Praktikum iz operativnihsistema

Lekcija 1: Uvodzima 2013/2014

Prof. dr Branimir Trenki

O meni....

Branimir M. Trenki Doktor tehnikih nauka, oblast raunarske i

telekomunikacione mree Redovni profesor Fakulteta za kompjuterske nauke

Megatrend Univerziteta e-mail: btrenkic@megatrend.edu.rs

trenkic.branimir@gmail.com Molim da subject- linija Vaeg e-mail-a poinje sa

kodom kursa (POP) telefon: (063)7489-292

O kursu....

Obim: 2 + 2 (7 ESPB bodova) Termini:

Predavanja: petak 15:00 17:00 Sala 10 Vebe: etvrtak po grupama

Okosnica kursa:A) Analitiki pristup u analizi osnovnih

funkcija operativnog sistemaB) Linux - korienje

O kursu....

Nain polaganja: Aktivnost na nastavi Odbrana vebi - kroz 2 kolokvijuma Teorijski deo ispita - kroz 2 kolokvijuma Ispit je poloen polaganjem oba dela Redosled polaganja nije bitan

Osnovni materijal kursa

Prezentacije predavanja (pdf format)(Obavezna distribucija svim polaznicima kursa!)

Dodatni materijali korieni na predavanjima(Obavezna distribucija svim polaznicima kursa!)

Zbirka reenih zadataka(Obavezna distribucija svim polaznicima kursa!)

Dodatni materijal kursa

Knjiga (pdf format)(Distribucija na zahtev!)

Dodatni materijal kursa

Knjiga (pdf format)(Moete je nai u biblioteci Faklteta)

OPERATIVNI SISTEMITeorija, praksa i reeni zadaci

Borislav orevi, Dragan Pleskonji, Nemanja Maek

Napomena: Poglavlja 1, 2, 3 i 4

Cilj kursa Praktikum Upravljanje resursima i procesima

raunarskog sistema Analitiki pristup u analizi ovih funkcija operativnog

sistema Specifino okruenje u kome sistem funkcionie

(vremenska uslovljenost) Praktino osposobljavanje za korienje Linux

operativnog sistema Organizacija (sistem datoteka) Komande Shell programiranje

Nastavak.....

Gde smo stali prolog semestra?

Da li smo praktino reili problem? Naravno, nismo Program pasivni entitet u raunarskom sistemu Program mora da se izvri!

Uvod

Operativni sistem u optem smislu, Skup programa koji (A) upravljaju resursima

raunarskog sistema i (B) obezbeuju interfejska korisniku

Prva funkcija upravljanje resursima raunara Resurs? Sve ono to je potrebno programu za rad

Hardverski resursi (procesor, memorija, ulazno-izlazni ureaji)

Softverski resursi (programi, podaci,...)

Uvod

Oekivane funkcije jednog raunarskog sistema:1. Automatsko funkcionisanje

Funkcionisanje bez intervencije operatera ljudske intervencije su znatno sporije od raunara

2. Mogunost planiranja i rasporeivanja poslovaKome e biti dodeljen procesor. Jezik za upravljanje posl.

3. Multiprogramiranje4. Eliminisanje zavisnosti U/I operacija

I/O operacije su mnogo sporije od procesora treba ih izolovani od procesora (kanal - prekid), DMA prenos

Osnovne funkcije OS

Na osnovu definicije operativnog sistema i oekivane funkcionalnosti: Upravljanje poslovima (rasporeivanje

poslova) i interpretacija komandnog jezika; Rukovanje ulazno-izlaznim operacijama; Rukovanje grekama i prekidima; Upravljanje resursima; Omoguavanje viestrukog pristupa; Zatita resursa od zlonamernih napada, sluajnih

greaka korisnika i greaka u korisnikom programu;

Osnovne funkcije OS

Na osnovu definicije operativnog sistema i oekivane funkcionalnosti: Obezbeivanje dobrog interfejsa za operatera i

korisnika; Obraun korienja raunarskih resursa.

