Гл. 7. Эволюция ОС
П.7.1. Появление первых ОС
Цифровые вычислительные машины появились после окончания Второй мировой войны. В середине 40х годов 20в. были созданы первые вычислительные устройства, но ОС ещё не существовали. Все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления, который представлял собой примитивное устройство, состоящее из кнопок и переключателей. С появлением полупроводниковых элементов с середины 60х годов, начался новый этап развития вычислительной техники. Здесь появился новый тип ПО – транслятор. Выполнение каждой программы стало включать загрузку нужного транслятора, его запуск, получение результирующей программы в машинных кодах, связывание программы с библиотеками, загрузку программы в ОП, её запуск и вывод результата на периферийное устройство. Для выполнения всех перечисленных задач в вычислительных центрах были введены должности операторов. Оператор составлял пакеты заданий, которые в дальнейшем запускались на выполнение управляющей программой – монитором. Монитор был способен обрабатывать наиболее часто встречающеюся аварийные ситуации, а оператор следил за функционированием ЭВМ. Таким образом, возникли первые системы пакетной обработки, которые повысили эффективность использования компьютера, но при этом программисты лишились непосредственного доступа к компьютеру, что снижало эффективность их работы.
П.7.2. Появление мультипрограммных ОС для main-фреймов
Следующий важный период развития ОС относится к 1965-1975гг. В технической базе произошёл переход к интегральным микросхемам. В этот период были реализованы практически все механизмы, присущие современным ОС, это мультипрограммирование, мультипроцессирование, многопользовательский режим, виртуальная память, файловая система, разграничение прав доступа, сетевая работа. В эти годы начинается расцвет системного программирования. Наряду с системами пакетной обработки появились системы разделения времени. Системы разделения времени были рассчитаны на многотерминальные системы. В числе первых ОС разделения времени были TSS, GTSS, MULTIS. В них эффективность использования оборудования была ниже, чем в системах пакетной обработки, что являлось платой за удобство пользователя.
Многотерминальный режим использовался и в системах пакетной обработки, тогда не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие ОС получили название систем удалённого ввода заданий. Такие вычислительные системы в какой-то степени стали прообразом компьютерных сетей, а их ПО – прообразом сетевых ОС.
Реализация мультипрограммирования потребовала внесения изменений в аппаратуру компьютера. В процессорах появился привилегированный режим работы, а также средства защиты областей памяти, специальные регистры для быстрого переключения с одной задачи на другую, развитая система прерываний.
Ещё одной важной тенденцией этого периода является создание семейств программно-совместимых машин и ОС для них. Например, IBM/360, IBM/370 (советский аналог –EC), PDP-11 (советский аналог - СМ-4, СМ-3, СМ-1420). ОС этого поколений удовлетворяли большинство требований потребителей.
п.7.3. ОС и компьютерные сети
В начале 70х годов 20 века появились первые сетевые ОС, которые в отличии от многотерминальных позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределённое хранение данных и их обработку. Значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети с помощью электрических связей были получены в конце 60х годов министерством обороны США, которое в 1969 году инициировало работы по объединению суперкомпьютера в оборонных и научно-исследовательских вычислительных центрах. Их единая сеть получила название ARPANET и явилась началом для создания известной сети Интернет. В 1974 году компания IBMобъявила о создании собственной сетевой архитектуры, получившей название SNA (SystemNetworkArchitecture). Эта многоуровневая структура во многом подобная широко известному стандарту модели OSI(OpenSystemInterconnection), которая была принята в 1980 году и является актуальной по сегодняшний день. В это же время в Европе велись активные работы по созданию и стандартизации сетей Х.25. Эти сети не были привязаны к какой-либо конкретной ОС. Это сети с коммутацией пакетов. После получения статуса международного стандарта в 1974 году протоколы Х.25 стали поддерживаться многими ОС, а с 1980 года компания IBMвключила их поддержку в архитектуру SNA и в свои ОС.
В середине 70х годов наряду с main –фреймами широкое распространение получили миникомпьютеры, такие как PDP-11, Nova, HP. Миникомпьютеры первыми использовали большие интегральные схемы, позволившие реализовывать достаточно мощные функции при сравнительно невысокой стоимости. Их архитектура была упрощена, что нашло отражение в ОС. На миникомпьютерах впервые появилась ОС Unix, которая первоначально предназначалась только для поддержки режима разделения времени. С середины 70х годов началось массовое использование Unix, в которой 90% программного кода было написано на языке высокого уровня Си. Доступность миникомпьютеров и их распространение на предприятиях послужило стимулом распространения компьютерных сетей. Первые локальные сети строились с использованием нестандартного коммуникационного оборудования простейшим случаем путём прямого соединения последовательных портов компьютера. ПО компьютерных сетей также было нестандартным и реализовывалось в виде пользовательских приложений. Первое сетевое приложение для Unixсистем появилось в 1976 году и называлось UUCP (Unix-to-UnixCopyProgram). Эта программа позволяла копировать файлы с одного компьютера на другой в пределах локальной сети через различные аппаратные интерфейсы. Кроме того, она могла работать через глобальные связи, например, модемные.
