Lemahieu_Hoofdstuk_8_(2012-13)

Grondslagen v/d beleidsinformatica
Hoofdstuk 8: Systeemprogrammatuur
8.1 OVERZICHT
8.2 WAT WILLEN WE MET DIT HOOFDSTUK BEREIKEN
8.3 INHOUD
ZIE PAGINA 113 VOOR OVERZICHT
8.4 SOORTEN PROGRAMMATUUR
Software zorgt dat de computer gegevens kan verwerken
We denken voornamelijk aan toepassings- of applicatiesoftware
Voorbeelden: tekstverwerkers, spreadsheets, databasepaketten, grafische software, ...
Applicatiesoftware: laat toe om specifieke taken uit te voeren
Verschillende soorten applicatiesoftware:
- Algemene toepassingssoftware (General purpose software)
- Special Purpose Software: speel voor bepaalde zaken ontworpen
Voorbeeld: boekhoudsystemen, onderwijs, ...
Daarnaast ook systeemsoftware
--> alle programmatuur om softwareontwikkelaars te helpen bij de ontwikkeling (Vb: compilers)
--> netwerksoftware
--> systemen voor het bewaken van grote hoeveelheden persistente informatie
(databasemanagementsystemen)
Ze beiden vooral ondersteunende functies, achter de schermen
8.5 DEFINITIE EN SOORTEN OPERATING SYSTEMS
Besturingssysteem: geheel van programma’s voor
- beheer v/h computersysteem
- interface vorm tussen applicatiesoftware (of eindgebruiker) en hardware
Er zijn dus twee (soms conflicterende) doelstellingen:
- Hardware moet men zo efficiënt mogelijk kunnen gebruiken (beheer v/d hardware)
- Systeem moet makkelijk bruikbaar zijn (abstractie v/d hardware)
Zonder besturingssysteem moet een programma in staat zijn:
- de schijf op te starten
- de leesarm positioneren
- transfereren van gegevens
- opvangen van hardwarefouten
Programma’s zouden hardwaregebonden moeten zijn
--> programma’s zouden zich moeten aanpassen aan de verandering v/d hardware
Besturingsystemen nemen deze taak op zich
! Opdrachten enkel uitvoerbaar met opdrachten en operands in het intern geheugen
1
Jeroen De Koninck – HIRB – 2012-2013
Het besturingsysteem bepaald welke geheugenadressen voor welk tijdsinterval aan een programma
in uitvoering worden toegekend
De complexiteit v/e besturingsysteem hangt af van het aantal gebruikers
- Single-user-systemen
- Multi-user-systemen
En ook van het aantal taken op dezelfde moment
- Mono-tasking
- Multi-tasking
Multiprocessing mogelijk bij één computer met meerdere identieke processoren
--> moeten werken met gemeenschappelijk intern geheugen
! Nodige software noodzakelijk
Single-processor: besturingsysteem kan slechts de verwerking van één programma aan
--> dit ene programma bevindt zich dan in het intern geheugen
Monotasking besturingsysteem: één programma per keer, sequentieel aanbod
Monoprogramming: slechts één programma per keer in het intern geheugen
--> dit is een single-user-systeem
Multitasking is noodzakelijk voor een snelle CPU en meerdere randapparatuur
--> verschillende programma’s kunnen tegelijk worden uitgevoerd m.b.v. één processor
Deze processor verwerkt afwisselend instructies v/d verschillende programma’s
--> kunnen afkomstig zijn van één of meer gebruikers
Men spreekt van een multi-gebruikerssysteem
En er zijn meerdere programma’s in het intern geheugen (multiprogrammering)
8.6 BEHEER VAN INFORMATIE- EN COMMUNICATIEMETHODEN
Verschillende computer resources moeten door het besturingsysteem beheerd worden
Voorbeelden: interne geheugen, externe geheugen, in- en uitvoerorganen, processoren, bestanden
Besturingsysteem zorgt voor efficiënt gebruikt en probeert conflicten te voorkomen
Daarnaast ook taakvervullen van systeembeheer
8.6.1 Beheer van geheugen
Geheugenbeheer: toewijzen van intern geheugen aan één of meerdere programma’s
--> beheer van plaats
Men moet bijhouden welke geheugenadressen op welk moment toegewezen zijn aan welk
programma
Een gedeelte v/h besturingsysteem blijft altijd aanwezig in het interne geheugen
--> kern of nucleus v/h besturingsysteem
Door de kern kunnen andere delen v/h besturingsysteem geladen worden in het intern geheugen
Bij het starten v/h besturingsysteem (booten) wordt de kern in het RAM-geheugen gebracht
2
Jeroen De Koninck – HIRB – 2012-2013
Het ROM-geheugen bevat daarnaast de bootstrap (opstartprogramma)
Er zijn ook andere machinegebonden programma’s (kunnen niet veranderen)
Overblijvende geheugen is voor andere delen v/h besturingsysteem en applicatiesoftware
De andere ruimtes dienen dus voor één (monoprogrammering) of meerdere (multieprogrammering)
toepassingsprogramma(s)
Men heeft verschillende toewijzingspolitieken:
- Niet-virtueel geheugenbeheer: volledig programma moet in het geheugen aanwezig zijn
--> geheel in intern geheugen voor uitvoering
