Сегодня огромная часть населения земли на постоянной основе взаимодействует с компьютерами, кого-то обязывает работа, кто-то ищет информацию в Сети, а кто-то просто проводит время в играх. У каждого свои потребности, а значит, компьютер должен им соответствовать. И если речь идет о “железе” (технической составляющей компьютера), то тут все более менее ясно: чем новее, тем лучше. Но вот “софтовая” (программное обеспечение) часть, требует особого внимания.
Каждый компьютер работает под управлением определенной операционной системы, коих великое множество, каждая из которых подходит для тех или иных задач, доступного оборудования и так далее. Поэтому немаловажным фактором является выбор этой операционной системы.
Существует достаточно массивный список операционных систем, но в данном материале речь пойдет о трех столпах, сильно повлиявших на индустрию и занимающих основную долю среди всех операционных систем: Windows, MacOS и Linux.
Проприетарные операционные системы
Для начала стоит уточнить, что есть ОС проприетарные, те, что распространяются по лицензии производителя. К таковым относятся Windows, список которых изложен ниже, и MacOS. Несмотря на то что обе системы можно загрузить в Сети (украсть), правильным будет приобрести лицензию у компании-распространителя и активировать ее.
Преимуществом таких систем является их развитость, огромное количество качественного программного обеспечения и грамотная техподдержка, которая поможет в случае неполадок.
“Свободные” операционные системы
К таковым относится практически все семейство Linux, за исключением разве что некоторых разработок с бухгалтерским или другим профессиональным программным обеспечением. Эти ОС можно загрузить абсолютно бесплатно и установить на любой компьютер без зазрения совести.
Подобные системы создаются независимыми разработчиками совместно с сообществом, посему в большинстве случаев качество программ оставляет желать лучшего, зато такие системы гораздо больше защищены и работают стабильнее своих проприетарных конкурентов.
Windows
Абсолютно все, кто хоть раз имел дело с компьютером, знают об этом продукте компании Microsoft. В частности это касается сверхуспешного релиза Windows 7. Список операционных систем Microsoft насчитывает уже десяток поколений. Они крайне популярны во всем мире и занимают почти 90% рынка. Что говорит о беспрецедентном лидерстве.
- Windows XP;
- Windows Vista;
- Windows 7;
- Windows 8;
- Windows 10;
Список намеренно начинается с Windows XP, так как это самая старая версия, оставшаяся в употреблении до сегодняшнего дня.
Chrome OS
Слаборазвитый продукт от компании Google, который ограничен лишь веб-приложениями и одноименным браузером. Это система не является конкуретоспособной в сравнении с Windows и Mac, но сделана с прицелом на будущее, когда веб-интерфейсы смогут заменить “реальное” программное обеспечение. По умолчанию установлена на всех компьютерах Chromebook.
Установка нескольких систем и использование виртуальных машин
Так как каждая платформа имеет свои плюсы и минусы, нередко возникает необходимость работать сразу с несколькими. Разработчики компьютеров об этом знают, поэтому предлагают пользователям возможность установить на диск сразу две или три системы.
Делается это просто. Необходим лишь дистрибутив системы (диск или флешка с загруженным на их установочным материалом) и свободное пространство на жестком диске. Все современные операционные системы предлагают во время установки распределить место и создать загрузочный механизм, который покажет список операционных систем при загрузке компьютера. Все выполняется в полуавтоматическом режиме и под силу любому пользователю.
На компьютерах Apple имеется специальная утилита - BootCamp, которая разработана для простой и бесшовной установки Windows рядом с MacOS.
Существует и другой способ - установка виртуальной системы внутри реальной. Для этого используются программы: VmWare и VirtualBox, способные эмулировать работу полноценного компьютера и запускать операционные системы.
Вместо заключения
Список операционных систем для компьютера не ограничивается вышеизложенными. Существует масса продуктов от разных компаний, но все они довольно специфичны и не заслуживают внимания рядового пользователя. Выбор стоит делать между Windows, MacOS и Linux, так как они могут закрыть большую часть потребностей и достаточно просты в освоении.