Uvod Karakteristike operativnih sistema

Konkurentnost Postojanje vie istovremenih, paralelnih aktivnosti Problem prelaska sa jedne aktivnosti na drugu

Deoba resursa Konkurentne aktivnosti mogu da zahtevaju deljenje

nekog resursa Postojanje dugotrajne memorije

Potreba za trajnim skladitenjem podataka Nedeterminizam

OS je deterministiki orjentisan sa nedeterministikim ponaanjem

Uvod

Vrste operativnih sistema Klasifikacija prema broju korisnika i procesa Po broju korisnika:

Jednokorisniki (single-user) Viekorisniki (multi-user)

Po broju poslova (taskova): Jednoprocesni (single-tasking) Vieprocesni (multi-tasking)

Uvod

Vrste operativnih sistema Klasifikacija prema nainu obrade poslova Sistemi sa grupnom (batch) obradom

Korisnici predaju svoje poslove preko ulaznih jedinica

Izvravaju se jedan za drugim u nizu (seriji) Interaktivni sistemi

Time-sharing sistemi Kombinovani sistemi

Uvod

Vrste operativnih sistema Klasifikacija prema funkcionalnim osobinama

raunarskog sistema Operativni sistemi za velike raunarske sistema Operativni sistemi za sisteme sa deljenjem

vremena Operativni sistemi za stone raunare Operativni sistemi za vieprocesorske sisteme

Uvod

Klasifikacija prema funkcionalnim osobinama raunarskog sistema Mreni operativni sistemi Distribuirani sistemi Udrueni sistemi Operativni sistemi za upravljanje u realnom

vremenu Runi sistemi

ta je to RT sistem?

Definicija:Sistem u realnom vremenu je bilo koji sistem zaobradu informacija iji je odziv, na eksternogenerisanu ulaznu pobudu, unutar konanog ispecificiranog vremenskog intervala.

ta je to RT sistem? Definicija:To je sistem u kome korektnost ne zavisi samo odlogike ispravnosti izlaznih vrednosti, nego i od vremena kada su ti rezultati proizvedeni (dostupni)

vremensko prekoraenje odziva je isto toliko loe kao i pogrean odziv!

ta je to RT sistem? Definicija:Sistem u realnom vremenu je sistem koji morazadovoljiti eksplicitne vremenske zahteve odziva(ograniene vrednosti) ili reskira ozbiljneposledice, ukljuujui i otkaz sistema

Realno vreme? Definicija:

Pojam REALNO VREME znai da sistemsko vreme mora biti sinhronizovano sa vremenom u sredini na koju sistem deluje

Povezani pojmovi Reaktivni sistem - neprekidna interakcija sa

okruenjem (za razliku od obrade podataka)

Ugraeni (engl. embedded) sistem raunarski sistem postavljen u svoje okruenje (ureaj koji kontrolie): kombinacija raunarskog hardvera i softvera, namenjen u odreene svrhe

Bezbednosno kritini sistem otkaz moe prouzrokovati povrede, gubitak ivota, znaajne finansijske gubitke

Ugraeni sistemi

Glavna primena koncepta realnog vremena

Znaajna primena: procenjuje se da je 99% svih proizvedenih procesora upotrebljeno u ugraenim sistemima

Neemo ih specijalno razmatrati, ali ih treba uvek imati na umu

Tipian RT kontrolni sistem

Struktura RT kontrolnog sistema

U svakoj upravljakoj (kontrolnoj) aplikaciji, mogu se razlikovati tri osnovne komponente

Sistem koji treba kontrolisati moe obuhvatati senzore i aktuatore (pobuivae)

Kontroler alje signale ka sistemu saglasno predhodno

odreenim ciljevima kontrole Okruenje u kome sistem deluje

Detaljniji blok dijagram

Softverski prikaz

Tipovi kontrolnih sistema

Zavisno od stepena interakcije sistem okruenje, moemo razlikovati tri tipakontrolnih sistema:

