Notes by Edems

SAP_3_OS

7 min read

up:: ZK nav:: ⇐ / ⇒

  • OS
    • OS +
    • Souborového systém
    • Procesy
    • BIOS/UEFI
    • mix

OS

a) OS

  • Definice OS
    • Základní softwarové vybavení počítače, které funguje jako rozhraní (interface) mezi technickým vybavením (hardwarem) a uživatelem/aplikačními programy.
    • Funguje jako Resource Manager (správce prostředků) – přiděluje procesorový čas, paměť, diskový prostor a I/O zařízení spravedlivě a efektivně.
  • Základní funkce OS
    • Správa procesů: Vytváření, plánování (CPU scheduling), synchronizace a ukončování procesů.
    • Správa paměti: Sledování využití, přidělování a odebírání, virtuální paměť (stránkování/segmentace).
    • Správa souborů: Logická organizace dat do souborů a adresářů, mapování na fyzické bloky disku.
    • Správa I/O zařízení: Komunikace s HW pomocí ovladačů, skrytí specifik před uživatelem.
    • Systém ochran: Řízení přístupu (autentizace, autorizace), ochrana paměti procesů.
  • Klasifikace OS
    • Dle úloh: Single-tasking (MS-DOS) vs. Multi-tasking (Windows, Linux).
    • Dle uživatelů: Single-user vs. Multi-user (oddělení relací a oprávnění).
    • Dle určení: Desktopové, Serverové, Mobilní, Embedded/RTOS (systémy reálného času).
  • Architektury a principy struktury OS
    • Monolitická:
      • Všechny služby běží v jádře.
      • Výhoda: Rychlost. | Nevýhoda: Pád jednoho ovladače shodí celý systém.
      • (MS-DOS, raný Linux)
    • Mikrojádro:
      • Jádro zredukováno na naprosté minimum (IPC, paměť, plánování). Ostatní služby běží v uživatelském režimu jako běžné procesy.
      • Výhoda: Stabilita a bezpečnost. | Nevýhoda: Pomalost kvůli časté komunikaci.
      • (Mach, Minix)
    • Modulární:
      • Jádro je monolitické (vše běží v privilegovaném režimu), ale umí dynamicky za běhu načítat a odpojovat moduly (ovladače).
      • (Moderní Linux, Solaris)
    • Hybridní:
      • Architektonicky rozdělené a izolované jako mikrojádro, ale služby běží v privilegovaném režimu (jako monolit) kvůli vysoké rychlosti.
      • (Windows 10/11, macOS)
  • Historický vývoj (generace)
    1. 1. gen. (elektronky): Bez OS, děrné štítky, přímé propojování drátů.
    2. 2. gen. (tranzistory): Dávkové zpracování (batch processing) – zavádění úloh z pásek.
    3. 3. gen. (integrované obvody): Multiprogramování, Time-sharing (sdílení času centrálního počítače uživateli na terminálech).
    4. 4. gen. (mikroprocesory): Osobní počítače, GUI, počítačové sítě, klient-server architektura.

b) Souborový systém

  • Základní principy a charakteristika (FS)
    • Účel: Dlouhodobé uchovávání dat. Překládá logický pohled uživatele (soubory a složky) na fyzický pohled (sektory, bloky na disku).
    • Adresářová struktura: Hierarchické uspořádání. Adresář je speciální typ souboru obsahující seznam odkazů na další soubory.
    • Metadata: Informace O souborech (velikost, vlastník, oprávnění), uložena odděleně od samotných dat.
    • Alokace: Způsob přidělování volného místa na disku (spojitá, zřetězená, indexovaná).
  • Zvolený FS: NTFS (Windows)
    • Základní princip: Základním kamenem je MFT (Master File Table), relační databáze se záznamem o každém souboru. Malé soubory se ukládají přímo do záznamu MFT pro obrovské zrychlení čtení.
    • Žurnálování: FS si zapisuje “záměry” operací do speciálního logu (žurnálu) dříve, než je reálně provede. Zabraňuje to poškození (korupci) dat při výpadku proudu.
    • Bezpečnost (ACL): Každý soubor má Access Control List – určuje detailní oprávnění (číst, zápis, spuštění).
    • EFS a Kvóty: Podpora šifrování dat “za běhu” a možnost přidělovat uživatelům limit velikosti disku.

