого значения семафора, а тот процесс, который обратился, переходит в состояние ожидания ( «усипляеться» в терминологии Unix).Если значение поля операции отрицательное, и его абсолютное значение меньше или равно значению семафора, то ядро ​​добавляет это отрицательное значение к значению семафора. Если в результате значение семафора стало нулевым, то ядро ​​активизирует (пробуждает) все процессы, ждали нулевого значения этого семафора. Если же значение семафора меньше абсолютной величины поля операции, то ядро ​​увеличивает на единицу количество процессов, ожидающих увеличения значения семафора и откладывает ( «усыпляет») текущий процесс до наступления этого события.Интересно, что поводом для введения массовых операций над семафорами, как объясняют разработчики Unix, было желание избегать тупиковых ситуаций.Программные каналы. Программные каналы (pipe) в ОС Unix является важным средством взаимодействия и синхронизации процессов. Теоретически программный канал позволяет взаимодействовать произвольном количестве процессов, обеспечивая дисциплину FIFO (стек). То есть процесс, читает из программного канала, прочитает древние данные, записанные в программный канал. При традиционной реализации программных каналов для сохранения данных использовались файлы. В современных версиях Unix для реализации программных каналов применяются другие средства IPC (в частности очереди сообщений) [21].Различают два вида программных каналов: именованные и неименованные. Именованные могут служить для соединения и синхронизации произвольных процессов, знают имя программного канала и имеют соответствующие права доступа.Неименованным программным каналом может пользоваться только процесс, который создал этот канал, и его потомки (не обязательно прямые).Для создания именуемого программного канала (или получения к нему доступа) используется обычный системный файловый вызов open.Для создания неименованного программного канала существует специальный системный вызов pipe. Однако после получения соответствующих дескрипторов оба вида программных каналов используются одинаково с помощью стандартных файловых системных вызовов read, write и close.Системный вызов pipe имеет следующий синтаксис:pipe (fdptr)где fdptr – указатель на массив из двух целых чисел, в которые после создания неименованного программного канала будут записаны дескрипторы, определенные для чтения из программного канала (с помощью системного вызова read) и записи в программный канал (с помощью системного вызова write). Дескрипторы неименованного программного канала – это обычные дескрипторы файлов, то есть в таком программном канале соответствуют два элемента таблицы открытых файлов процесса. Поэтому при последующем использовании системных вызовов read и write процесс не отличает случаи использования программных каналов от случая использования обычных файлов.Для создания именуемых программных каналов (или для получения доступа к уже существующим) используется обычный системный вызов open. Основным отличием от случая открытия обычного файла является то, что когда именуемый программный канал открывается для записи и ни один из процессов не открывает тот же канал для чтения, то процесс, обратился блокируется до тех пор, пока некоторое процесс не откроет некоторый программный канал для чтения. Аналогично выполняется обработка и чтения. Окончание работы процесса с программным каналом выполняется с помощью системного вызова close.Очереди сообщенийДля обеспечения возможности обмена сообщениями между процессами этот механизм поддерживается следующими системными вызовами [23]:msgget для создания новой очереди сообщений или получения дескриптора существующей очереди;msgsnd для отправки сообщения (точнее, для постановки его в указанную очередь)msgrev для получения сообщения (точнее, для выборки сообщения из очереди сообщений)msgct для выполнения ряда управляющих функций.Системный вызов msgget имеет стандартный для семейства get синтаксис:msggid = msgget (key, flag)При выполнении этого вызова ОС или создает новую очередь сообщений, помещая его в заголовок таблицы очередей сообщений и возвращая пользователю дескриптор вновь созданной очереди, или находит элемент таблицы очередей сообщений, которые имеют указанный ключ и возвращают соответствующий дескриптор очереди.Разделяемая память. Для работы с разделяемой памятью используются четыре системные вызовы:shmget – создает новый сегмент разделяемой памяти или находит существующий сегмент с тем же ключом;shmat – подключает сегмент с указанным дескриптором к виртуальной памяти процесса, обращается;shmdt – отключает от виртуальной памяти подключен к ней сегмент по указанному начальной виртуальной адресу;shmct – служит для управления различными параметрами, связанными с существующим сегментом.После того как сегмент разделяемой памяти подключен к виртуальной памяти процесса, он может обращаться к соответствующим элементам памяти с помощью обычных машинных команд чтения и записи без обращения к дополнительным системных вызовов.