Лекція1. Операційна система. Визначення, функції ОС. Коротка історія розвитку ОС. Тенденції та напрямки розвитку операційних систем.

Лекція1. Операційна система. Визначення, функції ОС. Коротка історія розвитку ОС. Тенденції та напрямки розвитку операційних систем.

1. Поняття операційної системи

Операційна система (ОС) - це сукупність програмних засобів, що здійснюють керування ресурсами ЕОМ, запуск прикладних програм та їх взаємодію із зовнішніми пристроями та іншими програмами, а також забезпечують діалог користувача з комп'ютером.

Ресурсом є будь-як компонент ЕОМ з наданими ним можливостями: центральний процесор, оперативна або зовнішня пам'ять, зовнішні пристрої, програма і т.д.

ОС завантажується при включенні комп'ютера. Вона надає користувачеві зручний спосіб спілкування (інтерфейс) з обчислювальною системою. Інтерфейс при цьому може бути програмним і користувальницьким.

Програмний інтерфейс - це сукупність засобів, що забезпечують взаємодію пристроїв і програм у рамках обчислювальної системи.

Користувальницький інтерфейс - це програмні й апаратні засоби взаємодії користувача з програмою або ЕОМ. Кожен комп'ютер обов'язково комплектується операційною системою, для кожної з яких створюється свій набір прикладних програм (додатків).

• Операційна система утворює автономне середовище, не зв'язане з жодною з мов програмування.

• Будь-яка ж прикладна програма зв'язана з операційною системою і може експлуатуватися тільки на тих комп'ютерах, де є аналогічне системне середовище.

• Прикладні програмні засоби, розроблені в середовищі однієї операційної системи, не можуть бути використані для роботи в середовищі іншої операційної системи, якщо немає спеціального комплексу програм (конвертера), що дозволяє це зробити. У такому випадку говорять про програмну несумісність комп'ютерів.

• Для роботи з операційною системою необхідно опанувати мову цього середовища – сукупністю команд, структура яких визначається синтаксисом цієї мови.

• Звичайно операційна система зберігається на жорсткому диску, а при його відсутності виділяється спеціальний гнучкий диск, що називається системним диском.

• При включенні комп'ютера операційна система автоматично завантажується з диска в оперативну пам'ять і займає в ній визначене місце.

• Операційна система створюється не для окремої моделі комп'ютера, а для серії комп'ютерів, у структурі яких закладена та розвивається у всіх наступних моделях визначена концепція.

2. Точки зору на операційну систему

Більшість користувачів має досвід експлуатації операційних систем, але тим не менш вони не змогли дати цьому поняттю точне визначення. Давайте коротко розглянем основні точки зору.

Операційна система як віртуальна машина

При розробці ОС широко застосовується абстрагування, яке є важливим методом спрощення й дозволяє сконцентруватися на взаємодії високорівневих компонентів системи, ігноруючи деталі їхньої реалізації. У цьому сенсі ОС являє собою інтерфейс між користувачем і комп'ютером.

Архітектура більшості комп'ютерів на рівні машинних команд дуже незручна для використання прикладними програмами. Наприклад, робота з диском припускає знання внутрішнього пристрою його електронного компонента - контролера для введення команд обертання диска, пошуку та форматування доріжок, читання і запису секторів і т. д. Ясно, що середній програміст не може враховувати всі особливості роботи обладнання (у сучасній термінології - займатися розробкою драйверів пристроїв), а повинен мати просту високорівневу абстракцію, скажімо, представляючи інформаційний простір диска як набір файлів. Файл можна відкривати для читання або запису, використати для одержання або скидання інформації, а потім закривати. Це концептуально простіше, ніж піклуватися про деталі переміщення головок дисків або організації роботи дисководу.

Аналогічним чином, за допомогою простих і ясних абстракцій, ховаються від програміста всі непотрібні подробиці організації переривань, роботи таймера, керування пам'яттю й т.д. Більше того, на сучасних обчислювальних комплексах можна створити ілюзію необмеженого розміру оперативної пам'яті і числа процесорів. Усім цим займається операційна система.

Таким чином, операційна система представляється користувачеві віртуальною машиною, з якої простіше мати справу, ніж безпосередньо з обладнанням комп'ютера.

Операційна система як менеджер ресурсів

Операційна система призначена для керування всіма частинами досить складної архітектури комп'ютера. Уявімо, приміром, що станеться, якщо кілька програм, що працюють на одному комп'ютері, будуть намагатися одночасно здійснювати вивід на принтер. Ми отримали б мішанину рядків і сторінок, виведених різними програмами. Операційна система запобігає такого роду хаосу за рахунок буферизації інформації, призначеної для друку на диску й організації черги на друк.

Для багатокористувацьких комп'ютерів необхідність керування ресурсами і їхнього захисту ще більш очевидна. Отже, операційна система, як менеджер ресурсів, здійснює впорядкований і контрольований розподіл процесорів, пам'яті та інших ресурсів між різними програмами.

Операційна система як захисник користувачів і програм

Якщо обчислювальна система допускає спільну роботу декількох користувачів, то виникає проблема організації їхньої безпечної діяльності. Необхідно забезпечити збереження інформації на диску, щоб ніхто не міг видалити або зашкодити чужі файли. Не можна дозволити програмам одних користувачів довільно втручатися в роботу програм інших користувачів. Потрібно припиняти спроби несанкціонованого використання обчислювальної системи.

Всю цю діяльність здійснює операційна система як організатор безпечної роботи користувачів і їхніх програм. З такої точки зору операційна система представляється системою безпеки держави, на яку покладені поліцейські та контррозвідувальні функції.

Операційна система як постійно функціонуюче ядро

Нарешті, можна дати і таке визначення: операційна система - це програма, що постійно працює на комп'ютері й взаємодіє з усіма прикладними програмами.

Здавалося б, це абсолютно правильне визначення, але, як ми побачимо далі, в багатьох сучасних операційних системах постійно працює на комп'ютері лише частина операційної системи, яку прийнято називати її ядром.

Як ми бачимо, існує багато точок зору на те, що таке операційна система. Неможливо дати їй адекватне суворе визначення. Нам простіше сказати не що є операційна система, а для чого вона потрібна і що вона робить.