Раздел 1 основы теории ос

1. Общие сведения об операционных системах

Понятие операционной системы

ОС – это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для повышения эффективности аппаратуры компьютера путём рационального управления его ресурсами, а так же для обеспечения удобств пользователю путем предоставления ему расширенной виртуальной машины.

ОС компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны и аппаратурой компьютера с другой. В соответствии с этим определением ОС выполняет две группы функций:

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

2. повышение эффективности использования компьютера путём рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

Этапы развития ОС

История ОС насчитывает примерно полвека. Она во многом определялась и определяется развитием элементной базы и вычислительной аппаратуры.

1. Первые цифровые вычислительные машины, появившиеся в начале 40-х годов, работали без ОС.

2. Прообразом современных ОС явились мониторные системы с середины 50-х годов, которые автоматизировали действия оператора по выполнению пакета заданий.

3. В конце 60-х годов были начаты работы по созданию глобальной сети ARPANET – глобальной общедоступной сети, которая стала для многих сетевых ОС испытательным полигоном, позволившим проверить в реальных условиях возможности их взаимодействия, степень масштабируемости, способность работы при экстремальной нагрузке.

4. К середине 70-х годов широкое распространение получили мини-компьютеры. Архитектура мини-компьютеров была значительно упрощена по сравнению с мейнфреймами, что нашло отражение и в их ОС. Экономичность и доступность мини-компьютеров послужило мощным стимулом для создания локальных сетей. В этот период были реализованы практически все основные концепции, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, многотерминальный режим, виртуальная память, файловые системы, разграничения доступа и сетевая работа.

5. С середины 70-х годов началось массовое использование операционной системы UNIX, которая сравнительно легко переносилась на различные типы компьютеров.

6. В конце 70-х годов был создан рабочий вариант стека протоколов TCP/IP.

7. Начало 80-х годов связано со знаменательным для истории ОС событие – появление персональных компьютеров, которые послужили мощным катализатором для бурного роста локальных сетей. Приняты основные стандарты на коммуникационные технологии для локальных сетей: в 1980 году – Ethernet, в 1985 году – Token Ring, в конце 80-х годов – FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых ОС на нижних уровнях, а так же стандартизовать интерфейс ОС с драйверами сетевых адаптеров.

8. К началу 90-х годов практически все ОС стали сетевыми, способными поддерживать работу с разнородными клиентами и серверами. Появились специализированные сетевые ОС, предназначенные исключительно для выполнения коммуникационных задач, например системы IOS компании Cisсo Systems, работающая в маршрутизаторах.

9. Особое внимание в течение всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым ОС.

Назначение и функции ОС

Для того чтобы успешно решать свои задачи, современный пользователь или даже прикладной программист может обойтись без досконального знания аппаратного устройства компьютера. Часто пользователь может даже не знать как системы команд процессора. Пользователь-программист привык иметь дело с мощными высокоуровневыми функциями, которые ему предоставляет ОС.

ОС избавляет программистов не только от необходимости на прямую работать с аппаратурой дискового накопителя, но и берет на себя все другие рутинные операции, связанные с управлением другими аппаратными устройствами компьютера: физической памятью, таймерами, принтерами и т. п.

В результате 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.

Таким образом, назначение ОС состоит в предоставлении пользователю/программисту некоторой расширенной виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальный компьютер или реальную сеть.

В соответствии с этим ОС выполняет две группы функций:

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

2. повышение эффективности использования компьютера путём рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

А тек же:

1. ОС как виртуальная машина;

2. управление ресурсами;

3. управление процессами;

4. управление памятью;

5. управление памятью и внешними файлами;

6. защита данных и администрирование;

7. обеспечение интерфейса прикладного программирования;

8. обеспечение пользовательский интерфейс.

Классификация ОС

Распространено несколько критериев классификации ОС:

1. по числу пользователей: однопользовательские (ms-dos) и многопользовательские (в зависимости от числа пользователей, одновременно работающих с ОС);

2. по числу задач: на одно- и многозадачные;

3. по переносимости на непереносимые и переносимые на другие типы компьютеров;

4. по архитектуре на однопроцессорные, мультипроцессорные, распределенные и сетевые.

Многопроцессорные системы состоят из двух или более центральных процессоров, осуществляющих параллельное выполнение команд. Поддержка мультипроцессирования является важным свойством ОС и приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. Многопроцессорная обработка реализована в таких ОС, как Linux, Solaris, Windows NT и в ряде других.

Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро и задача может быть выполнена на любом процессоре, то есть обработка полностью децентрализована. В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор (master) и подчиненные (slave), загрузку и характер работы которых определяет главный процессор;

5. по времени доступа на пакетные ОС, ОС реального времени, ОС разделения времени. В ОС пакетной обработки программ, подлежащих выполнению, формируется пакет, который вводится в память и последовательно обрабатывается. Благодаря разделению времени, удается организовать одновременный диалоговый или интерактивный, доступ к компьютеру пользователей с различных терминалов. ОС при этом разделяет ресурсы в соответствии с принятой дисциплиной обслуживания реального времени управляют внешними процессами и объектами и обеспечивают гарантированное время ответа нам внешние события.