Лекция 3 Операционные системы СИСТЕМНОЕ И ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ

Лекция 3. Операционные системы СИСТЕМНОЕ И ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ЛТ ЛТ)

Операционные системы Работа на ЭВМ пользователями различных уровней обеспечивается операционной системой. Она является связующим звеном между ЭВМ как набором электронных плат и пользователем. По существу ОС выполняет две малосвязанные функции: обеспечение пользователю-программисту удобств посредством предоставления для него расширенной машины и повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами.

Определение ОС Операционной системой называют комплекс программ, обеспечивающих автоматизацию управления аппаратными ресурсами ЭВМ и выполнения команд пользователя.

Функции ОС Интерфейсная - что ОС берет на себя практически все «низкоуровневые» проблемы: обработка прерываний, управление таймерами и оперативной памятью и т. д. Благодаря ей, пользователь предстает не перед реальной аппаратурой со всеми вытекающими последствиями, а с ее абстракцией, т. е. упрощенным отображением.

Функции ОС Управленческая - распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, претендующими на эти ресурсы: планирование ресурса - то есть определение, кому, когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс отслеживание состояния ресурса - то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно

История ОС Период ручного и полуавтоматического управления (1945 - 1955); Период систем пакетной обработки (1955 – 1965); Период совместимых систем разделения времени (1965 – 1980); Период «дружественного» программного обеспечения (1980 – наши дни).

Период ручного и полуавтоматического управления (1945 – 1955) чтобы управлять вычислительной машиной, необходимо было осуществлять множество ручных переключений на соответствующих пультах. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. В то время системное программное обеспечение состояло из библиотек математических и служебных программ.

Период систем пакетной обработки (1955 – 1965); Компьютеры второго поколения стали более надежными. В этом периоде появились первые алгоритмические языки, и как следствие, компиляторы и интерпретаторы. Благодаря этому, появились системы пакетной обработки, которые автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора.

Период совместимых систем разделения времени (1965 – 1980); Появление интегральных схем (третье поколение). Совместимые ЭВМ (IBM/360). Программная совместимость, которая в дальнейшем стала общепризнанной, потребовала и совместимости ОС. Мультипрограммирование. Спулинг. ОС с разделением времени.

Период «дружественного» программного обеспечения (1980 – наши дни). БИС. Дружественный интерфейс (в том числе графический). Сетевые и распределенные ОС. Появление серверов и рабочих станций.

Классификация ОС

По поддержке многозадачности Однозадачные ОС обеспечивают удобное взаимодействие пользователя с ЭВМ, управление периферийными устройствами. В ее состав входи файловая система и командный интерпретатор. Многозадачные ОС, помимо перечисленных выше функция для однозадачных ОС, управляют разделением совместно используемых ресурсов, например, процессором, оперативной памятью, дисковым

По типам многозадачности С вытесняющей многозадачностью – приложение (задачу) можно завершить принудительно с помощью средств операционной системы С невытесняющей многозадачностью – приложение завершает свою работу только в случае, если оно выполняет соответствующее действие. Из вне принудительно приложение завершить нельзя

По поддержке многопользовательского режима Однопользовательские системы – не ведут учетные записи пользователей. Вся информация доступна любому пользователю компьютера. Отсутствуют средства защиты данных. Многопользовательские системы – ведут учетные записи пользователей и позволяют разграничивать данные между пользователями.

По поддержке многонитевости С поддержкой многонитевости – обеспечивают возможность распараллеливания внутри одной задачи (процесса), если таковое в процессе предусмотрено Без поддержки многонитевости – данной возможности нет

По алгоритмам многопроцессорной обработки Однопроцессорные – позволяют в ходе решения задач использовать только один процессор (ядро) Многопроцессорные – используют более одного процессора (ядра), если в ЭВМ реализованы такие аппаратные возможности Ассиметричные системы – один процессор используют для собственных нужд, остальные – для приложений Симметричные системы – все процессоры распределяются равномерно

По аппаратным платформам Системы для ПК Системы для суперкомпьютеров (мейнфреймы, кластеры, …) Системы для сетей Мобильные ОС (смартфоны, КПК, коммуникаторы…) Специализированные ОС

По областям использования Системы пакетной обработки (критерий: пропускная способность) – непрерывно решают задачи ранее сформированного пакета. Во время обработки пакета вмешательство пользователя не возможно Системы разделения времени (критерий: интерактивность) – всегда отводится часть процессорного времени на взаимодействие с пользователем Системы реального времени (критерий: реактивность) – при наступлении некоторого события выполняют необходимые действия в установленный промежуток времени

По методам проектирования Способы проектирования ядра Системы с монолитным ядром Микроядерные системы Построенные на базе объектноориентированного подхода Наличие нескольких прикладных сред – способна выполнять приложения, созданные под другие ОС Распределенная организация ОС

СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ (СОС)

Определение СОС В широком смысле: сетевая операционная система – совокупность ОС отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам – протоколам В узком смысле: сетевая ОС – операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети

Структура СОС

Компоненты СОС Средства управления локальными ресурсами ЭВМ играют роль локальной операционной системы, обеспечивая распределение оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации процессов и т. д. в соответствии своему классу (здесь речь идет о классе ОС) Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование выполняют функции сервера (серверная часть ОС) и обеспечивают доступ к локальным ресурсам с соблюдение определенных прав

Компоненты ОС Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам. Данные средства осуществляют двустороннее преобразование данных при их передаче из локальных ресурсов в сеть и наоборот и составляют клиентскую часть сетевой ОС, т. е. редиректор. Коммуникационные средства ОС обеспечивают обмен сообщениями по сети. Данная часть ОС производит буферизацию, адресацию сообщений и выбор маршрута передачи, т. е. является средством транспортировки сообщений.

