Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Общие понятия операционной системы).pdf

Современным операционным системам присуща многоплатформенность, то есть способность работать на различных типах компьютеров. Многие операционные системы имеют специальные версии для поддержки кластерных архитектур, обеспечивающих высокую производительность и отказоустойчивость.

В последнее время получила дальнейшее развитие долговременная тенденция повышения удобства работы человека с компьютером. Эффективность работы человека становится основным фактором, определяющим эффективность вычислительной системы в целом.

Операционная система Unix

История

История операционной системы UNIX началась в 1969 году в одном из подразделений AT&T Bell Laboratories, когда на "малоиспользуемой" машине DEC PDP-7 Кен Томпсон (Ken Thompson), Деннис Ричи (Dennis Ritchie) и другие (прежде занимавшиеся созданием ОС Multics) начали работу над операционной системой, названной ими первоначально Unics (UNiplexed Information and Computing System). В течение первых 10 лет развитие UNIX происходило, в основном, в Bell Labs. Соответствующие начальные версии назывались "Version n" (Vn) и предназначались для ЭВМ DEC PDP-11 (16-битовая) и VAX (32-битовая). Версии Vn разрабатывались группой Computer Research Group (CRG) в Bell Labs. Поддержкой занималась другая группа, Unix System Group (USG). Разработкой также занималась группа Programmer's WorkBench (PWB), привнесшая систему управления исходным кодом sccs, именованные каналы и ряд других идей. В 1983 году эти группы были объединены в одну, Unix System Development Lab.

Современные версии операционной системы UNIX. В настоящее время (начало 2004 года - В.К.) мы имеем на платформе Intel x86 следующие основные версии UNIX:

• FreeBSD 5.2;
• OpenBSD 3.4;
• NetBSD 1.6.2;
• Linux 2.0, 2.2, 2.4, 2.6 в виде множества различных дистрибутивов;
• Solaris 9;
• SCO OpenServer 5.0.7 и UnixWare 7.1.3

На других платформах (основные версии):

• Linux 2.6.x (практически все платформы);
• NetBSD 1.6.2 (практически все платформы);
• Mac OS X 10.3.2 (PowerPC);
• AIX 5L v5.2 (PowerPC);
• Solaris 9, 10 (SPARC);
• HP-UX 11i (PA-RISC, Intel Itanium);
• Tru64 Unix V.5.1B-1 (Alpha);
• IRIX 6.5.23 (MIPS)

Основные характеристики

ОС UNIX имеет следующие основные характеристики:

• переносимость;
• вытесняющая многозадачность на основе процессов, работающих в изолированных адресных пространствах в виртуальной памяти;
• поддержка одновременной работы многих пользователей;
• поддержка асинхронных процессов;
• иерархическая файловая система;
• поддержка независимых от устройств операций ввода-вывода (через специальные файлы устройств);
• стандартный интерфейс для программ (программные каналы, IPC) и пользователей (командный интерпретатор, не входящий в ядро ОС);
• встроенные средства учета использования системы.

Архитектура ОС UNIX

Архитектура ОС UNIX - многоуровневая. На нижнем уровне, непосредственно над оборудованием, работает ядро операционной системы. Функции ядра доступны через интерфейс системных вызовов, образующих второй уровень. На следующем уровне работают командные интерпретаторы, команды и утилиты системного администрирования, коммуникационные драйверы и протоколы, - все то, что обычно относят к системному программному обеспечению. Наконец, внешний уровень образуют прикладные программы пользователя, сетевые и другие коммуникационные службы, СУБД и утилиты.

Основные функции ядра

Основные функции ядра UNIX включают:

• планирование и переключение процессов;
• управление памятью;
• обработку прерываний;
• низкоуровневую поддержку устройств (через драйверы);
• управление дисками и буферизация данных;
• синхронизацию процессов и обеспечение средств межпроцессного взаимодействия (IPC).

Системные вызовы

Системные вызовы обеспечивают:

• сопоставление действий пользователя с запросами драйверов устройств;
• создание и прекращение процессов;
• реализацию операций ввода-вывода;
• доступ к файлам и дискам;
• поддержку функций терминала.