--> nadeel: men kan nooit programma’s uitvoeren groter dan het reëel geheugen
- Virtuele geheugenbeheerstechnieken: niet heel het programma moet ingeladen worden
--> extern geheugen wordt “schijnbaar” als intern geheugen gebruikt
Dit is echter enkel van toepassing voor de actieve programmadelen
Swappen: overbrengen van programmagedeelten van intern naar extern en omgekeerd
Door virtueel geheugenbeheer stijg de multiprogrammeringsgraad
Er kunnen namelijk meer programma’s gedeeltelijks in het intern geheugen zitten
6.8.2 Beheer van processen
Processor kan slechts één programma-instructie aan
--> bij multitaskingsysteem moeten programma’s in intern geheugen afwisselend gebruik maken v/d
processor
Process scheduler: regelt het afwisselend gebruik
Programma: statisch geheel van opdrachten
Programma in uitvoering (proces): dynamische activiteit waarvan eigenschappen kunnen wijzigen
Multitaskingsysteem kan zich in drie toestanden bevinden door niet-continu gebruik v/d processor
- Running-toestand: een instructie v/h proces wordt door de processor verwerkt
- Ready-toestand: proces is klaar met de uitvoering of om verderzetting (ander proces bezig)
- Blocked-toestand: proces heeft zichzelf onderbroeken of processor afgestaan
ZIE PAGINA 138 VOOR SCHEMATISCH OVERZICHT
Interruptsignalen: regelen de overgangen tussen de verschillende toestanden
8.6.3 Beheer van randapparatuur
Besturingsysteem beheerd randapparatuur
Zorgt voor toewijzing en controle v/h gebruik v/d apparatuur door de processen
Applicaties met opdrachten rond randapparaten doen dit op apparaatonafhankelijke vorm
--> niet iedere toepassing moet rekening houden met specifieke hardware details v/h randapparaat
De omzetting v/d opdrachten naar de besturing v/h randapparaat
--> gebeurt door het besturingsysteem
Het is dus de beheerder en de abstractie naar de applicatiesoftware toe
3
Jeroen De Koninck – HIRB – 2012-2013
Voorbeeld:
We geven printopdracht
--> printer heeft mechanische opdrachten
Printer interface zorgt voor omzetting van digitale opdrachten naar mechanische
Deze interface is apparaatafhankelijke hardware
De signalen zijn dit ook, ze zijn bestemd voor één specifieke printer
Maar hetzelfde bestand kan door andere printers ook worden afgeprint
--> device driver: zet de afdrukopdrachten om naar de printspecifieke opdrachten
Device driver: apparaatafhankelijke software
Het besturingsysteem bepaald wanneer en hoelang het apparaat toegang krijgt tot een proces
! Afscherming van specifieke hardware details
Zo is er per apparatuur enkel een device driver nodig
Een printer is een ondeelbaar randapparaat
--> het is toegekend aan een taak voor volledige duur
Bij multi-tasking betekent dit dat men sequentieel het device moet gebruiken
Wanneer elke taak één dergelijk randapparaat heeft kan men dit verbeteren
--> economisch en technisch vaak niet haalbaar
Men kan dit oplossen door elke gebruiker van een virtual device te voorzien
--> ieder gebruiker krijgt de indruk over een eigen randapparaat te beschikken (werkelijk niet zo)
We noemen dit de SPOOLing-techniek (Simultaneous Peripheral Operation On Line)
--> men brengt de output op een snelle schijf die doorstuurt naar het device
Gebeurd wel in bepaalde volgorde (nog steeds sequentieel)
Maar niet meer pas mogelijk bestand af te drukken als vorige gedaan is
Er zijn ook deelbare randapparatuur
--> meerdere processen tegelijk gebruiken (dit gedurende één of meer relatief korte tijdsintervallen)
8.6.4 Beheer van gegevensbestanden
Extern geheugen moet ook beheert worden
Men ondersteunt een logisch element (het bestand)
--> informatie wordt door het besturingsysteem uniform toegankelijk gemaakt
(Ongeacht of het bestand op een harde schijf, memory stick of CD-rom bevindt)
Besturingsysteem zorgt vaak ook voor het organiseren van bestanden onderling
Voorbeeld: directories of door naamgeving v/h bestand (extensies)
Besturingsysteem voorziet dus koppeling tussen logische eenheden en fysische aspecten v/h medium
4
Jeroen De Koninck – HIRB – 2012-2013
8.6.5 Systeembeheerstaken
Besturingsysteem is ook een systeembeheerder
--> bevat drie grote taken:
- Systeemtoegang: controleren of gebruiker gegevens/software mag raadplegen
--> vaak via paswoordcontrole
- Systeembeveiliging: beheer van besturingsysteem processen en gegevens
--> kans op verlies van data minimaliseren
--> functie om back-up te maken (herstelling mogelijk maken)
- Louter administratieve taken (monitoring voor extern geheugen en randapparatuur
Voorbeelden: bijhouden v/d laatste wijziging, hoeveel pagina’s men print, ...)
