П Сычев Лекция 1 Операционные системы ОС лекция

П. Сычев Лекция 1 Операционные системы ОС лекция 1 1

Литература 1. Таненбаум Э. Современные операционные системы. – СПб. : Питер, 2002. Олифер В. Г. , Олифер Н. А. Сетевые операционные системы. – СПб. : Питер, 2001. 3. Робачевский А. М. Операционная система UNIX, – СПб. : BHV – Санкт. Петербург, 1997. ОС лекция 1 2

ОС Введение В этом курсе не будет изучаться никакая конкретная операционная система. Вместо этого будут рассматриваться основные задачи, подсистемы и алгоритмы их реализации в современных ОС. Прикладные программы Сервисы ОС Платформа (Wintel) Операционная система Микропрограммы (microcode) Аппаратная платформа (IA 32) Оборудование (hardware) ОС лекция 1 3

ОС Введение Hardware (AMD Phenom) Processor architecture (IA-32) OS kernel (Windows NT 6 (W 7)) OS API & services (Win 32) Applications (MS Word, IE) Оболочечная модель компьютера ОС лекция 1 4

Функции ОС Основная функция операционной системы – служить платформой для выполнения прикладных программ. Это обеспечивает переносимость программ с одного компьютера на другой, если он снабжен совместимой операционной системой. Пользователи используют компьютер для решения своих задач с помощью прикладных программ. Таким образом ОС создает виртуальный компьютер. Например, Windows компьютер. Другая важная задача, вытекающая из первой – управление ресурсами компьютера. Это включает: управление процессором (процессорами), управление оперативной памятью, управление внешней памятью (файловая система), управление другими устройствами (монитор, принтер, сканер и т. д. ), управление доступом к ресурсам компьютера (безопасность), управление работой в компьютерной сети. ОС лекция 1 5

История ОС Аналитическая машина Ч. Бэббиджа (Ch. Babbage) в 19 -ом веке. Первый программист – Ада Лавлейс (Ada Lovelace), дочь поэта Л. Байрона. Первое поколение компьютеров (1944 – 1955): электронные лампы Никаких операционных систем не имели. Каждый компьютер, как боевой корабль, был уникальным, имел собственное имя и собственную команду. Ни о какой переносимости программ речи не было. Пример: БЭСМ (СССР, 1950) Второе поколение компьютеров (1955 – 1965): транзисторы Зачатки первых операционных систем. Примеры: М-20 (СССР, 1962), интерпретирующая система ИС-2; IBM 7094, FMS (Fortran Monitor System). Первые языки программирования – fortran (1955), algol-60 (1960), LISP (1958) БЭСМ-6 (СССР, 1967) – самая удачная машина в СССР. Мониторная система «Дубна» , развившаяся в полноценную ОС. ОС лекция 1 6

История UNIVAC-1 1951 5200 эл. ламп, 2 тыс оп/сек ОС лекция 1 7

История БЭСМ/БЭСМ-2, 1953 20 тыс оп/сек, 4 тыс эл. ламп ОС лекция 1 8

История БЭСМ-6 1968 1 млн оп/сек, 60 тыс транзисторов Сверху: БЭСМ-6 ЛВТА ОИЯИ, на переднем плане Микро. Б – попытка создать настольную версию БЭСМ-6 (1992) ОС лекция 1 9

История ОС Третье поколение компьютеров (1965 – 1980). Интегральные схемы К середине 60 -х годов была осознана ценность разработанного программного обеспечения и необходимость его многократного использования. Серия IBM/360 (1967) – серия программно совместимых компьютеров от простой модели IBM 360/20 до супер. ЭВМ IBM 360/95. С точки зрения цены, электроники и производительности – это совершенно разные компьютеры, но программно они совместимы. Операционная система OS/360 – бронтозавр программного обеспечения тех лет. Несколько миллионов строк кода (на ассемблере!). Смотри книгу Ф. Брукса «Мифический человекомесяц» (F. Brooks, 1974). Операционная система MULTICS – амбициозный проект MIT, AT&T, GE по созданию универсальной многопользовательской ОС. Создание UNIX (1969) – ключевой этап в развитии операционных систем. Первая универсальная, многозадачная, многопользовательская и переносимая операционная система. Основные авторы – К. Томпсон (K. Thomson), Д. Ритчи (D. Ritchi). ОС лекция 1 10

История IBM Series/360 1964 Сверху System/360 mod 91 NASA Слева System/360 mod 20 ОС лекция 1 11

История PDP-7, 1969 Копьютер, на котором была создана первая версия UNIX ОС лекция 1 12

История ОС Четвертое поколение компьютеров (1980 – н/в). ПК IBM PC (1981) – начало новой эры в развитии информационных технологий. Apple Liza (1983) – первый компьютер с исключительно графическим пользовательским интерфейсом (GUI). Впоследствии Apple Macintosh/Mac OS. Microsoft Windows (1985) – первая версия самой распространенной на сегодня операционной системы. Linux (L. Torvalds, 1991) – первая, свободно распространяемая (в том числе в исходных текстах) операционная система. World Wide Web – WWW (Т. Бернерс-Ли, 1989, CERN) – появление протокола HTTP и современного интернета. Современный ПК превратился (по цене и распространенности) в бытовой прибор. С помощью Интернет он связан с информационными и вычислительными ресурсами всего мира. Современные операционные системы обеспечивают управление различными цифровыми устройствами, предоставляя пользователю удобный и понятный интерфейс управления. ОС лекция 1 13