Kontrolni sistemi monitorisanja ne modifikuju okruenje

Blago spregnuti kontrolni sistemi komotna interakcija

Kontrolni sistemi sa vrstom spregom vrlo tesna interakcija izmeu percepcije i akcije

Kontrolni sistemi monitorisanja

Ne modifikuju (menjaju) okruenje Primeri: sistemi intezivne nege

Blago spregnuti sistemi Komotna ili je ak i nema: interakcija izmeu

indikacije i upravljanja (kontrole) Primeri: roboti sortiranja, roboti za sklapanje

(asembliranje),

Sistemi sa vrstom spregom

Procesi indikacije i upravljanja (kontrole) su tesno spregnuti (feedback)

Primeri: sistemi konrole letenja, vojni sistemi, sistemi bitni za ovekov ivot, .

Posledice

Tesna interakcija sa okruenjem zahteva od sistema da njegova reakcija na dogaaj bude precizno vremenski uslovljena.

Vremenska uslovljenost je nametnuta dinaminom prirodom okruenja

=> Operativni sistem mora omoguiti izvravanje

poslova u okviru zadatih vremenskih uslova

Sistem za kontrolu nivoa tenostiCev

Merenje protoka

Slavina

Interfejs

RaunarVreme

Ulaznooitavanje protoka

Obrada

Izlaz: ugaoslavine

Sistemi za Kontrolu ProcesaRaunar za

kontroluprocesa

HemikalijeiMaterijali

Slavina TemperaturniPretvara MealicaKrajnjiProizvodi

Proizvodni POGON

Ogranienja dananjih RTS-a Multi-tasking. Podrka paralelnom

programiranju kroz skup sistemskih poziva za upravljanje procesima

Rasporeivanje zasnovano na prioritetima Mogunost brzog odgovora na eksterne

interapte Osnovni mehanizmi za komunikaciju i

sinhronizaciju procesa. Binarni semafori za realizaciju meusobne iskljuivosti u korienju deljenih resursa. Bez protokola pristupa inverzija prioriteta

Ogranienja dananjih RTS-a

Mali kernel i brzo prebacivanje konteksta. Mali kernel ograniava funkcionalnost a samim tim i predvidljivost sistema

Podrka RT clock-a kao interne vremenske reference. U mnogim komercijalnim kernel-ima jedini mehanizam upravljanja vremenom

Ti tipovi RT kernel-a su projektovani uzimajui u obzir istu osnovnu predpostavku sistema sa deljenim vremenom (timesharing) , gde se poslovi razmatraju kao nepoznate aktivnosti koje se sluajno aktiviraju

Tipian prigovor

Nije isplativo investirati u teoriju sistema u realnom vremenu, pre svega zbog eksponencijalnog rasta brzine raunarskih sistema, sva vremenska uslovljavanja mogu bez problema biti ispinjena.

ODGOVOR: Za proizvoljnu raunarsku brzinu, moraju se dati

garancije da e postavljeni vremenski zahtevi biti ispunjeni. Testiranje NIJE dovoljno.

RT sistemi Brzi sistemi Sistem u realnom vremenu nije brz sistem. Brzina je uvek relativna u odnosu na odreeno

okruenje Velika brzina procesiranja je poeljna, ali ne

garantuje korektno ponaanje sistema

Brzina - Predvidljivost Cilj sistema u realnom vremenu je da garantuje

vremensko ponaanje svakog individualnogposla (task)

Cilj brzog sistema je da minimizira proseno vreme odziva skupa poslova

Ne treba verovati prosenoj vrednosti kada treba garantovati individualnu performansu

John Stankovi...

