Введение в операционные системы Лекция 1 1

Введение в операционные системы Лекция 1 1

Что такое операционная система? • Операционная система (ОС) – это программа, которая обеспечивает возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом. 2

Структура вычислительной системы • Техническое обеспечение (hardware). Это процессор, память, монитор и т. д. • Программное обеспечение (software). Это Microsoft Office, 1 C, Visual Studio и т. д. • Программное обеспечение принято делить на прикладное и системное. 3

Слои программного обеспечения компьютерной системы 4

Операционная система это: • • виртуальная машина; менеджер ресурсов; защитник пользователей и программ; постоянно функционирующее ядро. 5

Операционная система как виртуальная машина • ОС представляет собой интерфейс между пользователем и компьютером. • Архитектура большинства компьютеров на уровне машинных команд очень неудобна для использования прикладными программами. • Например, работа с диском предполагает знание внутреннего устройства его электронного компонента – контроллера для ввода команд вращения диска, поиска и форматирования дорожек, чтения и записи секторов и т. д. 6

Операционная система как менеджер ресурсов • Представим, к примеру, что произойдет, если несколько программ, работающих на одном компьютере, будут пытаться одновременно осуществлять вывод на принтер. • Операционная система предотвращает такого рода хаос за счет буферизации информации, предназначенной для печати, на диске и организации очереди на печать. • Операционная система, как менеджер ресурсов, осуществляет упорядоченное и контролируемое распределение процессоров, памяти и других ресурсов между различными программами. 7

Операционная система как защитник пользователей и программ • Если вычислительная система допускает совместную работу нескольких пользователей, то возникает проблема организации их безопасной деятельности. • Необходимо обеспечить сохранность информации на диске, чтобы никто не мог удалить или повредить чужие файлы. • Операционная система представляется системой безопасности государства, на которую возложены полицейские и контрразведывательные функции. 8

Операционная система как постоянно функционирующее ядро • Операционная система – это программа, постоянно работающая на компьютере и взаимодействующая со всеми прикладными программами. • Во многих современных операционных системах постоянно работает на компьютере лишь часть операционной системы, которую принято называть ее ядром. • Операционной системе невозможно дать адекватное строгое определение. 9

Краткая история эволюции вычислительных систем 1. Ламповые машины. Операционных систем нет. 1945 -1955 гг. 10

Ламповые машины • В середине 40 -х были созданы первые ламповые вычислительные устройства и появился принцип программы, хранящейся в памяти машины (John Von Neumann, июнь 1945 г. ). • Вычислительная система выполняла одновременно только одну операцию (ввод-вывод или собственно вычисления). • В целом первый период характеризуется крайне высокой стоимостью вычислительных систем, их малым количеством и низкой эффективностью использования. 11

Краткая история эволюции вычислительных систем 2. Компьютеры на основе транзисторов. Пакетные ОС. 1955 начало 60 -х гг. 12

Компьютеры на основе транзисторов • Применение транзисторов вместо часто перегоравших электронных ламп привело к повышению надежности компьютеров. • Пользователь приносит программу с входными данными в виде колоды перфокарт и указывает необходимые ресурсы. • Смена запрошенных ресурсов вызывает приостановку выполнения программ, в результате процессор часто простаивает. 13

Краткая история эволюции вычислительных систем 3. Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС. Начало 60 -х – 1980 гг. 14

Краткая история эволюции вычислительных систем • Компьютеры на основе интегральных микросхем. Первые многозадачные ОС. Начало 60 -х – 1980 гг. • В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам. • Вместо непосредственного чтения пакета заданий с перфокарт в память начинают использовать его предварительную запись, сначала на магнитную ленту, а затем и на диск. • Появление магнитного диска, для которого не важен порядок чтения информации, то есть устройства прямого доступа, привело к дальнейшему развитию вычислительных систем. 15

Аппаратные особенности • Реализация защитных механизмов. • Наличие прерываний. • Развитие параллелизма в архитектуре. 16

Особенности ОС в организации мультипрограммирования • Организация интерфейса между прикладной программой и ОС при помощи системных вызовов. • Планирование использования процессора. • Обеспечение контекста для правильного продолжения вычислений. • Стратегии управления памятью. • Разграничение прав доступа пользователей к файлам. • Организация обмена данными между программами через средства коммуникации. • Снабжение систем средствами синхронизации. 17

Краткая история эволюции вычислительных систем 4. Персональные компьютеры. Классические, сетевые и распределенные системы. 1980 – наше время. 18

4 период развития компьютерных систем • Появление больших интегральных схем (БИС). • Компьютеры стали использоваться не только специалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения. • Однако рост сложности и разнообразия задач, решаемых на персональных компьютерах, необходимость повышения надежности их работы привели к возрождению практически всех черт, характерных для архитектуры больших вычислительных систем. 19

Функции ОС • Планирование заданий и использование процессора • Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации • Управление памятью • Управление файловой системой • Управление вводом-выводом • Обеспечение безопасности 20

Основные понятия, концепции ОС • Системные вызовы – это интерфейс между ОС и пользовательской программой. • Прерывания – это событие, генерируемое внешним (по отношению к процессору) устройством. • Исключительная ситуация – событие, возникающее в результате попытки выполнения программой команды, которая по каким-либо причинам не может быть выполнена до конца. • Файл – именованная часть пространства на носителе информации. • Процессы, нити. 21

Архитектурные особенности ОС • Монолитное ядро • Многоуровневые системы (слоёная система THM) 5 Интерфейс пользователя 4 Управление вводом-выводом 3 Драйвер устройства связи оператора и консоли 2 Управление памятью 1 Планирование задач и процессов 0 Hardware • Виртуальные машины 22

Архитектурные особенности ОС Программа пользователя MS-DOS Ubuntu 16. 04 Windows 10 Виртуальное hardware Реальная операционная система Реальное hardware 23

Архитектурные особенности ОС • Микроядерная архитектура • Смешанные системы 24

Классификация ОС • • • 1. Многозадачные (Windows, Linux, Unix) 1. Однозадачные (MS-DOS) 2. Однопользовательские (MS-DOS, Windows 3. x) 2. Многопользовательские (Windows NT, Linux) 3. Однопроцессорные 3. Многопроцессорные (симметричные, асимметричные) 4. Пакетные 4. Системы разделения времени 4. Системы реального времени 25

Литература • Олифер Н. А. , Олифер В. Г. Сетевые операционные системы. 26