П.7.4. Развитие ОС в 80е годы
К наиболее важным событиям этого десятилетия можно отнести разработку стека коммуникационных протоколов TCP/AP, становление интернета, стандартизация технологий локальных вычислительных сетей, появление первых ПК и ОС для них. Рабочий вариант стека TCP/AP был создан в конце 70х. А в 1983 году он был принят МО США в качестве военного стандарта. Всё десятилетие постоянно появлялись более совершенные версии ОСUnix. Был принят стандарт POSIX. И наконец, появилась наиболее популярная ОС ранних ПК MSDOS. Разработчики первых ПК считали, что индивидуальное использование компьютера и ограничения в его архитектуре не могут использовать мультипрограммирование. Недостающие функции для MSDOS поставлялись внешними программами, предоставляющими пользователю удобный графический интерфейс. Например, NortonCommander–приложение, позволяющее пользователю работать с файлами, т.е. копировать их, перемещать, удалять переименовывать, а также легко перемещаться по структуре каталогов. Ещё одно известное приложение, обеспечивающее сетевые возможности MicrosoftNetworks. Наибольшее влияние на развитие ПО ПК оказала ОС Windows, представляющая собой надстройку над MS-DOS. Компания Novellразработала сетевую ОС OS-Netсо встроенными сетевыми средствами в 1983 году. Эта ОС предназначалась для центрального выделенного сервера локальной сети и имела специфичный программный интерфейс. В дальнейшем продукты компании Novellдостаточно успешно конкурировали на рынке с компанией Microsoftдо конца 90х годов. Другие компании развивали сетевые средства в рамках ОС общего назначения. В 1987 году компании Microsoftи IBM совместно выпустили первую многозадачную ОС для ПК OS/2. Она поддерживала виртуальную память, графический интерфейс пользователя, виртуальную машины для DOS- приложений, развитые сетевые средства. Сетевые разработки Microsoftи IBMпривели к возникновению широко популярного протокола NetBIOS, который одновременно является транспортным протоколом и интерфейсом прикладного программирования для локальных сетей. В 80е годы были приняты основные стандарты компьютерных сетей, которые широко используются и по сей день 1980 – сеть Ethernet, 1985 – сеть TokenRing, конец 80х – сеть FDDI.
П.7.5. Развитие ОС в 90е годы
В 90е годы практически все ОС, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. Сетевые функции стали встраиваться в ядро, являясь его обязательной частью. ОС стали поддерживать одновременную сетевую работу с разнородными клиентами и серверами, используя средства мультиплексирования различных сетевых протоколов. Все производители ОС резко усилили поддержку средств работы с Интернетом. Кроме самого стека протоколов TCP/IP в составе ОС появились такие популярные сервисы, как telnet, DNS, FTP, Web.Особое внимание на этом этапе стало уделяться корпоративным сетевым ОС, в которых хорошо и устойчиво работают в крупных сетях, характерных для больших предприятий, имеющих свои отделения в десятках городов и даже стран. Корпоративная ОС должна взаимодействовать с ОС различных типов и работать на различных аппаратных платформах. Лидером в корпоративных ОС 90х годов стали NovellNetware 4.X, WindowsNT 4.0, Windows 2000. В ОС данного периода средства централизованного администрирования базировались на единой справочной службе. Первой успешной реализацией справочной службы корпоративного масштаба была система StreetTalkкомпания Banyan. Также широкое признание получила справочная служба NDS компании Novell.
90е годы характеризуются ярким этапом развития ОС семейства Windows. В мае 1990 года выпущена Windows3.0 и уже в апреле 1992 года выходит версия 3.1, в которой было сделано более тысячи улучшений по сравнению с предыдущей версией. Уже за 9 месяцев продаже было приобретено около 1 6млн.копий Windows 3.1, а уже через год число пользователей Windows превысило 25 млн.человек, что сделало её самой популярной ОС. В ноябре 1993 года выпущена версия Windowsforworkgroups 3.11. А в сентябре 1994 года версия 3.5 этой же ОС, а также WindowsNTServer 3.5. В этих версиях было увеличено быстродействие, уменьшен размер памяти, занимаемой самой системой, обеспечивалось взаимодействие с другими ОС, в том числе с Unixи NovellNetware. Менее, чем через год, в июне 1995 года вышла WindowsNT 3.51, которая включала сетевую установку Windows 95 в качестве клиента. За 4 дня продаж было продано более миллиона копийWindows 95. Наибольшим изменениям в Windows 95 подвергся пользовательский интерфейс. Именно с Windows 95 начался эпоха кнопки старт. На экране появился рабочий стол, на котором файлы стали показываться в виде пиктограмм, помешенных в специальные папки. С точки зрения программной архитектуры Windows 95 это 32-разрядное много потоковая ОС с вытесняющей многозадачностью. Но тем не менее она была совместима с 16-разрядными приложениями, разработанными для предыдущих версий. В июле 1996 года выпускаются очередные версии семейство WindowsNTforWorkgroup в сервер версии 4.0. В сервер входили программы, легко создающие корпоративные web узлы и управляющие ими. В состав Windows 98 была встроена программа InternetExplorer. В 1996 году началась работа над Windows 2000. В 98 было официально объявлено его название. И эта ОС стала стандартом ОС, используемой в бизнесе. В сентябре 2000 года в свет вышла новая версия ОС, предназначенная для домашнего пользования, WindowsME.
К 2000 году стали очень популярны видео и музыкальные файлы в формате mp3. Начиная с версии MSDOS 4.0.1., корпорация Microsoft стала выпускать русскоязычные версии своих ОС. Они выходили примерно через три месяца после выпуска англоязычной версии. Начиная с Windows2000, этот срок стал постепенно сокращаться, а при выходе WindowsME разрыв составил меньше месяца.