ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Операционная система Определение операционной

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Операционная система • Определение операционной системы • Поколения операционных систем • Функции операционных систем

Операционная система Набор программ Управление оборудованием Управление другим ПО Операционная система это комплекс управляющих и обрабатывающих программ, предназначенных для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений, а также выступающих как интерфейс между устройствами и прикладными программами

Операционная система

Поколения операционных систем Операционные системы на пути своего развития прошли через ряд радикальных изменений. Для аппаратных средств смена поколений связана с принципиальными достижениями в области электронных компонент (лампы, транзисторы, интегральные микросхемы, БИС, СБИС). Как известно, смена поколений на каждом этапе сопровождалась уменьшением габаритов и стоимости и увеличением быстродействия и объемов памяти. • Нулевое поколение (40 -е годы) • Первое поколение (50 -е годы) • Второе поколение (Начало 60 -х годов) • Третье поколение (Середина 60 -х – середина 70 -х) • Четвертое поколение (Середина 70 -х – н. в. )

Нулевое поколение ОС 40 -е годы XX в. ОС не существует Все программы в машинных командах Организация вычислительного процесса осуществляется вручную программистом Во время ввода и вывода центральный процессор простаивает Все ресурсы – на решение одной задачи во время работы программиста Восстановление работоспособности после ошибки – задача программиста

Первое поколение ОС 50 -е годы XX в. Основная задача – пакетная обработка потока задач Все ресурсы ЭВМ – одной задаче • пакетная обработка одного потока задач; • наличие стандартных программ ввода/вывода; • возможность автоматического перехода от программы к программе; • средства восстановления после ошибок (очистка регистров машины после аварийного завершения задачи и запуск следующей при минимальном вмешательстве оператора); • языки управления заданиями (возможность подробно описывать задания и требуемые ресурсы).

Второе поколение ОС Начало 60 -х годов XX в. Появление контроллеров устройств ввода-вывода. ЦП свободен во время операций ввода-вывода Разделение ОС на • системы разделения времени • системы реального времени Операционная система второго поколения является системой коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы или системой мультипроцессорного типа. В мультипрограммных вычислительных системах в оперативной памяти находится одновременно несколько программ, а центральный процессор быстро переключается с выполнения одной программы на другую. • Системы разделения времени предоставляют пользователю возможность непосредственно взаимодействовать с компьютером при помощи терминалов, они функционируют в интерактивном (диалоговом) режиме. При этом исправление ошибок в программах осуществляется за минуты или секунды вместо часов и дней в системах пакетной обработки, что способствует повышению производительности труда программиста. (MULTICS, TSS IBM). • Системы реального времени используются при управлении технологическими процессами или объектами, в бортовых вычислительных системах и т. п. Такие ОС часто работают с недогрузкой, т. к. для них основное требование – быть в состоянии постоянной готовности и быстро реагировать на предусмотренные события (CP-67/CMS фирмы IBM; VMOS фирмы RCA).

Третье поколение ОС середина 60 -х – середина 70 -х Многорежимные OS Появление UNIX. Bell Labs, 1969 Они обеспечивают обработку информации во всех известных режимах: • пакетную обработку; • разделение времени; • режим реального времени; • мультипроцессорный режим. Универсальность этих систем обусловила их громоздкость и дороговизну. Для работы с ними пользователю приходилось изучать сложные языки управления заданиями, чтобы уметь описывать задания и требуемые ресурсы.

Четвертое поколение ОС середина 70 -х – н. в. Вычислительные сети Персональные компьютеры оснащаются интерфейсными средствами приемапередачи данных и могут использоваться в качестве терминалов мощных ВС. При этом усложнились проблемы защиты информации от возможного несанкционированного доступа. Операционные системы четвертого поколения имеют следующие особенности: дружественный интерфейс, ориентированный на неподготовленного пользователя использование концепции виртуальных машин, благодаря которой пользователь избавлен от необходимости знать физические особенности машин и систем; он имеет дело с функциональным эквивалентом компьютера, создаваемым для него операционной системой и называемым виртуальной машиной; Распределенная обработка данных: целесообразнее иметь вычислительные мощности там, где они необходимы, вместо того, чтобы передавать данные для обработки в вычислительные центры.

Особенности современных ОС К началу 90 -х практически все ОС - сетевые Компьютер – средство коммуникации Интеграция со средствами Интернет Корпоративные ОС Многоплатформенность, единая справочная служба, безопасность, удобство, совместимость во взаимодействии с другими ОС. Расширяемость. . Расширяемость достигается за счёт модульной структуры ОС, при которой программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через программный интерфейс (UNIX). Переносимость (многоплатформенность) – свойство кода ОС легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа; а также с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа. Такие ОС имеют несколько вариантов реализации для разных платформ. Совместимость. Понятие совместимости означает поддержку пользовательских интерфейсов других ОС, а также наличие средств для выполнения прикладных программ, написанных для других ОС Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена от внутренних и внешних ошибок, сбоев и отказов. Безопасность. Современная ОС должна защищать данные и другие ресурсы вычислительной системы от несанкционированного доступа Производительность. ОС должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа

Основные функции операционной системы • Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, • • • запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др. ). Загрузка программ в оперативную память и их выполнение. Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода). Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти). Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др. ), организованным в той или иной файловой системе. Обеспечение пользовательского интерфейса. Сохранение информации об ошибках системы.

