1.Назначение и функции операционной системы
Понятие операционной системы
Функции операционной системы
Архитектура операционной системы
Понятие операционной системы
ОС управляет всеми устройствами компьютерной системы (процессорами, оперативной памятью, дисками, клавиатурой, монитором, принтерами, сетевыми устройствами и др.) и обеспечивает пользователя удобным интерфейсом для работы с аппаратурой.
Общепринятого определения Операционной системы, вообще говоря, нет.
Обычно ОС определяется через ее функции.
Под ОС обычно понимают комплекс управляющих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой - предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.
Другими словами, две основные функции (назначение) ОС:
1) предоставлять пользователю некую расширенную виртуальную машину, с которой легче работать (легче программировать), чем непосредственно с аппаратурой реального компьютера или реальной сети;
Для пользователя (приложения) работа с различными ресурсами (процессор, память, диски, периферийные устройства) выглядит так, как будто эти ресурсы находятся в его полном распоряжении, при этом в одной системе может выполняться одновременно несколько приложений, каждое со своим собственным набором ресурсов. В этом смысле говорят, что ОС реализует виртуальную машину, предоставляя приложениям средства многозадачности.
2) управлять ресурсами вычислительной системы.
Поэтому в специальной литературе ОС представляется всегда двояко:
1) как расширенная виртуальная машина и
2) как система управления ресурсами.
назад
Функции ОС
прием от пользователя (оператора) заданий или команд, сформулированных на соответствующих языках, и их обработка;
загрузка в ОП программ и их исполнение;
инициация программы (передача ей управления);
прием и исполнение программных запросов на запуск, приостановку, остановку других программ; организация взаимодействия между задачами;
идентификация всех программ и данных;
обеспечение работы системы управления файлами и/или систем управления БД;
обеспечение режима мультипрограммирования (многозадачности);
планирование и диспетчеризация задач;
обеспечение функций по организации и управлению операциями ввода/вывода;
удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (для соответствующих ОС);
управление памятью, организация виртуальной памяти;
организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;
защита одной программы от влияния другой; обеспечение сохранности данных;
аутентификация, авторизация и другие средства обеспечения безопасности;
предоставление услуг на случай частичного сбоя системы;
обеспечение работы систем программирования;
параллельное исполнение нескольких задач.
Функции ОС автономного компьютера обычно группируются в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС. Такие группы называют подсистемами.
Наиболее важные
подсистема управления процессами,
подсистема управления памятью,
подсистема управления файлами,
подсистема управления внешними устройствами,
подсистема пользовательского интерфейса,
подсистема защиты данных и администрирования.
Замечание. Часто под ОС обычно понимается то ПО, которое запускается в режиме ядра (привилегированном режиме, режиме супервизора).
Назад
Архитектура ОС.
Н
ОС
Ядро – модули, выполняющие основные функции(управление процессами, памятью,файлами, устройствами ввода – вывода и т.д.Они являются резидентными, т.е. постоянно находятся в ОП
аиболее
общим подходом к структуре ОС является
разделение всех её модулей на 2 подгруппы.
Модули ОС, выполняющие вспомогательные функции (утилиты, системные обрабатывающие программы, библиотеки процедур и функций Являются транзитными модулями, т.е. загружаются в ОП только на время выполнения своих функций.
Все группы вспомогательных модулей при выполнении своих задач обращаются к функциям ядра ОС. За счёт разделения ОС на ядро и вспомогательные модули обеспечивается лёгкая расширяемость ОС.
Назад
2. Мультипрограммирование — способ организации выполнения нескольких программ на одном компьютере.Разделяют мультипрограммирование в пакетных системах, системах реального времени и мультипрограммирование в системах разделения времени
Пакетная обработка
Пакетная обработка используется для достижения максимальной эффективности использования ресурсов вычислительной машины при выполнении вычислительных задач путём сбалансированной загрузки её компонентов, как например, АЛУ и УВВ. Задачи, планируемые к выполнению, называются пакетом. Переключение между задачами в пакетном режиме инициируется выполняющейся в данный момент задачей, поэтому промежутки времени выполнения той или иной задачи неопределены.
