Основні етапи розвитку операційних систем

Перші операційні системи з’явилися в 50-ті роки і були системами пакетної обробки. Такі системи забезпечували послідовне виконання програм у пакетному режимі (без можливості взаємодії з користувачем). У певний момент часу в пам’яті могла перебувати тільки одна програма (системи були однозадачними), усі програми виконувалися на процесорі від початку до кінця. За такої ситуації ОС розглядали просто як набір стандартних служб, необхідних прикладним програ мам і користувачам.

Наступним етапом стала підтримка багатозадачності. У багатозадачних систе мах у пам’ять комп’ютера стали завантажувати кілька програм, які виконувалися на процесорі навперемінно. При цьому розвивалися два напрями: багатозадачна пакетна обробка і розподіл часу. У багатозадачній пакетній обробці завантажені програми, як і раніше, виконувалися в пакетному режимі, але при доступі до ресурсів однієї програми процесор передавався іншій. У режимі розподілу часу із системою могли працювати одночасно кілька користувачів, кожному з яких на давався діалоговий термінал (пристрій, що складається із клавіатури і дисплея).

Підтримка багатозадачності потребувала реалізації в ОС засобів координації задач. Можна виділити три складові частини такої координації:

1. Захист критичних даних задачі від випадкового або навмисного доступу інших задач.

2. Забезпечення обміну даними між задачами.

3. Надання задачам справедливої частки ресурсів (процесора, пам’яті, тощо).

Ще однією важливою подією стала розробка концепції віртуальної пам’яті, коли програмі надається віртуальний адресний простір який значно перевищує реальний розмір фізичної пам’яті комп’ютера. Адреси з віртуального простору динамічно відображаються ОС в фізичні адреси на усі види пам’яті (внутрішню та зовнішню). Це дозволяє значно пом’якшити обмеження на об’єм програм ти спростити їх розробку.

На даний час активно розвивається концепція розподілених обчислень (GRID). Остаточною метою цієї концепції є створення сервісу, який би дозволив створювати віртуальний обчислювальний простір через який можна отримати доступ до обчислювальних потужностей та накопичувачів, що розміщені у різних суперкомп’ютерних центрах та лабораторіях. На початок 2007 року GRID-сервіс EGEE складався з більше ніж 20 000 процесорів та володів сумарною ємністю дискової пам’яті в 5 000 000 гігабайтів.

Функціональні компоненти операційних систем

Операційну систему можна розглядати як сукупність функціональних компонентів, кожен з яких відповідає за реалізацію певної функції системи. Основними функціями ОС є:

1. Сприймання від користувача (або від оператора системи) завдань або команд у вигляді директив (або команд) оператора, а також у вигляді вказівок від маніпуляторів (наприклад миші) та їх обробка.

2. Завантаження в оперативну пам’ять програм їх ініціація та ідентифікація.

3. Приймання від програм та виконання запитів на запуск, припинення, зупинку інших програм.

4. Забезпечення роботи систем управління файлами (СУФ) і/або системи управління базами даних (СУБД), що дозволяє різко збільшити ефективність всього програмного забезпечення;

5. Забезпечення режиму мультипрограмування, тобто виконання двох та більше програм на одному процесорі, створюючи видимість їх одночасного виконання.

6. Забезпечення функцій з організації та керування усіма операціями вводу/виводу.

5. Забезпечення виконання обмежень на час відповіді в режимі реального часу (характерний для ОС відповідного типу).

7. Розподіл пам’яті (як основної, так і зовнішньої), та організація віртуальної пам’яті.

8. Планування та диспетчеризація задач у відповідності із заданими стратегією та дисципліною обслуговування.

9. Організація механізмів обміну повідомленнями і даними між програмами, що виконуються

10. Захист одної програми від впливу інших, забезпечення збереження даних.

11. Забезпечення роботи систем програмування, за допомогою яких користувачі готують свої програми.

Таким чином, ОС виконує функції керування обчислювальними процесами в комп’ютерній системі, розподіляє її ресурси між різними обчислювальними процесами та створює програмне середовище, в якому виконуються прикладні програми користувачів. Таке середовище називається операційним середовищем або операційним оточенням.

Операційна система складається з деякої множини стандартних сервісних програм, які можуть бути використані в процесі виконання задачі і які надають засоби для керування ресурсами обчислювальної системи, виділяючи їх користувачам за потребою. Основні компоненти операційних систем показані на рис. 3.