Ciljne funkcionalnosti RTS-a Blagovremenost

Projektovan za vrna optereenja

Predvidljivost Predvideti konsekvence bilo koje odluke rasporeivanja Za neki posao se ne moe u napred garantovati

izvrenje unutar postavljenih vremenskih zahteva

Otpornost na greke

Jednostavan za odravanje

Predvidljivost Jedna od najznaajnijih osobina koju bi sistemi u

realnom vremenu trebalo da poseduje je predvidljivost

Sistem je u stanju da predvidi evoluciju poslova i garantuje da e strogi vremenski zahtevi biti zadovoljeni

To omoguuju odreeni (i) mehanizmi jezgra operativnog sistema (kernel-a), kao i (ii) informacije koje se dodeljuju svakom poslu

Pouzdanost tih garancija zavisi, meutim, od vrlo irokog spektra faktora

Izvori ne-determinizma... Arhitektonske karakteristike hardvera

interna struktura samog procesora brza memorija (cache), interapti, DMA

Interne karakteristike operativnog sistema rasporeivanje, sinhronizacija, tipovi semafora

Programski jezik nedostatak eksplicitne podrke vremena

Izvori ne-determinizma... Programski jezici:Dananji programski jezici nisu dovoljno izraajnida bi mogli propisati odreena vremenska ponaanja i zbog toga nisu podesni za realizaciju predvidljivih aplikacija u realnom vremenu Ada Nema mogunosti definisanja eksplicitnih

vremenskih zahteva koji se tiu izvrenja poslova

Izvori ne-determinizma... Ada delay naredba odreuje donju granicu vremena

suspenzije izvrenja posla i ne postoje garancije u jeziku da izvrenje posla nee biti odloeno due od eljene gornje granice

Postojanje ne-deterministikih naredbi, kao to je select, onemoguuju pouzdanu analizu najgoreg sluaja istovremenih aktivnosti

Nepostojanje protokola pristupa deljenim resursima moe prouzrokovati da posao vieg prioriteta neogranieno eka kompletiranje posla nieg prioriteta

Izvori ne-determinizma... RT Euclidprogramski jezik koji je specijalno projektovan daomogui pouzdano i garantovano rasporeivanje usistemima realnog vremena Omoguuje programeru uvoenje (i) vremenskog

ogranienja i (ii) timeout- izuzetaka u izvrenju svake programske petlje, wait- naredbi kao i naredbama pristupa periferalima

Izvori ne-determinizma... RT Euclid Pored toga, nametnuta su i neka programska

ogranienja: Odsustvo dinamikih struktura Odsustvo rekurzije Ograniene programske petlje

Omoguuje klasifikaciju procesa kao periodine ili aperiodine

Poseduje naredbe kojima se mogu specificirati odreeni vremenski zahtevi (vreme aktiviranja, perioda), kao i sistemske vremenske parametre, kao to je vremenska rezolucija

Izvori ne-determinizma... RT Concurrent C Proirenje Concurrent C jezika sa mogunostima

specifikacije periodinosti i deadline zahteva, Trai garancije za zadovoljenje postavljenih

vremenskih zahteva, i definie alternativneakcije u sluaju nemogunosti ispunjenja zahteva ili nemogunosti garantovanja njihovog ispunjenja

Izvori ne-determinizma... RT Concurrent C Orjentisan ka dinamikim sistemima, gde poslovi

mogu biti aktivirani i u vreme izvrenja programa Za razliku od RT Euclid jezika, koji je

prevashodno projektovan da podri statikesisteme u realnom vremenu, u kojima se garancije ostvaruju u vreme prevoenja programa

Izvori ne-determinizma... RT Concurrent C Jo jedna vana odlika RT Concurrent C jezika je

mogunost pridruivanja deadline-a svakoj naredbi, koristei sledeu programsku konstrukciju:within deadline (d) naredba-1[else naredba-2]

Ako izvravanje naredbe-1 pone u trenutku t i ne zavri se u trenutku (t+d), tada se izvravanje prekida i izvrava se naredba-2.