Системы разделения времени
Системы разделения времени используются для «одновременного» выполнения нескольких программ в интерактивном режиме. В отличие от пакетного режима, все программы получают определённые временные промежутки времени для выполнения, затем система инициирует переключение. Выделяемые временные интервалы могут быть равными для всех задач, а могут определяться их приоритетами
3. Многопользoвательский режим – возможность работы нескольких пользователей в рамках учетной записи одного абонента.
Благодаря работе в многопользовательском режиме абoнент получает возможность:
- Сдавать отчетность нескольким пользователям за одну организацию;
- Назначать права пользователям в зависимости от выполняемых ими функций;
- Однозначно определять, кто из бухгалтеров передал ту или иную декларацию.
Для настройки многопользовательского режима требуется получить необходимое количество дополнительных сертификатов.
4. Режим реального времени - режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов. Этот режим обработки данных широко используется в системах управления и информационно-поисковых системах.
Операционные системы реального времени иногда делят на два типа — системы жесткого реального времени и системы мягкого реального времени.[5]
Операционная система, которая может обеспечить требуемое время выполнения задачи реального времени даже в худших случаях, называется операционной системой жёсткого реального времени.
Операционная система, которая может обеспечить требуемое время выполнения задачи реального времени в среднем, называется операционной системой мягкого реального времени.
Системы жёсткого реального времени не допускают задержек реакции системы, так как это может привести к:
потере актуальности результатов
большим финансовым потерям
авариям и катастрофам
Если не выполняется обработка критических ситуаций либо она происходит недостаточно быстро, система жёсткого реального времени прерывает операцию и блокирует её, чтобы не пострадала надёжность и готовность остальной части системы. Примерами систем жёсткого реального времени могут быть — бортовые системы управления (на самолёте, космическом аппарате, корабле, и пр.), системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий.[6]
Системы мягкого реального времени характеризуются возможностью задержки реакции, что может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности системы в целом. Примером может служить работа компьютерной сети.[7] Если система не успела обработать очередной принятый пакет, это приведет к остановке на передающей стороне и повторной посылке (в зависимости от протокола). Данные при этом не теряются, но производительность сети снижается.
Основное отличие систем жёсткого и мягкого реального времени можно охарактеризовать так: система жёсткого реального времени никогда не опоздает с реакцией на событие, система мягкого реального времени — не должна опаздывать с реакцией на событие.[7]
Обозначим операционной системой реального времени такую систему, которая может быть использована для построения систем жёсткого реального времени. Это определение выражает отношение к ОСРВ как к объекту, содержащему необходимые инструменты, но также означает, что эти инструменты ещё необходимо правильно использовать.[6]
Большинство программного обеспечения ориентировано на «мягкое» реальное время. Для подобных систем характерно:
гарантированное время реакции на внешние события (прерывания от оборудования);
жёсткая подсистема планирования процессов (высокоприоритетные задачи не должны вытесняться низкоприоритетными, за некоторыми исключениями);
повышенные требования к времени реакции на внешние события или реактивности (задержка вызова обработчика прерывания не более десятков микросекунд, задержка при переключении задач не более сотен микросекунд)
Классическим примером задачи, где требуется ОСРВ, является управление роботом, берущим деталь с ленты конвейера. Деталь движется, и робот имеет лишь маленький промежуток времени, когда он может её взять. Если он опоздает, то деталь уже не будет на нужном участке конвейера, и следовательно, работа не будет выполнена, несмотря на то, что робот находится в правильном месте. Если он подготовится раньше, то деталь ещё не успеет подъехать, и он заблокирует ей путь.
5. Операционная система
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.
Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций (см.: интерфейс программирования приложений).
В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения. С 1990-х годов наиболее распространёнными операционными системами являются системы семейства Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).