Вызовы удаленных процедур (RPC)Во многих случаях, взаимодействие процессов носит характер «клиент-сервер». Один из процессов спрашивает услугу и не продлевает своего выполнения до тех пор, пока не получит эту услугу. Сегментно такой режим очень похож на вызовы процедуры. Отсюда и соответствующее название. ОС Unix идеально подходит для того, чтобы быть сетевой операционной системой. Однако остается проблема разного представления данных в компьютерах с разной архитектурой. Поэтому основной идеей RPC является автоматическое обеспечение преобразования форматов данных при взаимодействии процессов, выполняемых на разных компьютерах [21].Реализация технологии удаленных процедур достаточно сложная, поскольку этот механизм должен обеспечить взаимодействие процессов, реализуемых на разных компьютерах. Если в случае обращения к процедуре в том же компьютере, процесс использует стек или общие области памяти, то при удаленном вызове передача параметров процедуры превращается в передачу запроса сетью.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной курсовой работе рассматривались особенности функционирования операционных систем на примере ОС UNIX.Для достижения цели были выполнены следующие задачи:ознакомление с назначением и функциями операционных систем;изучение архитектуры операционных систем;ознакомление с функционированием операционных систем на примере ОС UNIX.Отличием Unix-подобных систем от других ОС заключается в том, что это они являются многопользовательскими многозадачными системами. В Unix могут одновременно работать сразу несколькопользователей, каждый за своим терминалом, при этом выполняя множество различных вычислительных процессов, которые используют ресурсы именно этого компьютера.ДругимотличиемUnixявляетсямультиплатформенность. Ядро системы построенотак, что его функции можно приспособить практически под любой микропроцессор.Unix имеет и другие характерные особенности:использование простых текстовых файлов для настройки и управления системой;широкое применение утилит, запускаемых из командной строки;взаимодействие с пользователем посредством виртуального устройства — терминала;представление физических и виртуальных устройств и некоторых средств межпроцессного взаимодействия в виде файлов;использование конвейеров из нескольких программ, каждая из которых выполняет одну задачу.Среди ОС для рабочих станций и домашнего применения Unix и Unix-подобные ОС занимают после MicrosoftWindows второе (macOS), третье (GNU/Linuxи многие последующие места по популярности.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ18. СнайдерUnix. Руководство системного администратора / Снайдер и др. - М.: Киев: BHV, 2012. - 832 c.19. Стивенс, У. UNIX: разработка сетевых приложений / У. Стивенс. - М.: СПб: Питер, 2010. - 563 c.20. Торчинский, Филипп UNIX. Практическое пособие администратора / Филипп Торчинский. - Москва: СПб. [и др.] : Питер, 2011. - 400 c.Абрамович С.Н. Технология программирования: методы и средства/С.Н. Абрамович – Изд. Ростовского университета, 1992.Батаев, А.В. Операционные системы и среды: Учебник / А.В. Батаев. - М.: Академия, 2011. - 208 c.Вавренюк, А.Б. Операционные системы. Основы UNIX: Учебное пособие / А.Б. Вавренюк, О.К. Курышева, С.В. Кутепов и др. - М.: Инфра-М, 2013. - 256 c.Дейтел, Х., М. Операционные системы. Основы и принципы. Т. 1 / Х. М. Дейтел, Д.Р. Чофнес. - М.: Бином, 2016. - 1024 c.Иртегов Д. Введение в операционные системы/Д. Иртегов – СПб .: БХВ – Петербург, 2012.Иртегов, Д.В. Введение в операционные системы / Д.В. Иртегов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - 1040 c.Карасева, М.В. Операционные системы. Практикум для бакалавров / М.В. Карасева. - М.: КноРус, 2012. - 376 c.Коньков, К.А. Устройство и функционирование ОС Windows. Практикум к курсу "Операционные системы": Учебное пособие / К.А. Коньков. - М.: Бином, 2012. - 207 c.Лингер Р. Теория и практика структурного программирования/РЛингер, Х. Миллс, Б. Уитт – М .: Мир, 1982.Олифер В.Г. Сетевые операционные системы/В.Г. Олифер, Н. А. Олифер – СПб: Питер, 2011. – 544 с.Партыка, Т.Л. Операционные системы, среды и оболочки / Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - М.: Форум, 2003. - 400 c.Робачевский Операционная система Unix / Робачевский, Андрей. - М.: СПб: БХВ, 2017. - 528 c.Рудаков, А.В. Операционные системы и среды: Учебник / А.В. Рудаков. - М.: Инфра-М, 2016. - 480 c.Синицын, С.В. Операционные системы: Учебник для студентов учреждений высш. проф. образования / С.В. Синицын, А.В. Батаев, Н.Ю. Налютин. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 304 c.Спиридонов, Э.С. Операционные системы / Э.С. Спиридонов, М.С. Клыков, М.Д. Рукин. - М.: КД Либроком, 2015. - 350 c.Стащук, П.В. Краткое введение в операционные системы: Учебное пособие / П.В. Стащук. - М.: Флинта, МПСУ, 2008. - 128 c.Столлингс, В. Операционные системы / В. Столлингс. - М.: Вильямс, 2004. - 848 c.Таненбаум, Э. Современные операционные системы / Э. Таненбаум. - СПб.: Питер, 2013. - 1120 c.Цикридис Д. Операционные системы/Д.Цикридис, Ф. Бернстайн – М: – Мир, 1977.Чан Системное программирование на C++ для Unix / Чан, Теренс. - М.: БХВ, 2018. - 592 c.Шеховцов В. А. Операционные системы/В. А. Шеховцов – М .: Изд. гр. BHV, 2015. – 576 с.Шимонски Освой самостоятельно Unix. 10 минут на урок / Шимонски, Роберт. - М.: Вильямс, 2019. - 272 c.Якушева, Н.М. Unix. Коммуникации / Н.М. Якушева, В.А. Машурцев. - М.: Радио и связь, 2015. - 224 c.