Розділ 1. Поняття про операційну систему. Історія розвитку ОС

Операційна система (ОС) - це група програм, які здійснюють завантаження ПК, та керують його роботою протягом всього сеансу, аж до відключення живлення. Операційні системи бувають:

• однозадачні - це такі ОС, в яких одночасно може бути запущена на виконання лише одна задача (програма);

• багатозадачні - це такі ОС, в яких одночасно може бути запущено на виконання декілька задач, що будуть виконуватись паралельно, незалежно одна від одної.

До однозадачних ОС відносять так звані клони DOS, до них відносяться: MS-DOS, DR-DOS, PC-DOS і деякі інші. До багатозадачних відносяться: OS/2, WINDOWS NT, WINDOWS 95 та інші.

У окрему групу можна виділити ОС, що спеціально розроблені для робочих станцій та серверів, до яких відносяться: UNIX, LINUX, SIRIUS,WINDOWS NT, Novell NetWare

І ІН.

Для ПК типу Macintosh розроблені свої типи ОС, найбільш поширена з яких, Мас OS.

При першому знайомстві з ПК цей матеріал даного розділу можна упустити і повернутись до нього після засвоєння основних термінів різних ОС.

Серед всіх перерахованих ОС "найстарішою" є UNIX, яка розроблена понад ЗО років тому. Пройшовши такий довгий шлях, ця ОС зараз доведена практично до досконалості. Вона надзвичайно високопродуктивна та надійна. Але разом з тим основним її недоліком є дуже високі вимоги до апаратного забезпечення ПК.

Перші ПК, створені в другій половині 70 років, були побудовані на 8-розрядних мікропроцесорах Intel 8080, Motorola 6800, Zolog 2-80 і використовували відповідні примітивні ОС. Найпопулярнішою операційною системою того часу для персональних комп'ютерів була 8- розрядна СР/М-80 (Control Program for Microcomputers) фірми Digital Research.

Вже на початку 80, з'являються 16-розрядні комп'ютери, для яких потрібна була нова операційна система. Фірма Digital Research не була готова запропонувати IBM 16-розрядну операційну систему. Тим часом маленька на той час програмістська компанія Microsoft, керована молодим енергійним програмістом Білом Гейтсом (Bill Gates), встигла придбати права на 16-розрядну систему 86-DOS у компанії Seattle Computer Products.

Гейтс переконав IBM перейти на виробництво ПК на базі 16 розрядного процесора. Так з'явився альянс корпорації IBM з фірмою Microsoft, що визначив подальшу долю розвитку IBM -сумісних ПК. Завдяки цьому фірма Microsoft з часом, перетворилась у найбільшу в світі фірму з виготовлення програмного забезпечення.

Абревіатура DOS означає Disk Operation System - дискова операційна система. Програми розроблені для СР/М-80, виявилось достатньо легко модифікувати для роботи під 86-DOS. Microsoft переробила 86-DOS і під маркою MS-DOS запропонувала фірмі IBM. .

Таким чином у серпні 1981 року почалося постачання комп'ютерів IBM PC з операційною системою DOS під назвою PC-DOS 1.0, яку пізніше почали називати MS-DOS 1.0.

Інтерфейс користувача MS-DOS з першої версії був орієнтований на використання командної стрічки символьного режиму. Починаючи з цієї версії, всі команди DOS розбиті на два типи - зовнішні, записані в окремі виконавчі файли, і внутрішні, код та імена яких вмонтовані в командний процесор. Введено спеціальний файл AUTOEXEC.BAT, який при завантаженні система автоматично виконує певну послідовність команд.

Для роботи MS-DOS 1.0. потрібно 64 К пам'яті, сама система займала всього 8 К на диску. Для завантаження програм і обробки даних система дозволяла користуватися 640К з 1 М адресного простору мікропроцесора 8088, це на той час було дуже багато. Дана ОС підтримувала тільки один тип магнітних носіїв - 5,25-дюймові дискети ємністю 160 К (SS).