BackTrack - Предназначен прежде всего для проведения тестов на безопасность серверов, а также утилитами для взлома систем SystemRescueCD - Содержит инструменты для работы с жестким диском: разбивка на разделы, диагностика, сохранение и восстановление разделов. Damn Small Linux - Создавался для использования на старых компьютерах, поэтому имеет низкие требования к процессору и оперативной памяти и маленький размер (50 мегабайт). Минимальные системные требования: ЦП — 486DX, ОП — 16 МБ. Clonezilla - предназначенное для клонирования дисков и отдельных разделов жёсткого диска, а также создания резервных копий и аварийного восстановления системы Parted Magic - менеджер разделов на базе Linux, работающий с LiveCD, USB-накопителей или через локальную сеть. Поддерживаются любые операции с данными - перенос, удаление, восстановление, клонирование разделов и т.д. openBSD - где нужна максимальная безопасность FreeBSD - где нужна очень высокая стабильность и безопасность и без потерь в скорости Специализированные варианты Ubuntu Edubuntu Сборник дополнений для Ubuntu, включающий набор специализированного ПО для применения в образовательных учреждениях, построения компьютерного класса и организации учебного процесса. Ubuntu Studio Система для желающих максимально использовать мультимедийные возможности современной ОС Linux и включает специальное ПО для воспроизведения и редактирования аудио, музыки, изображений и видео. Mythbuntu Основанная на Ubuntu и MythTV операционная система, позволяющая легко превратить ваш компьютер в полноценный домашний развлекательный центр, персональный видеорекордер (PVR), телевизионную приставку с поистине безграничными возможностями.
6. Классификация операционных систем
Операционная система составляет основу программного обеспечения ПК. Операционная система представляет комплекс системных и служебных программных средств, который обеспечивает взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение ПК, входящее в его систему BIOS, с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений. Для того чтобы компьютер мог работать, на его жестком диске должна быть установлена (записана) операционная система. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. Операционные системы различаются особенностями реализации алгоритмов управления ресурсами компьютера, областями использования. Так, в зависимости от алгоритма управления процессором, операционные системы делятся на:
Однозадачные и многозадачные
Однопользовательские и многопользовательские
Однопроцессорные и многопроцессорные системы
Локальные и сетевые.
По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:
Однозадачные (MS DOS)
Многозадачные (OS/2, Unix, Windows)
В однозадачных системах используются средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователями. Многозадачные ОС используют все средства, которые характерны для однозадачных, и, кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов: процессор, ОЗУ, файлы и внешние устройства.
В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:
Системы пакетной обработки (ОС ЕС)
Системы с разделением времени (Unix, Linux, Windows)
Системы реального времени (RT11)
Системы пакетной обработки предназначены для решения задач, которые не требуют быстрого получения результатов. Главной целью ОС пакетной обработки является максимальная пропускная способность или решение максимального числа задач в единицу времени. Эти системы обеспечивают высокую производительность при обработке больших объемов информации, но снижают эффективность работы пользователя в интерактивном режиме. В системах с разделением времени для выполнения каждой задачи выделяется небольшой промежуток времени, и ни одна задача не занимает процессор надолго. Если этот промежуток времени выбран минимальным, то создается видимость одновременного выполнения нескольких задач. Эти системы обладают меньшей пропускной способностью, но обеспечивают высокую эффективность работы пользователя в интерактивном режиме. Системы реального времени применяются для управления технологическим процессом или техническим объектом, например, летательным объектом, станком и т.д. По числу одновременно работающих пользователей на ЭВМ ОС разделяются на однопользовательские (MS DOS) и многопользовательские (Unix, Linux, Windows 95 - XP) В многопользовательских ОС каждый пользователь настраивает для себя интерфейс пользователя, т.е. может создать собственные наборы ярлыков, группы программ, задать индивидуальную цветовую схему, переместить в удобное место панель задач и добавить в меню Пуск новые пункты. В многопользовательских ОС существуют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Многопроцессорные и однопроцессорные операционные системы. Одним из важных свойств ОС является наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие средства существуют в OS/2, Net Ware, Widows NT.По способу организации вычислительного процесса эти ОС могут быть разделены на асимметричные и симметричные
7. Модульная структура операционных систем Структура ОС носит модульный характер. Программный модуль - программа, рассматриваемая как целое в контекстах хранения в наборе данных, трансляции, объединения с другими программными модулями, загрузки в оперативную память для выполнения или разработки в составе программного комплекса. При разработке программного обеспечения его разделение на модули происходит по функциональному признаку, что способствует минимизации числа межмодульных связей и, следовательно, уменьшению сложности разрабатываемого программного комплекса. Размеры модулей при этом обычно составляют несколько десятков, реже несколько сотен операторов алгоритмического языка. При исполнении программ различают исходный модуль - программу, выраженную на принятом при разработке комплекса языке программирования, объектный модуль - программу, полученную в результате трансляции на машинный язык, и загрузочный модуль - программу, прошедшую редактирование и готовую к помещению в оперативную память и после настройки адресных констант по месту загрузки - к исполнению. Загрузочный модуль может включать в себя несколько объектных и ранее отредактированных загрузочных модулей.
Переносимость
Требование переносимости кода тесно связано с расширяемостью. Расширяемость позволяет улучшать операционную систему, в то время как переносимость дает возможность перемещать всю систему на машину, базирующуюся на другом процессоре или аппаратной платформе, делая при этом по возможности небольшие изменения в коде. Хотя ОС часто описываются либо как переносимые, либо как непереносимые, переносимость - это не бинарное состояние. Вопрос не в том, может ли быть система перенесена, а в том, насколько легко можно это сделать. Написание переносимой ОС аналогично написанию любого переносимого кода - нужно следовать некоторым правилам.
Во-первых, большая часть кода должна быть написана на языке, который имеется на всех машинах, куда вы хотите переносить систему.
Во-вторых, следует учесть, в какое физическое окружение программа должна быть перенесена. Различная аппаратура требует различных решений при создании ОС.
В-третьих, важно минимизировать или, если возможно, исключить те части кода, которые непосредственно взаимодействуют с аппаратными средствами. Зависимость от аппаратуры может иметь много форм. Некоторые очевидные формы зависимости включают прямое манипулирование регистрами и другими аппаратными средствами.
В-четвертых, если аппаратно зависимый код не может быть полностью исключен, то он должен быть изолирован в нескольких хорошо локализуемых модулях. Аппаратно-зависимый код не должен быть распределен по всей системе.
Для легкого переноса ОС при ее разработке должны быть соблюдены следующие требования:
Переносимый язык высокого уровня.
Изоляция процессора.
Изоляция платформы.
8. Процесс управления — это совокупность отдельных видов деятельности, направленных на упорядочение и координацию функционирования и развития организации и ее элементов в интересах достижения стоящих перед ними целей. Он решает две задачи: тактическая заключается в поддержании устойчивости, гармоничности взаимодействия и работоспособности всех элементов объекта управления; стратегическая обеспечивает его развитие и совершенствование, перевод в качественно и количественно иное состояние.
Этот процесс характеризуется непрерывностью, циклической повторяемостью отдельных фаз (сбора, обработки, анализа, хранения, контроля информации; выработки и принятия решений; организации их выполнения), неравномерностью, инерционностью, проявляющейся в запаздывании управленческих действий. Он развивается и совершенствуется вместе с самой организацией.
Управленческий процесс объединяет в себе такие моменты как управленческий труд, его предмет и средства, и реализуется в определенном продукте.
9. Основная функция ядра - это управление процессом (резервирование ресурсов, последовательность выполнения и образования запросов, переключение с процесса на процесс).
Процесс - программа на этапе выполнения. Таблица процессов - это то, что зарегистрировано в специальной таблице ядра. Наиболее важная информация о процессе хранится в 2-х местах: таблица процессов и таблица пользователей.
1Таблица процессов
|
|
|
|
резидентная часть
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
