Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

В эпоху бурного развития компьютерных технологий, удивительных открытий, мгновенной передачи информации в любую точку планеты, мы совсем не испытываем дискомфорта при "общении" с техникой. Благодаря чему мы с такой легкостью можем обращаться с технологиями, устройство которых загадка для большинства людей? Есть ли ограничения или наоборот, огромные перспективы?

Целью работы является знакомство с основными понятиями, описывающими принцип работы современных вычислительных устройств за счет операционных систем, а также рассмотрение каждой функции по отдельности.

Задачи работы:

ознакомиться с назначением операционных систем;
изучить возможности и функционал современных ОС;
подробно изучить функции операционных систем;
дать приблизительную оценку перспектив в развитии индустрии.

1 Назначение операционных систем

В наше время существует огромное количество типов операционных систем, которые имеют разные области внедрения. В этих условиях можно выделить 4 главных аспекта, которые описывают назначение ОС.

1.1 Понятие об операционной системе

Есть 2 группы определений ОС: «совокупность программ, которые управляют оборудованием» и «совокупность программ, которые управляют иными программами». Обе они имеют собственный четкий технический смысл, который становится ясен лишь при детализированном рассмотрении вопроса про то, для чего в принципе необходимы операционные системы.

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Часто этот компьютер все время исполняет только одну программу, запускающуюся по включении. И обыкновенные игровые программы — также представляющие из себя спец. микрокомпьютеры — могут обходиться без ОС, запуская по включении программку, записанную на вставленном в устройство «картридже» либо компакт-диске. (Почти все интегрированные компьютеры и даже некоторые игровые приставки в действительности работают под управлением собственных ОС). Напр., интегрированные микрокомпьютеры содержатся сейчас в почти всех бытовых устройствах, автомобилях (время от времени по 10-ке в каждом), мобильных телефонах.

Операционные системы нужны, если: вычислительная система нужна для разных задач, при этом программы, которые исполняют эти задачи, нуждаются в сохранении и обмене данными. Из данного следует надобность универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС реагирует на неё реализацией файловой системы.

Инновационные ОС, помимо этого, дают вероятность напрямую «объединить» вывод одной программы с вводом другой, избегая сравнительно медлительные дисковые операции; различные программы имеют необходимость в выполнении одинаковых рутинных операций. Напр., простое введение знака с клавиатуры и представление его на экране может требовать исполнения сотен машинных инструкций, а дисковая операция — тыс. Для того чтобы никак не программировать их всякий раз вновь,ОС дают системные библиотеки интенсивно применяемых подпрограмм (функций); между программой и пользователями системы очень важно разделять возможности, для того чтобы пользователи имели возможность оберегать собственные информацию от постороннего взора, а вероятная ошибка в программе никак не активизировала тотальных неприятностей; необходима возможность имитирования «синхронного» выполнения нескольких программ в одном компьютере (в том числе и включающем только один микропроцессор), исполняемой с помощью приёма, знакомого как «разделение времени». При этом специальный компонент, именованный планировщиком, «нарезает» процессорное время на небольшие отрезки и выдает их по очереди разным исполняющимся программам (процессам); наконец, оператор обязан располагать возможностью скажем регулировать процессы выполнения отдельных программ. Для этого предназначены операционные среды, одна из которой — оболочка и комплект стандартных утилит — является составляющей ОС (другие, такие, как графическая операционная среда, формируют самостоятельные от ОС прикладные платформы).

1.2 Взаимодействие пользователя с компьютером

Организация комфортного интерфейса, позволяющая пользователю взаимодействовать с техникой компьютера из-за некоторой расширенной виртуальной машины, с которой комфортнее выполнять работу и которую проще программировать. Вот список главных сервисов, предоставляемых типичными операционными системами.

Разработка программ, где ОС предчтавляет разработчику программного обеспечения различные инструменты разработки приложений: редакторы, отладчики и т.п. Ему не обязательно знать, каким образом работают разнообразные электронные и электромеханические участки и приборы компьютера. Зачастую пользователь способен ограничиться только лишь сильными высокоуровневыми функциями, какие представляет ОС.

Также, для запуска программы необходимо осуществить несколько операций. В них входят : загрузить в основную память программу и данные, инициализировать устройства ввода- вывода и файлы, приготовить прочие ресурсы. ОС осуществляет всю данную работу вместо пользователя.
ОС предоставляет доступ к устройствам ввода-вывода. Любое устройство требует индивидуальный комплект команд для запуска. ОС предоставляет пользователю единообразный интерфейс, который пропускает все без исключения детали и предоставляет программисту доступ к устройствам ввода-вывода посредством простых команд чтения и записей.

При работе с файлами руководство со стороны ОС подразумевает не только глубочайший учет природы устройства ввода-вывода, однако и понимание строений данных, записанных в файлах. Многопользовательские ОС, помимо этого, гарантируют механизм защиты при обращении к файлам.

ОС заведует доступом к совместно используемой либо доступной вычислительной системе в целом, а кроме того к отдельным системным ресурсам. Она гарантирует охрану ресурсов и информации от несанкционированного использования и решает конфликтные ситуации.

Обнаружение погрешностей и их обработка — это ещё один весьма значительный момент в предназначении ОС. При работе компьютерной системы имеют все шансы происходить различные перебои за счет внутренних и наружных погрешностей в аппаратном обеспечении, разного рода программных ошибок (переполнение, попытка обращения к ячейке памяти, доступ к которой запрещен и др.). В любом случае ОС осуществляет действия, минимизирующие воздействие ошибки на работу приложения (с обычного сообщения о погрешности вплоть до аварийной остановки программы).

