στην Επιστήμη των Υπολογιστών Κωδικός Διαφανειών: MKT110 Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Γενικό Τμήμα Εργαστήριο Πληροφορικής Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υπολογιστών Κωδικός Μαθήματος: 2895 Κωδικός Διαφανειών: MKT110 Καθηγητής Νίκος Λορέντζος

5. Λογισμικό & Λειτουργικά Συστήματα Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Γενικό Τμήμα Εργαστήριο Πληροφορικής 5. Λογισμικό & Λειτουργικά Συστήματα Καθηγητής Νίκος Λορέντζος

Υλικό - Λογισμικό Υλικό (hardware) Ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός Λογισμικό (software) Προγράμματα

Πόροι Η/Υ Όλα τα ηλεκτρονικά μέρη του Η/Υ και Όλα τα ηλεκτρονικά μέρη του Η/Υ και παντός είδους εγκατεστημένο λογισμικό - Ηλεκτρονικά μέρη Π.χ. ΚΜΕ, ΚΜ, περιφερειακές μονάδες (δίσκος, εκτυπωτής κλπ) - Λογισμικό Π.χ. Λειτουργικό Σύστημα, Μεταφραστικά Προγράμματα, Διάφορα προγράμματα (Word, Excel, Access, …)

Λειτουργικό Σύστημα (Operating System) ΛΣ: Πρόγραμμα, που αποτελεί τη διεπαφή μεταξύ του ηλεκτρονικού εξοπλισμού και του χρήστη και έχει την ευθύνη για - τη διαχείριση και το συντονισμό των δραστηριοτήτων που λαμβάνουν χώρα και - τον καταμερισμό των πόρων του Η/Υ. ΛΣ Η/Υ

Λειτουργικό Σύστημα (Operating System) Παραδείγματα Δυο διαφορετικά πρόγραμμα στέλνουν εκτυπώσεις στον ίδιο εκτυπωτή (πόρος). Το ΛΣ διασφαλίζει ότι οι δυο εκτυπώσεις θα γίνουν χωριστά, η μια μετά την άλλη. 2. Δυο χρήστες ζητούν την εκτέλεση των προγραμμάτων τους (αλλά η ΚΜΕ δεν μπορεί να εκτελεί ταυτόχρονα δυο προγράμματα). Το ΛΣ διασφαλίζει την ομαλή εκτέλεση αμφοτέρων των προγραμμάτων.

Λειτουργικά Συστήματα DOS (Disk Operating System) Unix και παραλλαγές του (Ultrix κλπ) Windows (Παραθυρικό)

Λειτουργικά Συστήματα ΛΣ ΚΜ

Προϋπόθεση εκτέλεσης κώδικα ΛΣ ΚΜ Π Το πρόγραμμα πρέπει να βρίσκεται στην ΚΜ.

Περιβάλλον Προγραμματισμού Μονοπρογραμματισμός Πολυπρογραμματισμός

Μονοπρογραμματισμός ΚΜ Χαρακτηριστικό ΛΣ Π Χαρακτηριστικό Στην ΚΜ υπάρχει μόνο ένα πρόγραμμα, (το οποίο εκτελείται από την ΚΜΕ). Τρόπος επεξεργασίας προγραμμάτων κατά δέσμες ή ομάδες ή παρτίδες (batch processing)

Μονοπρογραμματισμός ΚΜ Περιορισμοί ΛΣ Π Π Περιορισμοί Αδύνατη η εκτέλεση προγράμματος που το μέγεθός του υπερβαίνει τον διατιθέμενο χώρο της ΚΜ. Αδύνατη η εκτέλεση άλλων προγραμμάτων, αν δεν ολοκληρωθεί η εκτέλεση του προγράμματος που βρίσκεται στην ΚΜ. (Πρόβλημα με προγράμματα μικρής χρονικής διάρκειας)

Πολυπρογραμματισμός ΚΜ Χαρακτηριστικά ΛΣ Π1 Π2 Π3 Π1 Π2 Π3 Χαρακτηριστικά Στην ΚΜ υπάρχουν πολλά προγράμματα, τα οποία εκτελούνται από την ΚΜΕ, εκ περιτροπής (καταμερισμός χρόνου). Το ΛΣ έχει την ευθύνη της εκ περιτροπής εκτέλεσης των προγραμμάτων. Ευνοούνται προγράμματα μικρής χρονικής διάρκειας. Προσοχή: Τα προγράμματα δεν εκτελούνται ταυτόχρονα!!!

