Часть 1. Функции, состав и назначение ос

1. Место ос в структуре вычислительной системы

Операцио́нная систе́ма, сокр. ОС (англ. operating system, OS) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой.

2. Две основные функции, выполняемые операционными системами.

• Операционная система – это расширенная (виртуальная) машина.

• Операционная система – это менеджер вычислительных и информационных ресурсов.

3. Эволюция ос. Многозадачность и режим разделения времени

История развития ОС связывается с поколениями вычислительных машин, которыми они управляют

Элементная база машин первого поколения – реле и электронные лампы

• Программирование на машинном языке

• Отсутствие ОС

Элементная база машин второго поколения – транзисторы

• Мэйнфреймы

• Появление первых ОС

• Задачи ОС связаны с автоматическим прогоном пакета заданий

• Пакетные ОС

• Примеры – IBSYS и Fortran Monitor System

Элементная база машин третьего поколения – интегральные схемы

• Бурное развитие ОС

• Пример – OS/360

• Поддержка многозадачности

• Поддержка спулинга (подкачки) данных

• Появление режима разделения времени

• Система CTSS на IBM 7094

• Система MULTICS на GE 645

Появление мини-ЭВМ линии PDP, и реализация однопользовательского варианта MULTICS привело к появлению UNIX

• «Зоопарк» *nix-систем

• Две главные версии – System V и BSD

• Стандарт POSIX, который так или иначе стараются поддерживать и не *nix-системы

Элементная база машин четвертого поколения – сверхбольшие интегральные микросхемы

• Персональные компьютеры и ОС семейства DOS

• Графический пользовательский интерфейс GUIи необходимость его поддержки

• Системы Macintosh и Windows

• Разделение Windows на две ветви – Windows95 и Windows NT

• Linux

• X Window System в *nix-системах

• Поддержка работы в сетевой и распределенной среде

Разделение времени и многозадачность

Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.

Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.

Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) — в пакетном режиме.

Многозадачность (англ. multitasking) — свойство операционной системы или среды программирования обеспечивать возможность параллельной (или псевдопараллельной) обработки нескольких процессов. Истинная многозадачность операционной системы возможна только в распределённых вычислительных системах.

Существует 2 типа многозадачности:

Процессная многозадачность (основанная на процессах — одновременно выполняющихся программах). Здесь программа — наименьший элемент кода, которым может управлять планировщик операционной системы. Более известна большинству пользователей (работа в текстовом редакторе и прослушивание музыки).

Поточная многозадачность (основанная на потоках). Наименьший элемент управляемого кода — поток (одна программа может выполнять 2 и более задачи одновременно).

Многопоточность — специализированная форма многозадачности.