В 90-е годы практически все ОС, занимающие заметное место на рынке стали сетевыми. ОС получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных (Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI) и глобальных (ISDN, ATM) сетей. Особое внимание в течение последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым операционным системам. Они отличаются способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для крупных предприятий, способностью беспроблемно работать, на различных аппаратных платформах. Тройка лидеров в классе корпоративных ОС - это Novell NetWare 4-х и 5.0, Microsoft Windows NT 4.0 и Windows 2000, а также UNIX-системы различных производителей аппаратных платформ.
Для корпоративной ОС очень важно наличие средств централизованного администрирования и управления, позволяющих в" единой базе данных хранить учётные записи о десятках тысяч пользователей, компьютеров, коммуникационных устройств и модулей программного обеспечения, имеющихся в корпоративной сети.
Требования к современным ос
Главным требованием, предъявляемым к операционной системе, является выполнение ею основных функций эффективного управления ресурсами и обеспечение удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ. Современная ОС, как правило, должна поддерживать мультипрограммную обработку, виртуальную память, многооконный графический интерфейс пользователя, а также выполнять многие другие необходимые функции и услуги. Кроме этих функций функциональной полноты, к ОС предъявляются не менее важные эксплутационные требования:
Расширяемость. В то время как аппаратная часть компьютера устаревает за несколько лет, полезная жизнь ОС может измеряться десятилетиями. Примером может служить ОС UNIX. Поэтому ОС всегда изменяются со временем эволюционно. Изменения ОС обычно заключаются в приобретении ею новых свойств, например поддержке новых типов внешних устройств или новых сетевых технологий. Если код ОС написан таким образом, что дополнения и изменения могут вноситься без нарушения целостности системы, то такую ОС называют расширяемой.
Переносимость. В идеале код ОС должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которые различаются не только типом процессора, но и способом организации всей аппаратуры компьютера) одного типа на аппаратную платформу другого типа. Такое свойство ОС называют также многоплатформенностью.
Совместимость. Существует несколько «долгоживущих» популярных ОС (разновидности UNIX, MS-DOS, Windows З.х, Windows NT, OS/2), для которых наработана широкая номенклатура приложений. Поэтому для пользователя, переходящего по тем или иным причинам с одной ОС на другую, очень привлекательна возможность запуска в новой ОС привычного приложения. Если ОС имеет средства для выполнения прикладных программ, написанных для других ОС, то про неё говорят, что она обладает совместимостью с этими ОС.
Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Её действия должны быть предсказуемы, а приложения не должны иметь возможности наносить вред ОС. Надёжность и отказоустойчивость ОС прежде всего определяются архитектурными решениями, положенными в её основу, а также качеством её реализации (сглаженностью кода).
Производительность. ОС должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. На производительность ОС влияет архитектура ОС, многообразие функций, качество программирования кода, возможность исполнения ОС на высокопроизводительной (многопроцессорной) платформе.
Безопасность. Современная ОС должна защищать данные и другие ресурсы вычислительной системы от несанкционированного доступа. Чтобы ОС обладала свойством безопасности, она должна иметь в своём составе средства аутентификации - определения легальности пользователей, авторизации ~ предоставления легальным пользователям прав доступа к ресурсам, аудита-фиксации всех подозрительных для безопасности системы событий. Свойство безопасности особенно важно для сетевых ОС.
Выводы
История ОС насчитывает примерно полвека. Она во многом определялась и определяется развитием элементной базы и вычислительной аппаратуры
Первые цифровые вычислительные машины, появившиеся в начале 40-х годов, работали без операционных систем, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления
Прообразом современных операционных систем явились мониторные системы середины 50-х, которые автоматизировали действия оператора по выполнению пакета заданий
В период 1965-1975 гг. были реализованы практически все основные концепции, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, многотерминальный режим, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа
С середины 70-х началось массовое использование UNIX, уникальной для того времени ОС, которая сравнительно легко переносилась на различные типы компьютеров.
Начало 80-х годов связано с появлением персональных компьютеров. Это потребовало разработки «дружественного интерфейса». Персональные компьютеры способствовали бурному росту локальных сетей, в результате поддержка сетевых функций стала для ОС персональных компьютеров необходимым условием.