Dit is voornamelijk interessant wanneer er meerdere gebruikers zijn op het systeem
8.7 BESTURINGSYSTEEM ALS ABSTRACTIE VAN HARDWARE
Zowel toepassingsprogrammatuur en eindgebruikers worden afgeschermd van hardwaredetails
Gebruiker geeft commando’s, vraagt achter diensten bij besturingsysteem
Programma doet dit door systeemoproepen (system calls)
Hierdoor wordt meer ondersteunt dan enkel machine taal
Besturingsysteem zet deze commando’s en systeemoproepen om tot machinetaal
De meeste besturingsystemen zorgen voor commando’s die manipuleren
Voorbeelden: kopiëren, aanmaken, wissen, benoemen, opvragen, ... van bestanden
Commando-interface bepaald hoe men de commando’s moet ingeven
- Menugestuurde interface: aanklikken van menuitems
- Grafische interface: aanklikken van iconen
- Lijngewijze of tekstuele interface: invoeren via toetsenbord
Menugestuurde en grafische interfaces zijn doorgaans gebruiksvriendelijker
8.8 ENKELE VOORBEELDEN VAN OPERATING SYSTEMS
Keuze v/e operating system wordt bepaald door hardware architectuur
Er is een ander besturingsysteem nodig voor IMB-compatibele dan voor Apple computers
Ook kan het operating system van mainframe niet gebruikt worden op een PC of tablet
Applicatieprogrammatuur wordt afgesteld op een bepaald besturingsysteem
--> ze maken gebruik v/d diensten v/h besturingsysteem (zo geen hardware details)
8.8.1 DOS en Windows
DOS (Disk Operating System)
--> draait op IBM-compatibele computers
Het is een monotasking operating system
Vroeger was het alleen lijngewijs, nu ook menugestuurde interface
! Er is geen standaard user interface voor applicatiesoftware
--> uniformiteit is volledig zoek: DOS-applicaties moeten in eigen user interface voorzien
5
Jeroen De Koninck – HIRB – 2012-2013
DOS werd uitgebreid naar Windows
--> werken met grafische user interface als commando-interface
--> kan ook voor toepassingssoftware gebruikt worden
Hier kan men ook meerdere applicaties opstarten (multiprogrammering)
Deze kunnen allen op het scherm worden gebracht
Ondertussen staat Windows los van DOS
--> Windows is een volwaardig besturingsysteem geworden
--> hierdoor is multitasking mogelijk
Windows 8 richt zich vooral op touch screens
8.8.2 OS X
Dit is het besturingsysteem van Apple
--> reeds lang voor Windows boodt Apple muisbesturing, vensters en grafisch user interface aan
Vaak kan men op een Apple computerhardware ook Windows-besturingsystemen installeren
Voor tablets en smartphones gebruikt men iOS (eigen besturingsysteem)
8.8.3 UNIX en LINUX
Unix-besturingsysteem: oorspronkelijk hulpmiddel voor programmeurs en softwareontwikkelaars
--> vond ook weg in commerciële omgevingen
Unix is een multi-user en multitasking besturingsysteem
Het systeem kan op verschillende hardware architecturen draaien
Voorbeelden: PC’s, workstations, mainframes, minicomputers, ...
Minicomputer: situeren zich qua omvang tussen desktop en mainframes (niet mini dus)
Er zijn verschillende Unix-implementaties van hardwareconstructeurs zoals:
- AIX van IBM
- Solaris van SUN (Oracle)
Unix werd ontwikkeld naar open source versie genaamd Linux
Unix werd vooral voor server- en mainframe omgevingen gebruikt
Linux is meer een alternatief voor Windows (cliënt gericht)
6
Jeroen De Koninck – HIRB – 2012-2013