Системные вызовы преобразуют процесс, работающий в режиме пользователя, в защищенный процесс, работающий в режиме ядра. Это позволяет процессу вызывать защищенные процедуры ядра для выполнения системных функций.

Системные вызовы обеспечивают программный интерфейс для доступа к процедурам ядра. Они обеспечивают управление системными ресурсами, такими как память, пространство на дисках и периферийные устройства. Системные вызовы оформлены в виде библиотеки времени выполнения. Многие системные вызовы доступны через командный интерпретатор.

Пользовательские процессы и процессы ядра

Пользовательские процессы образуют следующие два уровня:

• защищены от других пользовательских процессов;
• не имеют доступа к процедурам ядра, кроме как через системные вызовы;
• не могут непосредственно обращаться к пространству памяти ядра.

Пространство (памяти) ядра - это область памяти, в которой процессы ядра (процессы, работающие в контексте ядра) реализуют службы ядра. Любой процесс, выполняющийся в пространстве ядра, считается работающим в режиме ядра. Пространство ядра - привилегированная область; пользователь получает к ней доступ только через интерфейс системных вызовов. Пользовательский процесс не имеет прямого доступа ко всем инструкциям и физическим устройствам, - их имеет процесс ядра. Процесс ядра также может менять карту памяти, что необходимо для переключения процессов (смены контекста).

Пользовательский процесс работает в режиме ядра, когда начинает выполнять код ядра через системный вызов.

Обмен данными между пространством ядра и пользовательским пространством. Поскольку пользовательские процессы и ядро не имеют общего адресного пространства памяти, необходим механизм передачи данных между ними. При выполнении системного вызова, аргументы вызова и соответствующий идентификатор процедуры ядра передаются из пользовательского пространства в пространство ядра. Идентификатор процедуры ядра передается либо через аппаратный регистр процессора, либо через стек. Аргументы системного вызова передаются через пользовательскую область вызывающего процесса. Пользовательская область процесса содержит информацию о процессе, необходимую ядру:

• корневой и текущий каталоги, аргументы текущего системного вызова, размеры сегмента текста, данных и стека для процесса;
• указатель на запись в таблице процессов, содержащую информацию для планировщика, например, приоритет;
• таблицу дескрипторов файлов пользовательского процесса с информацией об открытых файлах;
• стек ядра для процесса (пустой, если процесс работает в режиме пользователя).

Пользовательский процесс не может обращаться к пространству ядра, но ядро может обращаться к пространству процесса.

Системное программное обеспечение

ОС UNIX обеспечивает ряд стандартных системных программ для решения задач администрирования, переконфигурирования и поддержки файловой системы, в частности:

• для настройки параметров конфигурации системы;
• для перекомпоновки ядра (если она необходима) и добавления новых драйверов устройств;
• для создания и удаления учетных записей пользователей;
• создания и подключения физических файловых систем;
• установки параметров контроля доступа к файлам.

Для решения этих задач системное ПО (работающее в пользовательском режиме) часто использует системные вызовы.

Операционная система Windows

На смену операционной системе MS DOS с ее графическими оболочками Windows 3.1 и Windows 3.11 пришли полноценные операционные системы семейства Windows (сначала Windows 95, затем Windows 98, Windows Millennium, Windows 2000, Windows XP, Windows Vista и Windows 7). На рисунке показаны этапы развития персональных компьютеров класса РС и операционной системы Windows:

Операционные системы семейства Windows представляет собой 32-разрядные операционные системы, обеспечивающую многозадачную и многопоточную обработку приложений. Они поддерживает удобный графический пользовательский интерфейс, возможность работы в защищенном режиме, совместимость с программами реального режима и сетевые возможности. В Windows реализована технология поддержки самонастраивающейся аппаратуры Plug and Play, допускаются длинные имена файлов и обеспечиваются повышенные характеристики устойчивости.

