Раздел 1 Основы теории операционных систем

Тема 1.1 Общие сведения об ос Теоретические сведения

Операционная система – это компьютерная программа или комплекс программ, обеспечивающая среду для выполнения других программ и дающая этим программам доступ к возможностям процессора и периферийных устройств компьютера, таких как диски, дисплей и так далее.

Назначение, функции и характеристики операционных систем

Современные операционные системы выполняют три основные функции:

• Во-первых, они упрощают использование аппаратных средств компьютера, и делает работу с ним эффективной и удобной.

• Во-вторых, важным свойством операционных систем является унификация программного обеспечения.

Раньше программы были машинно-зависимыми. То есть программа, написанная для одного компьютера, не могла работать на другом,  пусть даже таком же компьютере, без корректировки. С появлением операционных систем, программистам больше не надо переписывать приложения для каждого нового компьютера, так как все машинно-зависимые части программы были перенесены в код операционных систем. В-третьих, операционная система должна быть организована так, чтобы она допускала эффективную разработку, тестирование и внедре­ние новых приложений и системных функций, причем это не должно ме­шать нормальному функционированию вычислительной системы.

Типичная современная операционная система предоставляет пользователям некоторых набор сервисов.

• Во-первых, это разработка программ. Содействуя программисту при разработке программ, операционная  система  предоставляет ему  разнообразные  инструменты  и сервисы, например редакторы, компиляторы или отладчики. Обычно эти сервисы реализо­ваны в виде программ, которые поддерживаются операционной сис­темой, хотя и не входят в ее ядро.

• Во-вторых, операционная система предоставляет возможность запуска программ. Для этого производится ряд действий, скрытых от пользователя: следует загрузить в основную память команды и данные, ини­циализировать устройства ввода-вывода и файлы, а также подготовить дру­гие ресурсы. Операционная система выполняет всю эту рутинную работу вместо пользователя.

• В-третьих, операционная система предоставляет доступ к устройствам ввода-вывода. Для управления работой каждого уст­ройства ввода-вывода нужен свой особый набор команд или контрольных сигналов. Операционная система предоставляет пользователю единообраз­ный интерфейс, который скрывает все эти детали, и обеспечивает програм­мисту доступ к устройствам ввода-вывода с помощью простых команд чте­ния и записи.

Операционная система обеспечивает доступ к файлам. При работе с файлами под управлением операционной системы, пользователю не нужно глубокое понимание природы устройств ввода-вывода и знание структур данных, записанных в файлах. Многопользователь­ские операционные системы, кроме того, могут обеспечивать работу меха­низмов защиты при обращении к файлам нескольких программ.

При работе компьютерной системы могут происходить разнообразные сбои. К их числу относятся внутренние и внешние ошибки, возникшие в аппаратном обеспечении, например, ошибки памяти, от­каз или сбой устройств. Возможны и различные программные ошибки, такие, как арифметическое переполнение, попытка обратиться к ячейке памяти, дос­туп к которой запрещен, или невозможность выполнения запроса программы. В каждом из этих случаев операционная система должна выполнить действия, минимизирующие влияние ошибки на работу приложения. Реакция операци­онной системы на ошибку может быть различной — от простого сообщения об ошибке до аварийного останова программы, вызвавшей ее.

Современная операционная   система  должна иметь средства учета использования различных ресурсов и отображения па­раметров производительности. Эта информация крайне важна в любой сис­теме, особенно в связи с необходимостью дальнейших улучшений и на­стройки вычислительной системы для повышения ее производительности.

Операционные системы можно классифицировать по нескольким признакам. По назначению выделяют системы общего назначения и специализированные операционные системы. Последние используются в специализированной вычислительной технике, например, бытовой технике, автомобилях, спецвычислителях военного применения. По количеству одновременно работающих пользователей, операционные системы можно разделить на однопользовательские и многопользовательские. По количеству одновременно работающих программ операционные системы делят на однозадачные и многозадачные.

Вычислительные ресурсы и операционная система

Компьютер представляет собой набор ресурсов, поддерживающих выполне­ние задач накопления, перемещения, хранения и обработки данных, а также контролирующих работу этих и других функций. Ответственность за управление этими ресурсами лежит на операционной системе. Однако это управление осуществляется не обычным образом. Обычно управляющее устройство представляется как нечто внешнее по отношению к управляемому объекту. С операционной системой дело обстоит по-другому, так как этот управляющий меха­низм является необычным в двух отношениях.

• Во-первых, функции операционной системы работают точно так же, как и все осталь­ное программное обеспечение; т.е. они реализованы в виде отдельных про­грамм или набора программ, исполняющихся процессором.

• Во-вторых, операционная   система   часто   передает   управление   другим   процессам   и должна ожидать, когда процессор снова позволит ей выполнять свои обя­занности.

Операционная система – это, по сути, набор компьютерных программ. Как и любая другая программа, она отдает процессору команды. Ключевым отличи­ем является назначение этой программы. Операционная система указывает про­цессору, как использовать другие системные ресурсы и как распределять время при исполнении других программ. Но для того, чтобы реализовать действия, предписываемые операционной системой, процессор должен приостановить рабо­ту с ней и перейти к выполнению других программ. Таким образом, операцион­ная система уступает управление процессору, чтобы он смог выполнить некото­рую работу, а затем возобновляет контроль ровно настолько, чтобы подготовить процессор к следующей части работы. В последующих главах данной книги будет подробно описаны механизмы, принимающих участие в этих процессах.