В 90-е годы практически все ОС, занимающие заметное место на рынке стали сетевыми. ОС получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных (Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI) и глобальных (ISDN, ATM) сетей.
Особое внимание в течение последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым операционным системам. Они отличаются способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для крупных предприятий, способностью беспроблемно работать на различных аппаратных платформах.
14. Операционные системы: назначение, функции. Роль и место ос в программном обеспечении компьютера.
ОС- самый нижний уровень программной оболочки аппаратных средств ПК. ОС обеспечивают управление всеми аппаратными компонентами, позволяют отделить остальные классы программ от взаимодействия с аппаратурой.
1. поддержка работы прикладных и системных программ,
2. предоставление пользователю возможности осуществлять общее управление компьютером.
ОС обеспечивает взаимодействие программ с внешними устройствами, и друг с другом, распределяет опер. память, реагирует на различные события возникающие во время работы. В настоящее время наиболее распространенная ОС - Windows.
Функции операционных систем
Основные функции:
Выполнение по запросу программ ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др..
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:
Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач многозадачность.
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
Компоненты операционной системы
Загрузчик
Командный процессор интерпретатор
Драйверы устройств
Интерфейс
Ядро - центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное
время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.
15. Характеристика и особенности операционной системы Windows.
ОС Windows, назначение функции, особенности.
ОС Windows позволяет одновременно использовать несколько приложенийпрограмм, каждая из которых располагается в своем окне. В конкретный момент можно пользоваться только одной программой, все остальные являются пассивными. В любой момент можно приостановить работу с активной и перейти к пассивнойили запустить новую.Windows запоминает состояние приостановленной проги. Работа с Windows основана на взаимодействии активныхуказатель мыши и пассивныхэкранные кнопки, строки меню и т.д. элементов управления. ОС Windows ориентированна на работу с объектамипапка, файл, ярлык, устройство, каждый из которых хар-ся совокупностью свойств, и над которыми можно выполнять определенные действия. Windows поддерживает технологию Plug and Playвключи и работай, автоматизирующая процесс подключения к компьютеру новых периферийных устройств. Windows поддерживает технологию OLE связывание и внедрение объектов, используемую при подготовке и редактировании составных документов.OLE-технология позволяет полноценно работать с каждым объектом составного документа
Файловая система англ. file system - порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла папки, максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.
Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам - с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом он записан. Всё, что знает программа - это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе например, жёстком диске.
С точки зрения операционной системы ОС, весь диск представляет собой набор кластеров как правило, размером 512 байт и
больше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге. Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.
Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.
Файл - поименованная область на магнитном диске, где могут долговременно храниться проги, обрабатываемая информация. Файл имеет имя, зарегистрированное в папке каталоге файлов. Имя файла состоит из собственного имени и расширениятип файла отделяются точкой. Тип файла определяет какого рода информация хранится на файле, какой прогой файл создан, какая его внутренняя организация и как он может быть использован. Программные файлы имеют тип com или exe, пакетные командные файлы - bat.
Папка - доступна пользователю, она сама представляет собой файл, ее можно хранить в др. папке. К файловой системе имеет доступ любая прикладная программа. Структура файловой системы и структура хранения данных на внешних носителях определяет удобство работы, скорость доступа к данным. То же,что директория и каталог объекты в файловой системе
Операционная система (ОС) - организованная совокупность программ (систем), которая действует как интерфейс между аппаратурой ЭВМ и пользователями. Она обеспечивает пользователей набором средств для облегчения проектирования, программирования, отладки и сопровождения программ и в то же время управляет распределением ресурсов для обеспечения эффективной работы.
