ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ (ОС).




ПЛАН.

1. Понятие ОС.

2. Современный уровень и перспективы развития операционных систем и сред.

3. Назначение и функции ОС.

4. Функциональные компоненты ОС.

5. Типы операционных систем.

1. Решение любой задачи на компьютере требует наличия, с одной стороны, программных средств (Software), т.е. программ, определяющих последовательность всех подлежащих выполнению операций, с другой стороны, определенных аппаратных средств (Hardware), т.е. процессора, памяти, дисплея, принтера, клавиатуры и т.д., привлекаемых для реализации этих операций.

Связи между ресурсами вычислительной системы:

  • аппаратные средства, объединяющие технические элементы компьютера;

· программные средства, объединяющие все средства системного программного обеспечения;

Системное ПО организует процесс обработки информации в компьютере и обеспечивает нормальную рабочую среду для прикладных программ.

В его состав входят:

• операционные системы;

• сервисные программы (оболочки, утилиты, антивирусные средства);

• программы технического обслуживания (тестовые программы, программы контроля);

• инструментальное ПО (трансляторы языков программирования, компиляторы, интерпретаторы, ассемблеры).

  • ОС, автоматизирующая стандартные процедуры управления аппаратными и программными средствами;

· прикладная программа, реализующая решение конкретной задачи пользователя. [1, с.325-326]

ОС выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами и пользователем – с другой. [6, с.147]

ОС – это комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс (взаимодействие между элементами системы) между приложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны. [3, с.29]

ОС отвечает за управление всеми устройствами современной компьютерной системы (процессорами, оперативной памятью, дисками, клавиатурой, монитором, принтерами, сетевым интерфейсом и др.) и обеспечивает пользователя программами, имеющими простой, доступный интерфейс, для работы с аппаратурой. [5, с.22]

ОС является обязательной частью системного ПО.

2. Первые ОС появились в середине 50-х гг.

В 90-е годы практически все ОС стали сетевыми. Сетевые функции сегодня встраиваются в ядро ОС, являясь ее неотъемлемой частью. ОС получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных и глобальных сетей, а также средства для создания составных сетей. Появились специализированные ОС, которые предназначены исключительно для выполнения коммуникационных задач.

Во 2-ой половине 90-х годов все производители операционных систем усилили поддержку средств работы с Интернетом.

Особое внимание в течение всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым ОС. Их дальнейшее развитие является одной из наиболее важных задач. Корпоративная ОС отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для больших предприятий, имеющих отделения в десятках городов и даже в разных странах. Корпоративная ОС должна беспроблемно взаимодействовать с операционными системами разных типов и работать на различных аппаратных платформах. Лидеры в классе корпоративных ОС – это Novell NetWare 4.x и 5.0, Microsoft Windows NT 4.0 и Windows 2000, а также UNIX-системы различных производителей аппаратных платформ.

Для корпоративной ОС важно наличие средств централизованного администрирования и управления, позволяющих в единой БД хранить учетные записи о десятках тысяч пользователей, компьютеров, коммуникационных устройств и модулей ПО, имеющихся в корпоративной сети. В современных ОС средства централизованного администрирования обычно базируются на единой справочной службе. По качеству справочной службы оценивают пригодность ОС для работы в корпоративном масштабе.

Создание многофункциональной масштабируемой справочной службы является стратегическим направлением эволюции ОС. От успехов этого направления во многом зависит и дальнейшее развитие Интернета. Например для обеспечения требуемого качества обслуживания трафика пользователей, построения эффективной почтовой системы и т.п.

На современном этапе развития операционных систем большое внимание уделяется средствам обеспечения безопасности.

Современным ОС характерна многоплатформенностъ, т.е. способность работать на совершенно различных типах компьютеров.

В последние годы получила дальнейшее развитие установка на повышение удобства работы человека с компьютером. Пользовательский интерфейс ОС становится все более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения.

ОС будущего должны обеспечить высокий уровень прозрачности сетевых ресурсов, взяв на себя задачу организации распределенных вычислений, превратив сеть в виртуальный компьютер. [3, с.14,24-27]

3. ОС выполняет две группы функций:

  • предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать;

· повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами.

ОС как виртуальная машина:

Для того чтобы успешно решать свои задачи, современный пользователь или прикладной программист может обойтись без досконального знания аппаратного устройства компьютера. Ему не обязательно быть в курсе того, как функционируют различные электронные блоки и электромеханические узлы компьютера.

