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

Функции операционной системы компьютера обычно группируются в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет система. Такие группы называют подсистемами, наиболее важными из которых являются:

• подсистема управления процессами;
• подсистема управления памятью;
• подсистема управления файлами;
• подсистема управления внешними устройствами;
• подсистема пользовательского интерфейса;
• подсистема защиты данных и администрирования.

Классификация операционных систем

Существует множество различных подходов к классификации операционных систем.

К основным признакам классификации относятся:

• Особенности алгоритмов управления ресурсами. В зависимости от особенностей использования алгоритма управления процессором, операционные системы делят на:

- многозадачные и однозадачные;

Однозадачные операционные системы в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером.

Многозадачные операционные системы управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

- многопользовательские и однопользовательские;

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

- поддерживающие многопоточную обработку и не поддерживающие ее;

Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая (многопоточная) операционная система разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями, потоками).

- многопроцессорные и однопроцессорные системы.

Другим важным свойством операционной системы является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки – мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. На данный момент становится общепринятым введение в операционные системы функции поддержки многопроцессорной обработки данных.

Многопроцессорные операционные системы могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой: ассиметричные операционные системы и симметричные операционные системы. Ассиметричная операционная система целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная операционная система полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

• Особенности аппаратных платформ. По типу аппаратуры различают операционные системы:

- персональных компьютеров;

- миникомпьютеров;

- мейнфреймов;

Мейнфрейм – высокопроизводительный компьютер со значительным объемом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.

- кластеров;

Кластер – слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений и представляющихся пользователю единой системой.

- сетей ЭВМ.

• Особенностей областей использования. В зависимости от областей использования различают:

- системы пакетной обработки;

Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов.

- системы разделения времени;

Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения его задач.

- системы реального времени.

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.д.

• Особенности методов построения. Различают следующие методы построения операционных систем:

- способы построения ядра системы – монолитное ядро или микроядерный подход;

Большинство операционных систем использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие приключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение операционной системы на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции операционной системы более высокого уровня выполняют специализированные компоненты операционной системы – серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении операционная система работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой – ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима.

- построение операционной системы на базе объектно-ориентированного подхода;

Построение операционной системы 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, структурированность системы, состоящей из набора хорошо определенных объектов.

- наличие нескольких прикладных сред;

Наличие нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной операционной системы одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких операционных систем. Распределенная организация операционной системы позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах.

- распределенная организация операционной системы.

В распределенной операционной системы реализованы механизмы, которые дают возможность пользователю представлять и воспринимать в сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера. Характерными признаками распределенной организации операционной системы являются: наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов, единой службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур для прозрачного распределения программных процедур по машинам, многонитевой обработки, позволяющей распараллелить вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задачу сразу на нескольких компьютерах сети, а также наличие других распределенных служб.

История операционных систем

Понимание того, что представляет собой операционная система и каковы ее функции, пришло не сразу. В эволюции операционных систем можно выделить несколько периодов.

Первый период (1945 – 1955). В середине 40-х годов XX века были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей учувствовала в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. Не было никакого другого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 – 1965). С середины 50-х начался новые период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы – полупроводниковых элементов. В эти годы появились первые алгоритмические языки, и первые системные программы – компиляторы. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программы за другой, и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенные для управления вычислительным процессом.

Третий период (1965 – 1980). В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам. Для этого периода также характерно создание семейства программно-совместимых машин. Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем.

Важнейшим достижением операционных систем данного поколения явилась реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование – это способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Другое нововведение – спулинг (spooling), который определяется в то время как способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задачи считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, и когда очередное задание завершалось, новое задание загружалось в свободный раздел.

В то же время появился новый вариант операционных систем – системы разделения времени. Этот вариант рассчитан на многотерминальные системы, когда каждый пользователь работает за своим терминалом. В мультипрограммных системах пакетной обработки пользователь был лишен возможности интерактивно взаимодействовать со своими программами. Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины за счет периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени. В системах разделения времени эффективность использования оборудования ниже, чем в системах пакетной обработки.

Многотерминальный режим использовался также и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие операционные системы получили название систем удаленного ввода заданий.

В этот период произошло существенное изменение в распределении функций между аппаратными и программными средствами компьютера. Операционные системы стали неотъемлемым элементом компьютеров, играя роль «продолжения» аппаратуры.

Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень важных изменений в аппаратуру компьютера, непосредственно направленных на поддержку этого способа организации вычислительного процесса. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режимы работы, специальные регистры переключения с одной программы н другую, средства защиты областей памяти, развитая система прерываний. Аппаратная поддержка операционных систем стала с тех пор неотъемлемым свойством практически любых компьютерных систем.

Четвертый период (1980-е годы). Этот период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных систем. Компьютеры широкого стали применятся не специалистами, что потребовало разработки «дружественного» программного обеспечения. Предоставление этих «дружественных» функций стало прямой обязанностью операционных систем. В результате поддержка сетевых функций стала для операционных систем персональных компьютеров необходимым условием.

Современный период. В 90-е годы практически все операционные системы стали сетевыми. Сетевые функции сегодня встраиваются в ядро операционных систем, являясь ее неотъемлемой частью. Операционные системы получили средства работы со всеми основными технологиями локальных и глобальных сетей, а также для создания составных сетей.

Во второй половине 90-х годов все производители операционных систем резко усилили поддержку средств работы с Интернетом. В комплект поставки начали включать утилиты, реализующие популярные системы сервисы Интернета.

Особое внимание в настоящее время уделяется корпоративным сетевым операционным системам. Корпоративная операционная система отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для большинства предприятий, имеющих отделения в разных городах и странах.

На современном этапе развития операционных систем на передний план вышли средства обеспечения безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой компьютерами, а также с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных по сетям. Многие операционные системы обладают сегодня развитыми средствами защиты информации, основанными на шифровании данных, аутентификации и авторизации.