И, в конечном итоге, подсчет использования ресурсов. ОС обладает средствами учета использования разных ресурсов и отображения характеристик производительности вычислительной системы. Данная сведения значимы для настройки (оптимизации) вычислительной системы с целью повышения её производительности. [1]

1.3 Использование ресурсов

Организация эффективного применения ресурсов компьютера. ОС также считается своего рода диспетчером ресурсов компьютера. К количеству основных ресурсов нынешних вычислительных систем принадлежат основная память, процессоры, таймеры, наборы данных, диски, накопители на МЛ, принтеры, сетевые устройства, и др. Перечисленные средства определяются операторной системой среди выполняемыми программами. В отличие от программы, что являются статическим предметом, выполняемая программа - это динамический объект, который получил название процесса и считается базовым определением нынешних ОС. Руководство ресурсами вычислительной системы с целью более эффективного их применения представляет собой другое назначение операционной системы. Критерии эффективности, в соответствии с которыми ОС организует управление ресурсами компьютера, могут являться различными. К примеру, в одном случае более значимым считается пропускная способность вычислительной системы, в ином - время её реакции. Нередко ОС должны удовлетворять нескольким, противоречащим друг другу аспектам, что приносит создателям значительные проблемы. Управление ресурсами включает в себя решение ряда общих, никак не зависящих от вида ресурса проблем.

Планирование ресурса - установление процесса, для которого нужно выделить ресурс. Тут предопределяется, когда и в каком качестве должен выделиться этот ресурс. Удовлетворение запросов на ресурсы - выделение ресурсов процессам; мониторинг состояния и учет применения ресурса - поддержание своевременной информации о задействовании ресурса и применении его доли. Разрешение столкновений между процессами, претендующими на один и тот же ресурс.

Для решения данных общих задач управления ресурсами различные ОС используют разнообразные алгоритмы, что в результате и определяет облик ОС в целом, в том числе характеристики производительности, сферу использования и даже пользовательский интерфейс. [1]

1.4. Облегчение процессов вычислительной системы

Упрощение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы. Цикл операционных систем содержит в своем составе наборы служебных программ, обеспечивающие резервное копирование, архивацию данных, контроль, очистку и дефрагментацию дисковых устройств и др. Помимо этого, инновационные ОС обладают довольно огромным пакетос средств и методов диагностики и возобновления работоспособности системы.

Сюда входят:
- диагностические программы для выявления погрешностей в конфигурации операционной системы;
- средства восстановления последней работоспособной конфигурации;
- средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др. [1]

1.5. Возможность развития

Нынешние ОС организуются таким способом, что допускают эффективную разработку, испытание и ввод новейших системных функций, никак не прерывая хода стандартного функционирования вычислительной системы. Большая часть операционных систем постоянно развиваются (нагляден пример Windows). Происходит такое в силу следующих факторов. [1]

Для удовлетворения пользователей либо потребностей системных администраторов ОС обязаны постоянно предоставлять новейшие возможности. К примеру, может понадобиться добавить новейшие инструменты для контроля либо оценки производительности, новейшие ресурсы ввода-вывода данных (речевой ввод).

Другой пример - поддержка новейших приложений, использующих окна в экране дисплея. [1]

В любой ОС имеются погрешности. Время от времени они выявляются и исправляются. Отсюда стабильные появления новых версий и редакций ОС. Необходимость постоянных перемен накладывает некоторые условия на организацию операционных систем. Несомненно, что данные системы должны иметь модульную структуру с отчетливо определенными межмодульными связями. Значительную роль представляет хорошая и полная документированность системы. [1]

2. Функции операционной системы

Функции ОС как правило группируются или в соответствии с видами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, или в соответствии с характерными задачами, применимыми к абсолютно всем ресурсам. Совокупности модулей, выполняющих подобные категории функций, формируют подсистемы операционной системы. Более значимыми подсистемами управления ресурсами считаются подсистемы управления действиями, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для абсолютно всех ресурсов, считаются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования. [2]

2.1 Управление процессами

Процесс - это некая сущность, которая имеется почти во всех ОС. Процесс - это программа, имеющая права собственности на ресурсы. Разберем две программы (то есть код и данные, которые применяются) и проанализируем все без исключения те ресурсы, какие принадлежат программе (это могут быть: пространство оперативной памяти, данные на внешнем запоминающем устройстве, права владения другими ресурсами, к примеру, линиями связи). В случае если множество ресурсов, которые принадлежат двум программам, совпадают, то в данном случае мы никак не можем говорить о данных программах, равно как о двух процессах, - это один процесс. В случае если у любой программы имеется собственное большое число ресурсов, причем, эти множества могут пересекаться, но никак не совпадать, в таком случае мы говорим о двух процессах.

Задачи, решаемые подсистемой управления процессами:

• Планирование процессов - деление процессорного времени: что, какое количество, и когда исполняется;
• Создание и ликвидирование процессов - ОС гарантирует старты, выделяет ресурсы, обеспечивает ликвидирование, освобождение ресурсов и т.д.
• Обеспечение действий системными ресурсами (памятью, разными устройствами)
• Поддержка взаимодействия среди процессов (предоставление межпроцессорного взаимодействия)