Например, при работе с диском программисту или конечному пользователю ОС достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Последовательность действий при работе с файлом заключается в его открытии, выполнении одной или нескольких операций чтения или записи, а затем в закрытии файла.

Если бы программист работал непосредственно с аппаратурой компьютера, без участия ОС, то для организации чтения блока данных с диска ему пришлось бы использовать более десятка команд с указанием множества параметров: номера блока на диске, номера сектора на дорожке и т.п. А после завершения операции обмена с диском он должен был бы предусмотреть в своей программе анализ результата выполненной операции. Не менее обременительной выглядит и работа пользователя, если бы ему для чтения файла с терминала потребовалось задавать числовые адреса дорожек и секторов.

ОС избавляет программистов не только от необходимости напрямую работать с аппаратурой дискового накопителя, предоставляя им простой файловый интерфейс, но и берет на себя все другие рутинные операции, связанные с управлением другими аппаратными устройствами компьютера: физической памятью, таймерами, принтерами и т.д.

Реальная машина, способная выполнять только небольшой набор элементарных действий, определяемых ее системой команд, превращается в виртуальную машину, выполняющую широкий набор гораздо более мощных функций. Виртуальная машина тоже управляется командами, но это уже команды другого, более высокого уровня: удалить файл с определенным именем, запустить на выполнение некоторую прикладную программу, повысить приоритет задачи, вывести текст из файла на печать. [3, с.29-30]

ОС формирует удобный пользовательский интерфейс (командный язык для управления функционированием компьютера и набор сервисных услуг, освобождающих пользователя от выполнения рутинных операций), программное окружение, на фоне которого выполняется разработка и осуществляется исполнение прикладной программы пользователя. [1, с.326]

ОС как система управления ресурсами:

ОС не только предоставляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является механизмом, распределяющим ресурсы компьютера.

К числу основных ресурсов современных вычислительных систем относят такие ресурсы, как процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, принтеры, сетевые устройства и др. [3, с.31]

Работа ОС заключается в обеспечении организованного и контролируемого распределения процессоров, памяти и устройств ввода-вывода между различными программами, состязающимися за право их использовать. [5, с.26]

Ресурсы распределяются между процессами.

Процесс (задача) – это программа в стадии выполнения.

Программа – это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными.

Процесс – это динамический объект, который возникает в ОС после того, как пользователь или сама ОС решает «запустить программу на выполнение», т.е. создать новую единицу вычислительной работы. [3, с.31]

Например, если бы на одном компьютере оказались работающими три программы, и все они одновременно попытались бы напечатать свои выходные данные на одном и том же принтере. Возможно, первые несколько строк на листе появились бы от первой программы, следующие несколько – из второй программы, затем бы следовало несколько строк от третьей программы и т.д. В результате получилась бы полная неразбериха. ОС наводит порядок в подобных ситуациях. В процессе работы программы ОС сохраняет ее выходные данные на диске во временном файле. Затем, по окончании работы этой программы, система отправляет данные на принтер, в то время как другая программа может продолжать формировать свои выходные данные, не обращая внимания на то, что они пока еще фактически не посылаются на печатающее устройство. [5, с.26]

Мультипрограммная ОС организует одновременное выполнение сразу нескольких процессов на одном компьютере, поочередно переключая процессор с одного процесса на другой, исключая простои процессора, вызываемые обращениями процессов к вводу-выводу. ОС также отслеживает и разрешает конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода-вывода или к одним и тем же данным. [3, с.31]

Управление ресурсами включает в себя их мультиплексирование (распределение) двумя способами: во времени и в пространстве.

Когда ресурс распределяется во времени, различные пользователи и программы используют его по очереди. Сначала один из них получает доступ к использованию ресурса, потом другой и т.д.

Например, несколько программ хотят обратиться к центральному процессору. В этой ситуации ОС сначала разрешает доступ к процессору одной программе, затем, после того как она поработала достаточное время, другой программе, затем следующей и, в конце концов, опять первой. Определение того, как долго ресурс будет использоваться во времени, кто будет следующим и на какое время ему предоставляется ресурс – это задача ОС.

Еще один пример временного мультиплексирования – распределение заданий, посылаемых для печати на принтер. Когда задания выстраиваются в очередь для печати на одном принтере, ОС каждый раз нужно принимать решение о том, которое из них будет печататься следующим.

Другой вид распределения – это пространственное мультиплексирование. Вместо поочередной работы каждый клиент получает часть ресурса.