Операционные системы (ОС) классифицируют :
по особенностям алгоритмов управления ресурсами – локальные и сетевые ОС. Локальные ОС управляют ресурсами отдельного компьютера. Сетевые ОС участвуют в управлении ресурсами сети;
по числу одновременно выполняемых задач - однозадачные и многозадачные . Однозадачные ОС выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной вычислительной машины, обеспечивая его простым и удобным интерфейсом взаимодействия с компьютером, средствами управления периферийными устройствами и файлами. Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства;
по числу одновременно работающих пользователей - однопользовательские и многопользовательские . Основным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей;
по возможности распараллеливания вычислений в рамках одной задачи - поддержка многонитевости . Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями – нитями;
по способу распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами или нитями - невытесняющая многозадачность и вытесняющая многозадачность . В невытесняющей многозадачности механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а в вытесняющей распределен между системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам по собственной инициативе не передаст управление операционной системе для выбора из очереди другого готового к выполнению процесса. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом;
по отсутствию или наличию в ней средств поддержки многопроцессорной обработки . Многопроцессорные ОС, в свою очередь, могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой: асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь набор процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами;
по ориентации на аппаратные средства - операционные системы персональных компьютеров , серверов , мейнфреймов , кластеров ;
по зависимости от аппаратных платформ – зависимые и мобильные . В мобильных ОС аппаратно зависимые места локализованы так, что при переносе системы на новую платформу переписываются только они. Средством, облегчающим перенос ОС на другой тип компьютера является написание ее на машинно-независимом языке, например, на С ;
по особенностям областей использования – ОС пакетной обработки , разделения времени , реального времени . Системы пакетной обработки предназначены для решения задач вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. В системах с разделением времени каждому пользователю предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Каждой задаче выделяется некоторый квант процессорного времени, так что ни одна задача не занимает процессор надолго. Если квант времени выбран небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одном компьютере, создается впечатление, что каждый из них единолично использует машину. Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, когда существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа управления объектом. Невыполнение программы в срок может привести к аварийной ситуации. Таким образом, критерием эффективности систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата - управляющего воздействия;
по структурной организации и концепциям, положенным в основу:
по способу построения ядра системы - монолитное ядро или микроядерный подход . ОС использующие монолитное ядро, компонуются как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. При построении ОС на базе микроядра, работающего в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, функции более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС – программные серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, но система получается более гибкой и ее функции можно модифицировать, добавляя или исключая серверы пользовательского режима;
по построению на базе объектно-ориентированного подхода ;
по наличию нескольких прикладных сред в рамках одной ОС, позволяющих выполнять приложения, разработанные для нескольких операционных систем. Концепция множественных прикладных сред наиболее просто реализуется в ОС на базе микроядра, над которым работают различные серверы, часть которых реализуют прикладную среду той или иной операционной системы;
по распределению функций операционной системы среди компьютеров сети. В распределенной ОС реализованы механизмы, обеспечивающие пользователя возможностью представлять и воспринимать сеть в виде однопроцессорного компьютера. Признаками распределенной ОС является наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов и службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур для распределения программных процедур по машинам, многонитевой обработки, позволяющей распараллеливать вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задачу одновременно на нескольких компьютерах сети, а также наличие других распределенных служб.
Структуру ОС составляют следующие модули :
базовый модуль (ядро ОС) - управляет работой программ и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами;
командный процессор - расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;
драйверы периферийных устройств - программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором (каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и в различном темпе);
дополнительные сервисные программы (утилиты) - делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.
В общем случае операционная система выполняет следующие четыре функции:
предоставляет другим программам определенный вид обслуживания (посредством программ-утилит), например выделение и назначение памяти, синхронизацию процесса вычислений и организацию взаимосвязи между различными процессами в вычислительной системе;
обеспечивает защиту (в определенной мере) других программ от последствий различных особых ситуаций, возникающих при машинной реализации данной программы, таких, как прерывания и машинные сбои;
реализует с той или иной степенью сложности принцип “виртуальной машины”, что позволяет группе программ использовать общие вычислительные ресурсы, например процессор (процессоры) и основную память;
организует и следит за выполнением принципов управления при решении таких задач, как обеспечение защиты данных от несанкционированного доступа и реализация системы приоритетов доступа программ к вычислительным ресурсам.
Обеспечивает работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски и т.д
Предоставляет стандартный доступ к различным устройствам ввода/вывода, таким как терминалы, модемы, печатающие устройства.