Πολυπρογραμματισμός ΚΜ Τρόπος επεξεργασίας προγραμμάτων ΛΣ Π1 Π2 Π3 Π1 Π2 Π3 Τρόπος επεξεργασίας προγραμμάτων σε σύνδεση (on line) Π.χ. ανάληψη, πληκτρολόγηση, προγράμματα άμεσης πληροφόρησης Προγράμματα υψηλής προτεραιότητας (high priority) κατά δέσμες ή ομάδες ή παρτίδες (batch processing) Π.χ. μισθοδοσία, εκτυπώσεις Προγράμματα χαμηλής προτεραιότητας (low priority) ΛΣ διακοπτόμενο (interrupt driven)

Πολυπρογραμματισμός Είδη Κατανομής ΚΜ ΚΜ Στατική Κατανομή ΛΣ ΚΜ Π1 Π2 Π3 Είδη Κατανομής ΚΜ Στατική Κατανομή Δυναμική Κατανομή Υπερβατική ή Εικονική Μνήμη

Στατική Κατανομή Μνήμης Χαρακτηριστικά Η ΚΜ είναι χωρισμένη σε τμήματα σταθερής χωρητικότητας. Σε ένα τμήμα της ΚΜ μόνο ένα πρόγραμμα μπορεί να εισέλθει. Σύνολο: 896K 512K 256K 128K ΛΣ Προϋποθέσεις εκτέλεσης προγράμματος Το μέγεθός του δεν πρέπει να υπερβαίνει τη χωρητικότητα ενός τουλάχιστον των τμημάτων, στα οποία έχει χωρισθεί η ΚΜ. Το ως άνω τμήμα πρέπει να είναι διαθέσιμο.

Στατική Κατανομή Μνήμης Σύνολο: 896K 512K 256K 128K ΛΣ Π4 250Κ Αναμονή ολοκλήρωσης του Π1 ή Π2 Π1 412Κ Π1 412Κ Π5 100Κ Αναμονή ολοκλήρωσης του Π1 ή Π2 ή Π3 100Κ 300Κ Π2 156Κ Π2 156Κ Π3 28Κ Π3 28Κ 596Κ

Δυναμική Κατανομή Μνήμης ΛΣ Χαρακτηριστικό Κάθε πρόγραμμα καταλαμβάνει ακριβώς τον χώρο που του είναι απαραίτητος. Σύνολο: 896K Π1 412Κ Π2 156Κ 300Κ Π3 28Κ Π4 250Κ Π4 250Κ 596Κ 846Κ 50Κ

Δυναμική Κατανομή Μνήμης ΛΣ Ολοκλήρωση Π2 Δημιουργία Οπής Άφιξη νέου προγράμματος Μετακίνηση προγραμμάτων Είσοδος νέου προγράμματος Σύνολο: 896K Π1 412Κ Π3 28Κ Π2 156Κ Π4 250Κ Π3 28Κ Π4 250Κ Π5 200Κ Π5 200Κ 890Κ 690Κ 846Κ 206Κ 50Κ 6Κ

Δυναμική Κατανομή Μνήμης Περιορισμοί Αδυναμία εκτέλεσης προγράμματος μεγαλυτέρου από τη χωρητικότητα της ΚΜ Αναμονή προγραμμάτων αν ο διαθέσιμος χώρος της ΚΜ υπολείπεται του χώρου που απαιτούν.

Υπερβατική ή Εικονική ΚΜ Χαρακτηριστικά Κάθε πρόγραμμα διαιρείται σε σελίδες (pages) ή τεμάχια (segments). Στην ΚΜ εισέρχονται μόνο τα τμήματα των προγραμμάτων που πρέπει να εκτελεσθούν. ΛΣ Π1 Π2 Π3

Υπερβατική ή Εικονική ΚΜ ΛΣ Αν απαιτείται η είσοδος νέου τμήματος στην ΚΜ … … τότε βγαίνει από την ΚΜ το τμήμα που δεν έχει χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Π1 Π2 Π3

Υπερβατική ή Εικονική ΚΜ Πλεονεκτήματα Εκτέλεση προγραμμάτων με μέγεθος μεγαλύτερο από εκείνο της ΚΜ Σημαντική αύξηση του αριθμού των προγραμμάτων που βρίσκονται σε κατάσταση εκτέλεσης

Υπερβατική ή Εικονική ΚΜ ΑΡΧΗ ΤΕΛΟΣ ΝΑΙ ΟΧΙ Εκτέλεση Προγράμματος Μετά την εκτέλεση των εντολών της σελίδας n δεν εκτελούνται απαραίτητα οι εντολές της σελίδας n+1.