Izvori ne-determinizma Bilo koja RT konstrukcija u programskom jeziku

mora biti podrana od strane operativnog sistema kroz namenske servise kernel-a,

Meu svim mehanizmima kernel-a, koji imajuuticaja na predvidljivost, algoritam rasporeivanjaje najznaajniji faktor

Odgovoran kako za ispunjenje vremenskih zahteva, tako i za zadovoljenje zahteva po pitanju deljenih resursa

Tradicionalni pristup Uprkos veoma velikom domenu aplikacije, veina

RT aplikacija je projektovano na osnovuempirijskih tehnika: Asemblersko programiranje Tajming na osnovu namenski konstruisanih

tajmera Upravljanje kroz drajver- programiranje Manipulacija prioritetima

Nedostaci Veoma teko programiranje koje u mnogome

zavisi od mogunosti samog programera Teko razumevanje programskog koda

itljivost 1/efikasnost

Teko odravanje softvera Kompleksne aplikacije sadre milione linija koda Razumevanje tee nego ponovo ga napisati Ali, ponovno pisanje je SKUPO i podlono

grekama

Nedostaci Teko je verifikovati vremenske zahteve bez

eksplicitne podrke alata i metodologija za analizukoda i rasporedljivosti

Visoki stepen nepredvidljivosti!

Neki incidenti zbog softvera Prekoraenje posla (task overrun) u toku

pristajanja LEM modula Prvi let Space Shuttle (sinhronizacija) Ariane 5 (number to overflow) Airbus 320 Pathfinder (reset for timeout) Patriot sistem u ameriko-irakom ratu

Misija Mars - Pathfinder

04. Juli 97 sputanje na Mars (posle 6 meseci)

15. Juli 97 sistem je stalno u resetu zbog istekavremenske kontrole robot prestaje saradom

16. Juli 97 vest je obila svet: inenjeri poinju rad

17. Juli 97 greka je identifikovana (verovatno. 10-6)

Misija Mars - Pathfinder

Misija Mars - Pathfinder

Taskovi BCT i MT dele resurs buffer1Taskovi MT i SCT dele resurs results

Raspored bez konflikta

Konflikt na kritinoj sekciji

Konflikt na kritinoj sekciji

Lekcija je nauena

if something can go wrong, it will go wrong Testiranja, mada neophodna, omoguuju samo

deliminu verifikaciju ponaanja sistema Predvidljivost mora biti ostvarena na nivou jezgra

operativnog sistema Upravljanje preoptereenjima, i otpornost na

greke (fault tolerance) Kritini sitemi moraju biti projektovani na osnovu

pesimistikih pretpostavki

Praktikum iz operativnihsistemaO meni....O kursu....O kursu....Osnovni materijal kursaDodatni materijal kursaDodatni materijal kursaCilj kursaNastavak.....UvodUvodOsnovne funkcije OSOsnovne funkcije OSUvodUvodUvodUvodUvodta je to RT sistem?ta je to RT sistem?ta je to RT sistem?Realno vreme?Povezani pojmoviUgraeni sistemi Tipian RT kontrolni sistemStruktura RT kontrolnog sistemaDetaljniji blok dijagramSoftverski prikazTipovi kontrolnih sistemaKontrolni sistemi monitorisanjaBlago spregnuti sistemiSistemi sa vrstom spregomPoslediceSistem za kontrolu nivoa tenostiSistemi za Kontrolu ProcesaOgranienja dananjih RTS-aOgranienja dananjih RTS-aTipian prigovorRT sistemi Brzi sistemiBrzina - PredvidljivostCiljne funkcionalnosti RTS-aPredvidljivostIzvori ne-determinizma...Izvori ne-determinizma...Izvori ne-determinizma...Izvori ne-determinizma...Izvori ne-determinizma...Izvori ne-determinizma...Izvori ne-determinizma...Izvori ne-determinizma...Izvori ne-determinizmaTradicionalni pristupNedostaciNedostaciNeki incidenti zbog softveraMisija Mars - PathfinderMisija Mars - PathfinderMisija Mars - PathfinderRaspored bez konfliktaKonflikt na kritinoj sekcijiKonflikt na kritinoj sekcijiLekcija je nauena