c) Procesy

  • Proces z hlediska OS (Definice a složení)
    • Proces je běžící program, který OS spravuje a řídí.
      • Program je pasivní entita (soubor uložený na disku), proces je aktivní entita (program ve stádiu vykonávání v RAM).
      • program může mít více procesů (např. každý tab v chrome má vlastní proces)
    • Složení procesu v paměti:
        1. Kódová sekce (strojové instrukce),
        1. Datová sekce (globální proměnné),
        1. Zásobník/Stack (lokální proměnné, návratové adresy),
        1. Halda/Heap (dynamicky alokovaná paměť).
  • Správa procesů (PCB a kontext)
    • PCB (Process Control Block): Speciální datová struktura v jádře pro každý proces. Uchovává stav, PID, procesorové registry, přidělenou paměť a otevřené soubory.
    • Přepnutí kontextu (Context Switch): Režijní a časově náročný krok OS – uložení stavu právě běžícího procesu do jeho PCB a načtení stavu dalšího procesu z jeho PCB při střídání na CPU.
  • Životní cyklus a stavy procesu
    • New (Nový):
      • Založen (přiřazeno PID a PCB), ale ještě nenačten v paměti.
      • (+) Dáš příkaz k vytvoření aplikace. Založí se záznam v OS.
    • Ready (Připraven):
      • Plně načten, čeká ve frontě na přidělení procesoru plánovačem.
      • (+) Aplikace se načte do paměti a křičí: “Jsem připravena, dejte mi procesor!”
    • Running (Běžící):
      • Instrukce se fyzicky vykonávají na CPU.
      • (+) Plánovač jí přidělí procesor a aplikace dělá svůj task.
        • Aplikace potřebuje stáhnout soubor z webu: Jde do Waiting/Blocked. Až se soubor stáhne, přesune se zpět do Ready a čeká na přidělení CPU.
        • Aplikaci vypršel čas: Plánovač ji násilně přeruší a hodí ji rovnou zpět do Ready, kde aplikace čeká na další kolo.
    • Waiting / Blocked (Čekající):
      • Odložen, protože čeká na událost (např. dočtení dat z disku). Neblokuje výkon CPU.
    • Terminated (Ukončený):
      • Dokončil se. Paměť je uvolněna, ale záznam v OS čeká na přečtení rodičovským procesem (zabraňuje vzniku “Zombie” procesu).
      • (+) Task je plně dokončen, nebo jsi proces manuálně zabil ve Správci úloh. Paměť se uklidí.

d) BIOS a UEFI

  • Definice a účel firmware
    • Účel: První softwarový kód spuštěný ihned po zapnutí PC (firmware základní desky).
    • Úkoly: Inicializace hardwaru, provedení testů komponent (POST) a zavedení bootloaderu do operační paměti.
  • BIOS (Basic Input/Output System)
    • Limity: Zastaralý standard (z dob IBM), běží pouze v 16bitovém režimu, má přístup jen k 1 MB RAM. Zastaralé textové UI a pomalý start.
    • Partiční tabulka: K bootování používá MBR (Master Boot Record). Kritický limit: max. velikost disku 2 TB a max. 4 primární oddíly.
  • UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)
    • Moderní standard: Koncept malého OS. Běží ve 32/64bitovém režimu, má přístup k celé RAM, grafické uživatelské rozhraní ovladatelné myší. Obsahuje integrovaný síťový stack (diagnostika přes síť bez spuštěného OS).
    • Partiční tabulka: Využívá GPT (GUID Partition Table). Podporuje disky prakticky neomezené velikosti (až Zettabyty) a 128 oddílů.
    • Secure Boot: Zásadní bezpečnostní prvek UEFI. Během startu ověřuje digitální certifikáty bootloaderu, což zabraňuje spuštění škodlivého kódu (rootkitů) ještě před načtením OS.

mix

  • Adresářové služby
    • Princip: Specializovaná distribuovaná databáze s hierarchickou stromovou strukturou. Optimalizována pro rychlé čtení a vyhledávání (nikoliv pro neustálý zápis jako u SQL).
    • Účel: Centrální správa identit (Identity management). Eviduje uživatele, hesla, skupiny či tiskárny na jednom místě. Umožňuje plošně aplikovat skupinové politiky (GPO).
    • Příklady a protokoly: Microsoft Active Directory (AD), eDirectory (Novell). Využívá se standard LDAP pro dotazování a Kerberos pro autentizaci.
  • Novell Open Enterprise Server (OES)
    • Konvergence: Moderní síťový OS, který nahradil letitý (a zastaralý) Novell NetWare.
    • Charakteristika: Místo vývoje vlastního jádra dnes běží OES nad vyspělým podnikovým linuxovým jádrem SUSE Linux Enterprise Server (SLES).
    • Služby: Na linuxový základ jsou instalovány původní špičkové služby Novellu: file systém NSS, síťový protokol NCP a výkonný adresář eDirectory.
  • Linux charakteristika
    • Definice: Operační systém unixového typu založený na open-source monolitickém jádře (vytvořil Linus Torvalds, obslužné utility dodává projekt GNU).
    • Filozofie: “Všechno je soubor” – hardwarová zařízení i procesy se mapují jako složky a soubory ve FS (např. adresáře /dev, /proc).
    • Klíčové vlastnosti: Víceuživatelský a víceúlohový. Dynamicky modulární jádro (ovladače lze načítat za běhu). Extrémně stabilní a bezpečný díky důkladnému oddělení uživatelských práv a case-sensitive souborovému systému (rozlišuje velká a malá písmena).
    • Distribuce: OS není dodáván jako jeden celek, nýbrž v tzv. distribucích (jádro + utility + správce balíčků + GUI). Např. Ubuntu, Debian, CentOS, RHEL, SUSE.