Классификация ОС Мы будем классифицировать операционные системы по их сфере использования: Универсальные ОС. Операционные системы для самых разных компьютеров, используемых для различных целей. Самые распространенные и важные универсальные ОС – MS Windows, Unix, Linux; Специализированные ОС. В зависимости от специализации можно выделить: Операционные системы реального времени для управления процессами. Например управление технологическим оборудованием на производстве. Примеры – QNX, Vx. Works; ОС сверхнадежных систем. В ряде случаев необходима исключительно надежная вычислительная система, например для управления воздушным движением в аэропорту. Для этого используются соответствующие вычислительные комплексы, например HP Tandem/ Tandem OS; ОС для встроенных систем, таких как карманные компьютеры, сотовые телефоны, современные телевизоры и т. п. Примеры Windows CE, Palm OS, Symbian, i. OS, Android. . . ОС лекция 1 14

Современные ОС Microsoft Windows – самая распространенная сегодня ОС (около 50% всех серверов, около 90% всех ПК) • Windows 1. 0(1985), 2. 0(1987), 3. 0(1989), 3. 1(1990) – 16 -ти битные OС. • Windows 95 (1995), 98 (1998), Ме (2000) – потребительские (consumer) версии 32 -х битных ОС. • Windows NT 3. 1 (1993), NT 4. 0 (1996), 2000 (1999), XP (2002), Vista (2007), 7 (2009) – универсальные 32 -х битные и 64 -х битные ОС. UNIX. Не существует операционной системы с именем UNIX, зато существует большое количество «ароматов» UNIX, более или менее совместимых между собой. Их основное назначение – управление большими информационными системами. • Коммерческие – IBM AIX, HP UX, SGI IRIX, SUN Solaris и другие, • Свободно распространяемые – версии Free. BSD, Net. BSD. ОС лекция 1 15

Современные ОС Linux – свободно распространяемая операционная система. Новая модель создания программного обеспечения – свободно распространяемые исходные тексты, право пользователя изменять код. Linux 1. 0 (1993), 2. 0 (1996). Линус Торвальдс (Linus Torvalds) создал первую версию Linux (версия 0. 01) в 1991 году на базе учебной ОС Minix (Э. Таненбаум) и выложил в Интернет для последующего развития. Остается и сейчас лидером команды. Linux is not Unix. Исходные тексты Linux не основаны на коде UNIX и развиваются самостоятельно. Linux, до некоторой степени, программно совместим с UNIX. Linux получил широкое развитие: Как относительно дешевое решение для серверов, где он успешно вытесняет UNIX; как альтернатива Windows для государственных учреждений (Китай и ряд других стран) и компьютерных энтузиастов; основная ОС для университетов и научных центров; де факто стандартная ОС для высокопроизводительных компьютеров. ОС лекция 1 16

Современные ОС Среди других современных ОС следует отметить: IBM z. OS Несмотря на наступление эпохи Unix и Windows, многие жизненно важные информационные системы, например большинство фондовых бирж, работают на мэйнфреймах z. Series фирмы IBM, дальних наследниках IBM/360. Они стоят очень дорого, но обеспечивают очень высокий уровень надежности, масштабируемости и управляемости. Apple Mac. OS X Компьютеры Macintosh распространены гораздо меньше, чем ПК. Основная причина этому – их делает только фирма Apple. Они имеют массу активных сторонников, являются стандартом де-факто в ряде областей применения, например в издательском деле. Большинство специалистов считают, что Mac. OS X и сегодня является лидером в развитии пользовательского интерфейса. ОС лекция 1 17

Версии Windows XP Различные версии ОС Windows XP (совместно с Server 2003) Версия Макс. ОЗУ (Gb) Макс. CPU Макс. число клиентов Размер кластера Home 4 1 1 0 Professional 4 2 10 0 Server 4 4 Не ограничено 0 Advanced server 8 8 Не ограничено 2 Datacenter server 64 32 Не ограничено 4 Таблица подтверждает универсальность операционной системы Windows XP. ОС лекция 1 18

Размеры ОС Сравнение размеров некоторых ОС (количество строк, взято из [1]) Год 1976 1979 1980 1982 1984 1986 1987 1989 1991 1993 1996 1999 2000 AT&T V 6 9 k V 7 21 k SIII 58 k S 5 R 3 92 k S 5 R 4 280 k BSD 4. 1 38 k 4. 2 98 k 4. 3 179 k Free 1. 0 235 k Free 4. 0 1. 4 M Linux 0. 01 10 k 1. 0 165 k 2. 0 470 k 2. 2 1. 1 M Windows NT 3. 1 6 M 4. 0 16 M 2000 29 M Таненбаум пишет: Это больше напоминает сравнение яблок не с апельсинами, а с телефонными аппаратами. Распухание операционных систем, похоже, также неотвратимо, как смерть и налоги. Система Windows значительно превосходит UNIX в размерах. ОС лекция 1 19

Основные термины операционных систем: • Процесс. Любая программ, запущенная пользователем, исполняется в рамках процесса. Это фундаментальное понятие современных ОС. • Файл. Вся, постоянно хранимая компьютером информация, хранится в виде файлов. Файл – понятие гораздо более широкое и лежит в основе современных ОС. • Пользователь. Для того, чтобы пользователь мог работать на компьютере, он должен быть зарегистрирован. В начале работы он должен себя идентифицировать, предъявив свое имя и пароль (иногда еще смарт карту и/или отпечаток пальца). Пользователь обладает определенными правами по отношению к ресурсам компьютера. В течении всего курса мы будем подробно изучать эти понятия и соответствующие подсистемы операционных систем. ОС лекция 1 20