Предоставляет некоторый пользовательский интерфейс. Часть систем ограничивается командной строкой, в то время как другие на 90% состоят из средств интерфейса пользователя.
Более развитые ОС предоставляют также следующие возможности:
Параллельное (точнее, псевдопараллельное, если машина имеет только 1 процессор) исполнение нескольких задач.
Распределение ресурсов компьютера между задачами.
Организация взаимодействия задач друг с другом.
Взаимодействие пользовательских программ с нестандартными внешними устройствами.
Организация межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов.
Защита системных ресурсов, данных и программ пользователя, исполняющихся процессов и самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ.
по курсу «Системное программное обеспечение»
доцента кафедры ИВТ Гродненского госуниверситета
канд. техн. наук Ливак Елены Николаевны
При подготовке лекции использовалось
«Методическое пособие
по многопользовательским многооперационным системам» (Internet -ресурс)
Классификация операционных систем
Операционные системы различаются
ü особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами),
ü особенностями использованных методов проектирования,
ü типами аппаратных платформ,
ü критериями эффективности,
ü особенностями реализации сетевых решений
ü и многими другими свойствами.
Особенности алгоритмов управления ресурсами
От эффективности алгоритмов управления ресурсами компьютера во многом зависит эффективность всей ОС в целом. Поэтому, характеризуя ОС, часто приводят важнейшие особенности реализации функций ОС по управлению процессорами, памятью, внешними устройствами
По режиму обработки задач различают ОС, обеспечивающие однопрограммный или мультипрограммный режим работы.
Однопрограммные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером.
Они включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.
Мультипрограммирование, или многозадачность , - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре выполняются сразу несколько программ (создается видимость одновременного выполнения нескольких программ).
Замечание . Вообще говоря, мультипрограммность и многозадачность – близкие понятия, но не синонимы. Основное принципиальное отличие:
Мультипрограммность – это параллельное выполнение нескольких приложений, программист в этом случае не заботится о механизмах организации параллельной работы, эти функции выполняет ОС.
Мультизадачность предполагает, что программист заботится о параллельном выполнении и взаимодействии приложений.
В современной технической и научно-популярной литературе разницу не делают.
Мультипрограммные ОС, кроме функций однопрограммных ОС, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.
По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:
- однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);
- многопользовательские (UNIX, Windows NT).
Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.
!!! Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.
Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:
- невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);
- вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).
При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс.
При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.
Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи .
ОС подразделяются на поддерживающие и неподдерживающие многонитевость.
Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).
Еще однимважным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование .
Мультипроцессорная обработка – это способ организации вычислительного процесса в системах с несколькими процессорами, при котором несколько задач (процессов, потоков) могут одновременно выполняться на разных процессорах системы.
Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами.
В современных ОС введены функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell.
Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой : асимметричные ОС и симметричные ОС .
Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам.
Симметричная ОС полностью децентрализована и использует все процессоры, разделяя их между системными и прикладными задачами.
Замечание. Мы рассмотрели характеристики ОС, связанные с управлением только одним типом ресурсов - процессором.
Однако, на облик операционной системы в целом, на возможности ее использования в той или иной области важное влияние оказывают особенности и других подсистем управления локальными ресурсами - подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-вывода.
ЗАДАНИЕ. Самостоятельно попытаться классифицировать ОС по особенностям реализации подсистем управления другими ресурсами.
Особенности аппаратных платформ
На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают аппаратные средства, на которые она ориентирована.
По типу аппаратуры различают операционные системы
· персональных компьютеров,
· мини-компьютеров,
· мейнфреймов,
· кластеров
· и сетей ЭВМ.
Очевидно, что ОС большой машины является более сложной и функциональной, чем ОС персонального компьютера. Так в ОС больших машин функции по планированию потока выполняемых задач реализуются путем использования сложных приоритетных дисциплин и требуют большей вычислительной мощности, чем в ОС персональных компьютеров. Аналогично обстоит дело и с другими функциями.
Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС.
