Основные понятия операционных систем

Основные понятия операционных систем

Понятие ОС, операционной среды и операционной оболочки.

Любая Вычислительная система включает в себя:

аппаратную часть — набор устройств , объединенных магистральным соединением — шиной; программное обеспечение , которое делится на два вида: системное — это совокупность программ, предназначенных для управления аппаратной частью компьютера и обеспечения взаимодействия пользователя с компьютером; прикладное

Программа — это записанный в определенном порядке набор команд, выполнение которых обеспечивает решение конкретной задачи.

Определение 1.1. Операционная система — комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые:

выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами; предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.

Интерфейс в широком смысле — определенная стандартами граница между взаимодействующими независимыми объектами.

Мы под термином Интерфейс будем понимать конкретный способ взаимодействия пользователя с компьютером.

Ресурсы — многократно используемые, относительно стабильные и часто недостающие объекты, которые запрашиваются, задействуются и освобождаются в период их активности.

К числу основных ресурсов современных вычислительных систем относятся процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, принтеры, сетевые устройства и др.

Определение 1.2. Операционная среда — программная среда, в которой выполняются прикладные программы пользователей.

Программист может не знать детали управления конкретными ресурсами компьютера и должен обращаться к ОС с соответствующими вызовами, чтобы получить от нее необходимые сервисы и функции. Этот набор сервисов и функций и представляет собой операционную среду, в которой выполняются прикладные программы.

Отметим, что ОС может осуществлять поддержку нескольких различных операционных сред.

Определение 1.3. В общем случае под Оболочкой ОС понимается часть операционной среды, определяющая интерфейс пользователя, его реализацию , командные и сервисные возможности пользователя по управлению прикладными программами и компьютером.

Процесс — абстракция, представляющая программу во время ее выполнения.

Файл — именованная часть пространства на носителе информации.

Назначение ОС:

Организация удобного интерфейса между пользователями и аппаратурой компьютера: Разработка программ : ОС предоставляет программисту разнообразные инструменты разработки приложений: редакторы, отладчики и т. п. Исполнение программ. Для запуска программы нужно выполнить ряд действий: загрузить в основную память программу и данные, инициализировать устройства ввода-вывода и файлы, подготовить другие ресурсы. ОС выполняет всю эту рутинную работу вместо пользователя.

Доступ к устройствам ввода-вывода. Для управления каждым устройством используется свой набор команд. ОС предоставляет пользователю единообразный интерфейс, который скрывает все эти детали и обеспечивает программисту доступ к устройствам ввода-вывода с помощью простых команд чтения и записи. Контролируемый доступ к файлам.

При работе с файлами управление со стороны ОС предполагает не только глубокий учет природы устройства ввода-вывода, но и знание структур данных, записанных в файлах. Многопользовательские ОС, кроме того, обеспечивают механизм защиты при обращении к файлам. Системный доступ. ОС управляет доступом к совместно используемой или общедоступной вычислительной системе в целом, а также к отдельным системным ресурсам. Она обеспечивает защиту ресурсов и данных от несанкционированного использования и разрешает конфликтные ситуации.

Обнаружение ошибок и их обработка. При работе компьютерной системы могут происходить разнообразные сбои за счет внутренних и внешних ошибок в аппаратном обеспечении, различного рода программных ошибок . В каждом случае ОС выполняет действия, минимизирующие влияние ошибки на работу приложения . Учет использования ресурсов. Хорошая ОС имеет средства учета использования различных ресурсов и отображения параметров производительности вычислительной системы.

Эта информация важна для настройки вычислительной системы с целью повышения ее производительности. Организация эффективного использования ресурсов компьютера. ОС является своеобразным диспетчером ресурсов компьютера: ресурсы распределяются ОС между выполняемыми программами.

Управление ресурсами включает решение ряда общих задач:

Планирование ресурса — определение, какому процессу, когда и в каком качестве следует выделить данный ресурс; Удовлетворение запросов на ресурсы — выделение ресурса процессам; Отслеживание состояния и учет использования ресурса — поддержание оперативной информации о занятости ресурса и распределенной его доли; Разрешение конфликтов между процессами, претендующими на один и тот же ресурс. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы. Ряд ОС имеет в своем составе наборы служебных программ, обеспечивающие резервное копирование, архивацию данных, проверку, очистку и дефрагментацию дисковых устройств и др.

Кроме того, современные ОС имеют достаточно большой набор средств и способов диагностики и восстановления работоспособности системы. Сюда относятся:

диагностические программы для выявления ошибок в конфигурации ОС; средства восстановления последней работоспособной конфигурации; средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др.

Возможность развития. Современные ОС организуются таким образом, что допускают эффективную разработку, тестирование и внедрение новых системных функций, не прерывая процесса нормального функционирования вычислительной системы. Большинство ОС постоянно развиваются .

Происходит это в силу следующих причин. Обновление и возникновение новых видов аппаратного обеспечения. Новые сервисы. Исправления.

В каждой ОС есть ошибки. Время от времени они обнаруживаются и исправляются. Отсюда постоянные появления новых версий и редакций ОС.

Классификация ОС.

Рассмотрим основные классификационные признаки ОС.

По назначению ОС делятся на: Специализированные — работающие с фиксированным набором программ ; Универсальные — рассчитанные на решение любых задач пользователей. По способу загрузки можно выделить Загружаемые ОС ; Системы, постоянно находящиеся в памяти вычислительной системы. Последние, как правило, специализированные и используются для управления работой специализированных устройств . По особенностям алгоритмов управления ресурсами.

Главным ресурсом системы является процессор, поэтому дадим классификацию по алгоритмам управления процессором: Поддержка многозадачности . По числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на 2 класса:

однопрограммные — MS-DOS; многопрограммные — Windows.

Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

однопользовательские ; многопользовательские .

Виды многопрограммной работы. Специфику ОС во многом определяет способ распределения времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами:

не вытесняющая многопрограммность — активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдаст управление ОС; вытесняющая многопрограммность — решение о переключении процессов принимает ОС.

Многопроцессорная обработка.

ОС без поддержки многопроцессорной обработки ; ОС с поддержкой многопроцессорной обработки .

По области использования и форме эксплуатации: Системы пакетной обработки предназначены для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности таких систем является максимальная пропускная способность, т. е. решение максимального числа задач в единицу времени. В Системах разделения времени каждому пользователю предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой.

Т. к. каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину. Системы реального времени предназначены для управления техническими объектами , где существует предельное время на выполнение программ, управляющих объектом. По аппаратной платформе , для которой они предназначаются, ОС делят на следующие группы: ОС для смарт-карт. Некоторые из них могут управлять только одной операцией, например, электронным платежом.

Встроенные ОС. Управляют карманными компьютерами , мобильными телефонами, телевизорами, микроволновыми печами и т. п. ОС для персональных компьютеров, например, Windows 9.x, Windows ХР, Linux, Mac OSX и др. ОС мини-ЭВМ, например, RT-11 для PDP-11 — OC реального времени, RSX-11 M для PDP-11 — ОС разделения времени, UNIX для PDP-7. ОС мэйнфреймов , например, OS/390, происходящая от OS/360 . Обычно ОС мэйнфреймов предполагает одновременно три вида обслуживания: пакетную обработку, обработку транзакций и разделение времени.

Серверные ОС, например, UNIX, Windows 2000, Linux. Область применения — ЛВС, региональные сети, Intranet, Internet. Кластерные ОС.

Кластер — слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений и представляющихся пользователю единой системной, например, Windows 2000 Cluster Server, Windows 2008 Server, Sun Cluster .