11. Поколения операционных систем

Краткая история эволюции вычислительных систем

• 40-е года. Первые лампочные компьютеры. Работали без операционных систем.

• 50-е года. Ранние системы пакетной обработки - прообраз современных операционных систем.

•  В 1965-1975. Интегральные микросхемы. В этот период были реализованы практически все основные концепции ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, многотерминальный режим, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режимы работы, специальные регистры для быстрого переключения с одной задачи на другую, средства защиты областей памяти, а также развитая система прерываний.

•  С середины 70-х годов началось массовое использование UNIX.

•  Конец 70-х годов был создан рабочий вариант стека протоколов TCP/IP. В 1983 году стек протоколов TCP/IP был стандартизован.

•  К началу 90-х практически все ОС стали сетевыми, способными поддерживать работу с разнородными клиентами и серверами. Появились специализированные сетевые ОС, предназначенные исключительно для выполнения коммуникационных задач, например система IOS компании Cisco Systems, работающая в маршрутизаторах.

• Во второй половине 90-х годов все производители операционных систем резко усилили поддержку средств работы с Интернетом (кроме производителей UNIX-систем, в которых эта поддержка всегда была существенной).

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

12. Классификационные признаки в определении поколения операционной системы

Ниже приведена классификация ОС по нескольким наиболее основным признакам.

1. Назначение (универсальные, специализированные)

2. Способ загрузки

3. Особенности алгоритмов управления ресурсами

1. Многозадачность

• однозадачные (MS DOS) Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

• невытесняющая многозадачность (Windows 3.x, NewWare) Механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе. 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.

• вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, Unix) Механизм планирования распределен между системой и прикладными программами. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

1. Многопользовательский режим

• отсутствие (MS DOS, Windows 3.x)

• имеется (Windows NT, OS/2, Unix) Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

3. Многопроцессорная обработка

отсутствие

• асимметричные ОС Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам.

• симметричные ОС Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

4. Область использования и форма эксплуатации

   1. Пакетная обработка 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 начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь. В таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени. Переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора.

   2. Разделение времени Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. В системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью. Критерием эффективности систем разделения времени является удобство и эффективность работы пользователя.

   3. Реальное время Для управления различными техническими объектами. Существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом. Критерием эффективности является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата. 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.

5. Аппаратная платформа

   1. ОС для смарт-карт (с интерпретатором виртуальной Java-машины)

   2. Встроенные ОС (Palm OS, Windows CE –Consumer Electronics)

   3. ОС для ПК (Windows 9.x, Windows 2000, Linux, Mac OS X)

   4. ОС мини-ЭВМ (RT-11 и RSX-11M для PDP-11, UNIX для PDP-7)

   5. ОС мэйнфреймов (OS/390 – пакетная обработка, разделение времени, обработка транзакций) В ОС больших машин функции по планированию потока выполняемых задач, очевидно, реализуются путем использования сложных приоритетных дисциплин и требуют большей вычислительной мощности, чем в ОС персональных компьютеров.

   6. Серверные операционные системы для ЛВС, Интранет и Интернет (UNIX, Windows 2000/2002, Linux) Серверная ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС. На основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов компьютера между удаленными пользователями, подключенными к сети. Для поддержания функций передачи сообщений сетевые ОС содержат специальные программные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы, такие как IP, IPX, Ethernet и другие.

   7. Кластерные операционные системы (Windows 2000 Cluster Server, Sun Cluster (Solaris)) Кластер - слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся пользователю единой системой. Необходима программная поддержка, которая сводится к синхронизации доступа к разделяемым ресурсам, обнаружению отказов и динамической реконфигурации системы. Digital Equipment на базе компьютеров VAX. Разработка кластерной технологии, использующей Windows NT. Предлагаются кластеры на основе UNIX-машин.