Другие требования предъявляются к операционным системам кластеров. Кластер - слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся пользователю единой системой. Наряду со специальной аппаратурой для функционирования кластерных систем необходима и программная поддержка со стороны операционной системы, которая сводится в основном к синхронизации доступа к разделяемым ресурсам, обнаружению отказов и динамической реконфигурации системы.
Наряду с ОС, ориентированными на совершенно определенный тип аппаратной платформы, существуют операционные системы, специально разработанные таким образом, чтобы они могли быть легко перенесены с компьютера одного типа на компьютер другого типа, так называемые мобильные ОС (аппаратно-независимые). Наиболее ярким примером такой ОС является популярная система UNIX.
В этих системах аппаратно-зависимые места тщательно локализованы, так что при переносе системы на новую платформу переписываются только они. Средством, облегчающем перенос остальной части ОС, является написание ее на машинно-независимом языке, например, на С, который и был разработан для программирования операционных систем.
Критерии эффективности ОС
Мультипрограммирование применяется для повышения эффективности вычислительной системы.
Эффективность же может пониматься как
§ общая пропускная способность вычислительной системы;
§ удобство работы пользователей, например, возможность интерактивной работы для нескольких пользователей или возможность работы одного пользователя с несколькими приложениями на одной машине;
§ реактивность системы – то есть способность системы выдерживать заранее заданные (возможно, очень короткие) интервалы времени между запуском программы и получением результата.
В зависимости от выбранного критерия эффективности операционные системы делятся на:
§ системы пакетной обработки (например, OC EC),
- системы разделения времени (UNIX, VMS),
- системы реального времени (QNX, RT/11).
Системы пакетной обработки служат для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов.
Главной целью и критерием эффективности таких систем является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени.
Схема функционирования систем пакетной обработки данных :
ü в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам;
ü из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины; (в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом).
Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается "выгодное" задание.
Þ таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.
В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач.
Þ взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.
Основной недостаток систем пакетной обработки - изоляция пользователя-программиста от процесса выполнения его задач.
Системы разделения времени призваны исправить недостаток систем пакетной обработки данных.
Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой.
Каждой задаче выделяется только квант процессорного времени,
Þ ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым.
Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление , что каждый из них единолично использует машину.
Системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как
1)на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе,
2)увеличивается время работы, так как выполняется более частое переключение процессора с задачи на задачу.
Таким образом, критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.
Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п.
Существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария: спутник выйдет из зоны видимости, экспериментальные данные, поступающие с датчиков, будут потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме.
Таким образом, критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия).
Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы - реактивностью.
Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.
Замечание. Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть - в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.
Особенности архитектуры ОС
При описании операционной системы часто указываются основные концепции, положенные в ее основу.
К базовым концепциям относятся:
· способы построения ядра ОС;
· построение на базе ООПодхода;
· наличие нескольких прикладных сред;
· распределенная организация ОС.
По способам построения ядра ОС подразделяются на
- монолитные (Windows , Linux – можем сами собрать ядро, включив в него модули и драйверы, которые считаем целесообразным включить);
- микроядерные (QNX ).
Большинство ОС использует монолитное ядро , которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режим е и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот.
Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой , в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС - серверы, работающие в пользовательском режиме.
Недостаток - ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским.
Достоинство - ОС более гибкая - ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.
Построение ОС на базе объектно-ориентированного подхода дает возможность использовать все его достоинства, хорошо зарекомендовавшие себя на уровне приложений, внутри операционной системы, а именно:
- аккумуляцию удачных решений в форме стандартных объектов, возможность создания новых объектов на базе имеющихся с помощью механизма наследования,
- хорошую защиту данных за счет их инкапсуляции во внутренние структуры объекта, что делает данные недоступными для несанкционированного использования извне,
- структуризованность системы, состоящей из набора хорошо определенных объектов.
Наличие нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС.
Многие современные операционные системы поддерживают одновременно прикладные среды MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS/2 или хотя бы некоторого подмножества из этого популярного набора. Концепция множественных прикладных сред наиболее просто реализуется в ОС на базе микроядра.
Распределенная организация операционной системы позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах.
В распределенной ОС реализованы механизмы, которые дают возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера.