Обычно оперативная память разделяется между несколькими работающими программами, так что все они одновременно могут постоянно находиться в памяти (например, используя центральный процессор по очереди). Если предположить, что памяти достаточно для того, чтобы хранить несколько программ, эффективнее разместить в памяти сразу несколько программ, чем выделить всю память одной программе, особенно если ей нужна лишь небольшая часть имеющейся памяти. При этом возникают проблемы справедливого распределения, защиты памяти и т.д., для разрешения подобных вопросов существует ОС.

Другой ресурс, распределяемый пространственно, – это жесткий диск. Во многих системах один диск в одно и то же время может содержать файлы нескольких пользователей. Распределение дискового пространства и отслеживание того, кто какие блоки диска использует, является типичной задачей управления ресурсами, которую также выполняет ОС. [5, с.26-27]

4. Функции ОС автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Такие группы функций называют подсистемами.

Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются подсистемы:

· управления процессами;

  • управления памятью;

· управления файлами;

· управления внешними устройствами.

Подсистемами, общими для всех ресурсов, являются подсистемы:

· пользовательского интерфейса;

· защиты данных;

· администрирования.

Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, т.е. распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, обеспечивает взаимодействие между процессами.

Функциями ОС по управлению памятью являются отслеживание свободной и занятой памяти; выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов; защита памяти; вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, настройка адресов программы на конкретную область физической памяти. [3, с.32-35]

Файловая система является хранилищем программ и данных. Она обеспечивает выполнение операций над файлами. [7, с.33]

При выполнении своих функций файловая система тесно взаимодействует с подсистемой управления внешними устройствами, которая по запросам файловой системы осуществляет передачу данных между дисками и оперативной памятью.

Подсистема управления внешними устройствами (подсистема ввода-вывода) исполняет роль интерфейса ко всем устройствам, подключенным к компьютеру.

Программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учитывающая все его особенности, называется драйвером этого устройства (от английского drive – управлять, вести).

Драйвер может управлять единственной моделью устройства. Для пользователя очень важно, чтобы ОС включала как можно больше разнообразных драйверов, т.к. это гарантирует возможность подключения к компьютеру большого числа внешних устройств различных производителей. [3, с.36]

ОС должна обеспечивать удобный интерфейс не только для прикладных программ, но и для человека, работающего за терминалом. Этот человек может быть конечным пользователем, администратором ОС или программистом. [3, с.39]

Компьютеры содержат большое количество информации, конфиденциальность которой необходимо сохранить: электронная почта, бизнес-планы и др. ОС управляет системой защиты таких файлов, так чтобы они, например, были доступны только пользователям, имеющим на это права. Существуют и другие вопросы безопасности: защита системы от нежелательных гостей (людей, вирусов). [5, с.66]

Функции защиты ОС тесно связаны с функциями администрирования. Администратор определяет права пользователей при их обращении к разным ресурсам системы – файлам, каталогам, принтерам, сканерам и т.п. Кроме того, администратор ограничивает возможности пользователей в выполнении тех или иных системных действий. Например, пользователю может быть запрещено выполнять процедуру завершения работы ОС, устанавливать системное время, завершать чужие процессы, создавать учетные записи пользователей, изменять права доступа к некоторым каталогам и файлам. Администратор может также сократить возможности пользовательского интерфейса, убрав, например, некоторые пункты из меню ОС, выводимого на дисплей пользователя. [3, с.37]

5. Операционные системы классифицируют по следующим показателям:

· количество решаемых задач;

· количество пользователей;

· доступ.

По числу обрабатываемых задач ОС подразделяют на однозадачные и многозадачные. К однозадачным ОС относится MS-DOS. Многозадачные ОС предусматривают одновременное выполнение нескольких приложений. К ним относятся Windows, UNIX.

По числу пользователей ОС подразделяют на однопользовательские и многопользовательские, или сетевые. Многопользовательские ОС включают в себя набор управляющих и обслуживающих программ, обеспечивающих обмен информацией между программами на различных ПК, доступ к общему сетевому ресурсу (например, принтеру), передачу текстовых сообщений и т.д.

По доступу ОС подразделяют на пакетные и диалоговые. В пакетном режиме ОС автоматически исполняет заданную последовательность команд. В диалоговом режиме ОС находится в ожидании команды пользователя и, получив ее, приступает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очередной команды. [9, с.153-155, 8, с.124-125, 4, с.9, 2, с.98-99]



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-07-29 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: