Лекция 5. Операционные системы

Введение

В

Рис. 5.1. Категории программного обеспечения

се программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории:

1. прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;

2. системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции (управление ресурсами ЭВМ, создание копий используемой информации, проверку работоспособности устройств компьютера, выдачу справочной информации о компьютере и др.);

3. инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.

Основные понятия

Операционная система (ОС) – это комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивает управление ресурсами ЭВМ с целью их эффективного использования.

Рис. 5.2. Основные функции ОС

ОС обеспечивает:

• осуществление диалога с пользователем (интерфейс);

• ввод-вывод и управление данными;

• планирование и организация процесса обработки программ;

• распределение ресурсов (оперативной памяти, процессора, внешних устройств и т.д.);

• запуск программ на выполнение;

• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

• передача информации между различными внутренними устройствами;

• программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, накопителей на дисках, принтера и др.).

Ф

Рис. 5.3. Виды распределений ресурсов

ункцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы.

ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования.

Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

• планирование (статическое распределение) ресурса – то есть определение, кому, когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс;

• отслеживание состояния ресурса – то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов – какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно (динамическое распределение).

Для управления каждым из устройств – своя специальная программа – драйвер. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая обычно заносится в постоянное запоминающее устройство компьютера.

Ядро ОС – небольшая часть кода ОС, относящаяся к числу наиболее используемых компонент системы. Функции ядра заключаются в следующем:

1. обработка прерываний;

2. управление процессами;

3. поддержка операций ввода-вывода;

4. поддержка управления памятью;

5. поддержка работы файловой системы.

Рис. 5.4. Основные части ОС

Классификация ос

Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами.

В зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором, операционные системы делятся:

• на многозадачные и однозадачные;

• многопользовательские и однопользовательские;

• на системы, поддерживающие многонитевую обработку и не поддерживающие ее;

• на многопроцессорные и однопроцессорные системы.

В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которое могут обслуживать ОС, различают 4 основных класса ОС:

1. однопользовательские однозадачные: поддерживают одного пользователя и могут работать (в данный момент) только с одной задачей;

2. однопользовательские однозадачные с фоновой печатью: позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать;

3. однопользовательские многозадачные;

4. многопользовательские многозадачные (требуют значительных машинных ресурсов).

Поддержка многозадачности. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:

• однозадачные (например, MS-DOS) и

• многозадачные (OS/2, UNIX, MS Windows).

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.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

Мультипрограммирование – это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.

Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

• однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

• многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

Многопроцессорная обработка. Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами.

В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris фирмы Sun, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare фирмы Novell.