Σημαντική καθυστέρηση Λανθάνουσα Μνήμη Βοηθητική Μνήμη (ούτε Κύρια ούτε Δευτερεύουσα) Βρίσκεται κοντά στην Κύρια Μνήμη και επικοινωνεί με αυτήν, με στόχο την ταχύτερη εκτέλεση προγραμμάτων. Με χρήση δίσκου Με χρήση ΛΜ ΚΜ ΚΜ ΛΜ Δίσκος Δίσκος Σημαντική καθυστέρηση Σημαντική επιτάχυνση

Πολυεπεξεργασία Ένας Η/Υ με τουλάχιστον 2 ΚΜΕ Η/Υ Κύριος και Δούλοι Η/Υ Μετωπικοί Η/Υ - Η/Υ υποστήριξης - ΚΜΕ σε κάρτα σχεδίασης - … Η/Υ ΚΜ Κύριος ΜΛΑ ΜΕ Δούλος

Παράλληλος Προγραμματισμός Ανεξάρτητα μέρη ενός προγράμματος εκτελούνται ταυτόχρονα (την ίδια χρονική στιγμή) σε διαφορετικούς Η/Υ. Ένας Η/Υ έχει τον κεντρικό έλεγχο για την ομαλή εκτέλεση και ολοκλήρωση του προγράμματος.

Παράλληλος Προγραμματισμός Η/Υ 1 ΚΜ ΚΜΕ ΜΛΑ ΜΕ Η/Υ 2 ΚΜ ΚΜΕ ΜΛΑ ΜΕ Παράλληλες Μηχανές Παράλληλη Επεξεργασία

Συμβατικός και Παράλληλος Προγραμματισμός ΑΡΧΗ 1 Διάβασε ai, i = 1, 2, …, m Διάβασε bj, j = 1, 2, …, n Υπολόγισε i = 1 m μ = 1 n bj Υπολόγισε Σ j = 1 v = 1 ai Σ (ai – μ)2 Σ i = 1 m x = Υπολόγισε n (bj – ν)2 Σ j = 1 y = Υπολόγισε 1 Υπολόγισε r = |x – y| Τύπωσε r ΤΕΛΟΣ

Συμβατικός και Παράλληλος Προγραμματισμός ΑΡΧΗ H/Y 1 H/Y 2 Διάβασε ai, i = 1, 2, …, m (ai – μ)2 Σ i = 1 m x = Υπολόγισε ai μ = 1 Υπολόγισε bj Σ j = 1 n v = 1 (bj – ν)2 y = Διάβασε bj, j = 1, 2, …, n Υπολόγισε r = |x – y| Τύπωσε r ΤΕΛΟΣ

Επεξεργασία σε Πραγματικό Χρόνο Επεξεργασία που υπόκειται σε πραγματικούς χρονικούς περιορισμούς για έγκαιρη αντιμετώπιση ανεπιθύμητων κρισίμων καταστάσεων Π.χ. - Ενεργοποίηση συστήματος αεροσάκου - Ενεργοποίηση συστήματος απεμπλοκής φρένων αυτοκινήτου - Ενεργοποίηση συστήματος αποτροπής έκρηξης σε σταθμό παραγωγής πυρηνικής ενέργειας Προγράμματα Πραγματικού Χρόνου

Σύνοψη Επεξεργασιών Επεξεργασία κατά Δέσμες ή Ομάδες ή Παρτίδες Επεξεργασία σε Σύνδεση Επεξεργασία Πραγματικού Χρόνου Παράλληλη Επεξεργασία

Γενιές ΛΣ 0η Γενιά - Δεν υπάρχει ΛΣ (Κώδικας για τα περιφερειακά γράφεται από τους προγραμματιστές εφαρμογών) - Προγράμματα σε γλώσσα μηχανής (Γλώσσα 1ης Γενιάς) - Μονοπρογραμματισμός - Επεξεργασία κατά δέσμες - Υποαπασχόληση ΚΜΕ 1η Γενιά - Προγράμματα σε Συμβολική Γλώσσα (Γλώσσα 2ης Γενιάς)

Γενιές ΛΣ 2η Γενιά 3η Γενιά - Βελτίωση της 2ης Γενιάς - ΛΣ στο δίσκο (Disk OS) - Πολυπρογραμματισμός – Καταμερισμός χρόνου - Προγράμματα σε γλώσσα 3ης Γενίας, 4ης Γενιάς - Επεξεργασία κατά δέσμες, σε σύνδεση, σε πραγματικό χρόνο, πολυεπεξεργασία, Παράλληλες Μηχανές 3η Γενιά - Βελτίωση της 2ης Γενιάς

Γενιές ΛΣ 4η Γενιά 5η Γενιά - Μικροϋπολογιστές - Μικροϋπολογιστές - Παραθυρικό περιβάλλον, φιλικότητα ΛΣ - Δίκτυα Η/Υ (δημόσια, ιδιωτικά κλπ) - Έμφαση σε Γλώσσες Πολύ Υψηλού Επιπέδου (Γλώσσες 4ης Γενιάς) 5η Γενιά - Διαδικτυακές εφαρμογές - Επεξεργασία πληροφορίας (όχι μόνον δεδομένων) - Επεξεργασία εικόνας, ήχου, ομιλίας