32-разрядность означает, что операции над 32-разрядными данными здесь выполняются быстрее, чем над 16-разрядными. 32-разрядные Windows-приложения выполняются в собственном адресном пространстве, доступ в которое для других программ закрыт. Это защищает приложения от ошибок друг друга. При сбое в работе одного приложения другое продолжает нормально функционировать. Сбойное же приложение можно завершить.

Многозадачность предоставляет возможность параллельной работы с несколькими приложениями. Пока одно из них занимается, например, печатью документа на принтере или приемом электронной почты из сети Internet, другое может пересчитывать электронную таблицу или выполнять другую полезную работу.

Многопоточность позволяет определенным образом разработанным приложениям одновременно выполнять несколько своих собственных процессов. Например, работая с многопоточной электронной таблицей, пользователь сможет делать перерасчет в одной таблице в то время, как будет выполняться печать другой и загрузка в память третьей. Пока один поток находится в состоянии ожидания, например, завершения операции обмена данными с медленным периферийным устройством, другой может продолжать выполнять свою работу.

Отличительной чертой Windows является объектно-ориентированный подход к построению системы. На уровне пользователя объектный подход выражается в том, что интерфейс представляет собой подобие реального мира, а работа с машиной сводится к действиям с привычными объектами. Так, папки можно открыть, убрать в портфель, документы – просмотреть, исправить, переложить с одного места на другое, выбросить в корзину, факс или письмо – отправить адресату и т. д. Пользователь работает с задачами и приложениями так же, как с документами на своем письменном столе. Обьектно-ориентированный подход реализуется через модель рабочего стола – первичного объекта Windows. После загрузки Windows он выводится на экран. На рабочем столе могут быть расположены различные объекты: программы, папки с документами (текстами, рисунками, таблицами), ярлыки программ или папок.

Ярлыки обеспечивают доступ к программе или документу из различных мест, не создавая при этом нескольких физических копий файла. На рабочий стол можно поместить не только пиктограммы приложений и отдельных документов, но и папок. Папки - еще одно название каталогов.

Существенным нововведением в Windows стала панель задач. Несмотря на небольшие функциональные возможности, она делает наглядным механизм многозадачности и намного ускоряет процесс переключения между приложениями. Внешне панель задач представляет собой полосу, обычно располагающуюся в нижней части экрана, на которой размещены кнопки приложений и кнопка “Пуск”. В правой ее части обычно присутствуют часы и небольшие пиктограммы программ, активных в данный момент.

Windows обеспечивает работу с аудио и видеофайлами различных форматов. Значительным достижением Windows стали встроенные в систему программы для компьютерных коммуникаций. Коммуникационные средства Windows рассчитаны на обычных пользователей и не требуют специальных знаний. Эти средства включают в себя возможности работы в локальных сетях и глобальных сетях, настройку модемов, подключение к электронной почте и многое другое.

В операционной системе Windows при работе с окнами и приложениями широко применяется манипулятор мышь. Обычно мышь используется для выделения фрагментов текста или графических объектов, установки и снятия флажков, выбора команд меню, кнопок панелей инструментов, манипулирования элементами управления в диалогах, "прокручивания" документов в окнах.

В Windows активно используется и правая кнопка мыши. Поместив указатель над интересующем объекте и сделав щелчок правой кнопкой мыши, можно раскрыть контекстное меню, содержащее наиболее употребительные команды, применимые к данному объекту.

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены вопросы функций операционных систем, выполняемых компьютером. Были приведены примеры операционных систем на базе UNIX и Windows.

Написание курсовой работы – это неплохая возможность применить полученные знания в реальном времени. За этот промежуток времени, я усвоила огромную базу знаний и проделала исполинский труд в изучении операционных систем.

Список литературы

• 1. Мясников В. И. «Операционные системы реального времени: лабораторный практикум»
  2. Карпов В., Коньков К. «Основы операционных систем: практикум»
  3. Пахмурин Д. О. «Операционные системы ЭВМ: учебное пособие»
  4. Куль Т. П. «Операционные системы: учебное пособие»
  5. Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. «Информатика. Мультимедийный электронный учебник»
  6. Основы информатики