Дополнительные функции операционной системы • Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач • Эффективное распределение ресурсов вычислительной • • • системы между процессами. Разграничение доступа различных процессов к ресурсам. Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам. Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация. Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений. Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа

Архитектура ОС Загрузчик Ядро ОС Системные библиотеки Оболочка (пользовательский интерфейс)

Ядро ОС • Ядро — центральная часть операционной системы (ОС), обеспечивающая приложениям координированный доступ к ресурсам компьютера, таким как процессорное время, память, внешнее аппаратное обеспечение, внешнее устройство ввода и вывода информации. Также обычно ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов. • Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Классификации ОС • Операционные системы могут различаться особенностями реализаций внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, устройствами, памятью), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами. • • Существует несколько классификаций операционных систем, в которых выделяют определенные критерии, отражающие разные существенные характеристики систем. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся:

По назначению • 1. Системы общего назначения. • Подразумевает ОС, предназначенные для решения широкого круга задач, включая запуск различных приложений, разработку и отладку программ, работу с сетью и мультимедиа. • 2. Системы реального времени. • Предназначены для работы в контуре управления объектами. • 3. Прочие специализированные системы. • Это различные ОС, ориентированные, прежде всего на эффективное решение определенного класса, с большим или меньшим ущербом для прочих задач

По характеру взаимодействия с пользователем • 1. Пакетные ОС, обрабатывающие заранее подготовленные задания • 2. Диалоговые ОС, выполняющие задания пользователя в интерактивном режиме • 3. ОС с графическим интерфейсом • 4. Встроенные ОС, не взаимодействующие с пользователем • 5. Взаимодействующие с пользователем через сеть

По числу одновременно выполняемых задач • 1. Однозадачные ОС. • В таких систем ах в каждый момент времени может существовать не более чем один пользовательский процесс. Однако, одновременно с этим, могут работать системные процессы • 2. Многозадачные ОС. • Они обеспечивают параллельное выполнение некоторых пользовательских процессов. Реализация многозадачности требует значительного усложнения алгоритмов и структур данных, используемых в системе.

По числу одновременных пользователей • 1. Однопользовательские ОС. • Для них характерен полный пользовательский доступ к ресурсам. Подобные системы приемлемы в основном на изолированных компьютерах. • 2. Многопользовательские ОС. • Их важной компонентой являются средства защиты данных и процессов каждого пользователя, основанные на понятии владельца ресурса и на точном указании прав доступа, предоставленных каждому пользователю системы.

По аппаратной основе • 1. Однопроцессорные ОС. • 2. Многопроцессорные ОС. • В задачи такой системы входит эффективное распределение выполняемых заданий по процессорам и организация согласованной работы всех процессоров. • 3. Сетевые ОС. • Они включают возможность доступа к другим компьютерам локальной сети, работы с файловыми и другими серверами. • 4. Распределенные ОС. • Распределенная система, используя ресурсы локальной сети, представляет их пользователю как единую систему, не разделенную на отдельные машины.

По типу архитектуры ядра • 1. Монолитное ядро • 2. Модульное ядро • 3. Микроядро • 4. Экзоядро • 5. Наноядро • 6. Гибридное ядро

Литература • . Г. Олифер, Н. А. Олифер. Сетевые операционные системы. –СПб. : • • • Питер, 2001, 544 с. Р. Петерсен. LINUX: руководство по операционной системе: В 2 т. : Пер. с англ. –К. : Издательская группа BHV, 1998. Дейтел Г. Введение в операционные системы: В 2 -х т. / Пер. с англ. - М. : Мир, 1987 Кейлингерт П. , Элементы операционных систем, М. "Мир", 1985 Кейслер С. , Проектирование операционных систем для малых ЭВМ, М. "Мир", 1986. [Колин 1975] Колин А. , Введение в операционные системы, М. "Мир", 1975. [Цикритизис 1977] Цикритизис Д. , Бернстайн Ф. , Операционные системы, М. "Мир", 1977. Кулаков Ю. А. , Луцкий Г. М. Компьютерные сети. - К. : Юниор, 1998. [Блэк 1990] Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, ста В. Г. Олифер Н. А. Олифер Компьютерные сети, принципы, технологии, протоколы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //sumi. ustu/it/nets/Olifer/index. htm