Взаимодействия между клиентом и сервером

Подходы построения ОС Сетевая оболочка: сама операционная система содержит минимум сетевых функций, которые на себя берет сетевая оболочка Пример: клиентская оболочка MS-DOS 6. 22 + Novell Net. Ware Client

Подходы построения ОС со встроенными сетевыми функциями: сетевые средства находятся на более глубоком уровне (в том числе на уровне сетевых служб) Пример: Windows XP, Vista, Unix, Linux…

Виды сетевых операционных систем – виды сетей Одноранговая сеть включает в себя два и более компьютера с однотипной ОС, соединенных каналом связи (на каждом из таких ЭВМ могут предоставляться ресурсы других ЭВМ). Двуранговая сеть помимо компьютеров с однотипной ОС содержит так называемые выделенные серверы, которые выполняют преимущественно серверные функции. На такие ЭВМ устанавливаются специальные серверные ОС, оптимизированные для выполнения сервисных функций (например, Print Server)

Схема одноранговой сети

Схема двуранговой сети

Виды серверов файл-сервер принт-сервер факс-сервер баз данных сервер приложений сервер электронных географических карт сервер удаленного доступа инетрент-сервер

Замечание: функциональная несимметричность Важно понять, что несмотря на то, что в сети с выделенным сервером все компьютеры в общем случае могут выполнять одновременно роли и сервера, и клиента, эта сеть функционально не симметрична: аппаратно и программно в ней реализованы два типа компьютеров - одни, в большей степени ориентированные на выполнение серверных функций и работающие под управлением специализированных серверных ОС, а другие - в основном выполняющие клиентские функции и работающие под управлением соответствующего этому назначению варианта ОС.

Несимметричность оборудования Функциональная несимметричность, как правило, вызывает и несимметричность аппаратуры - для выделенных серверов используются более мощные компьютеры с большими объемами оперативной и внешней памяти. Функциональная несимметричность в сетях с выделенным сервером сопровождается несимметричностью операционных систем (специализация ОС) и аппаратной несимметричностью (специализация компьютеров).

Масштабы сетей «Отдел» - локальные сети, расположенные в одной или нескольких комнатах, расположенных в непосредственной близости друг от друга «Кампус» – локальные корпоративные сети, охватывающие одно или несколько зданий на площади до нескольких квадратных километров «Корпорация» - глобальные корпоративные сети, которые охватывают большие территории вплоть до континентов

«Отдел» Свойство Значение Одна комната или несколько помещений в пределах одного здания. Локальная сеть. Одна подсеть. Основная задача ОС Организация разделения ресурсов (приложений, принтеров, данных и т. д. ) Типы и примерное Файл-сервер, принт-сервер, сервер электронной почты, количество серверов сервер БД, сервер удаленного доступа. По одному серверу. В некоторый случаях – два. Охват Количество пользователей 30 -50 Управление пользователями, настройка политики групп, Задачи администрирования устранение простых отказов, обновление ПО, установка новых узлов. Операционные системы В пределах сети, как правило, одного семейства (например, Windows). ОС хорошо отработаны.

«Кампус» Свойство Значение Одно или несколько зданий, расположенных на ограниченной территории (до нескольких кв. км. ) Локальная сеть. Несколько подсетей. Основная задача ОС Обеспечение доступа к ресурсам сетей разных отделов (в т. ч. к корпоративным базам данных), совместимости форматов данных и работы приложений в разных ОС, справочной информацией. Типы и примерное Кроме вышеперечисленных - сервер приложений, сервер количество серверов корпоративных БД (например, MS SQL Server 2000), Web-сервер. Десятки единиц. Охват Количество пользователей 50 -1000 Управление доступом пользователей (групп пользователей) к Задачи администрирования ресурсам различных отделов. Устранение простых и сложных отказов. Операционные системы Решение вопросов совместимости ОС, приложений и данных. Решение вопросов безопасности. В пределах сети используются различные ОС, которые не всегда хорошо совместимы (например, Solaris и Windows).

«Корпорация» Свойство Значение Крупное предприятие, распределенное на большой территории (до целого континента и даже всей планеты). Глобальная сеть Основная задача ОС Поддержка приложений (в т. ч. распределенных) на базе нескольких ОС, поддержка справочной службы. Типы и примерное Все вышеперечисленные. Серверы распределенных приложений. количество серверов Вычислительные кластеры. До тысяч единиц. Охват Количество пользователей Не ограничено Устранение сложных отказов, настройка справочной службы. Задачи администрирования Управление доступом к глобальным ресурсам. Решение вопросов безопасности. Операционные системы Корпоративные ОС с наличием множественных прикладных сред, поддерживающие распределенную работу приложений.