В травні 1982 року була випущена PC-DOS 1.1, яка дозволяла працювати з двосторонніми дискетами ємністю 320 К. Потрібно сказати, що контракт з IBM не дозволяв фірмі Microsoft пропонувати MS-DOS іншим виробникам персональних комп'ютерів, і тому влітку 1982 року ту ж саму версію ОС під ім'ям MS-DOS 1.25 було випущено для Texas Instruments, Compaq Computer та інших фірм, які приступили до виготовлення IBM PC - сумісних комп'ютерів.

MS-DOS 2.0 була випущена в березні 1983 року разом з комп'ютером IBM PC XT, працювала з дискетами об'ємом 360 К і 10-мегабайтними жорсткими дисками. З появою дисків таких розмірів, виникла потреба у впорядкуванні інформації. Тому у цій версії введено поняття каталогу та ієрархічної деревовидної структури каталогів. У MS-DOS 2.0 з'явилась можливість завантажувати в ОП додаткові драйвери для роботи із тими пристроями вводу-виводу, підтримка яких ядром операційної системи не передбачена. Поряд із цим з'явився файл CONFIG.SYS, в який можна було вносити параметри конфігурування ОС.

Версія MS-DOS 2.0 займала 24 К оперативної пам'яті і вимагала для роботи 128 К вільної пам'яті. Найбільш стабільною серед реалізацій MS-DOS другого покоління була версія MS-DOS2.il.

MS-DOS, версій третього покоління, з'явились одна за одною MS-DOS 3.0 (серпень 1984 p.), MS-DOS 3.1 (листопад 1984 p.), MS-DOS 3.2 ( грудень 1985 p.) і MS-DOS 3.3 (квітень 1987 р.) - стало важливим етапом в історії розвитку MS-DOS. З одного боку, система увійшла в добу свого найбільшого розквіту і отримала широке розповсюдження, особливо версія MS-DOS 3.3, а з іншого реально окреслила межі можливостей MS-DOS. Тоді стало зрозумілим, що не так довго чекати того часу, коли MS-DOS зійде з ринку операційних систем. \

Звичайно, нове покоління MS-DOS мало багато вдосконалень. Наприклад, MS-DOS 3.2 підтримувала 3-дюймові 720-кілобайтні дискети і логічні розділи жорстких дисків об'ємом до 32 М, a MS-DOS 3.3 підтримувала 3-дюймові 1,44-мегабайтні дискети. В порівнянні з минулими версіями вона була більш надійною і стабільною.

Початок морального старіння MS-DOS

Як і всі попередні версії MS-DOS 3.3, не могла працювати з додатковими ресурсами мікропроцесорів 80286 і випущеного вже на той час 80386, використовуючи все ті ж 640 К оперативної пам'яті. Причиною такого консерватизму була основна вимога до нових версій цієї ОС - всі вони повинні були успішно працювати з програмами, випущеними в період існування більш старих версій. Це вже тоді сприяло зародженню перших ознак морального старіння MS-DOS.

Ще одним недоліком MS-DOS був надзвичайно примітивний користувацький інтерфейс, який замикався на командній стрічці. Тоді, як на ринку вже з'явився комп'ютер Macintosh фірми Apple з надзвичайно зручним графічним користувацьким інтерфейсом (Graphics User Interface, GUI), що мав вигляд набагато кращий ніж командна стрічка IBM.

Графічний інтерфейс і захищений режим OS/2 та Windows

Фірма Microsoft вела самостійні розробки в області графічного інтерфейсу користувача, і в 1985 році нею була випущена перша версія графічного середовища Windows (для MS-DOS). Існуючі тоді IBM PC-сумісні комп'ютери, не могли забезпечити повноцінне функціонування графічного середовища. Тому Windows, яку вдалося створити у 1985 році, виглядала досить примітивно.

Розуміючи, що для нових моделей комп'ютерів IBM час вимагає принципово нової операційної системи, IBM і Microsoft приступили до роботи над OS/2 - операційною системою для IBM PC - сумісних персональних комп'ютерів на мікропроцесорах 80286 і 80386. OS/2 не повинна була працювати на машинах з мікропроцесорами 8088/86, її метою було використання всієї адресної пам'яті, захищеного режиму і багатозадачних можливостей мікропроцесора 80286. У перспективі планувалось забезпечити і графічний користувацький інтерфейс. Для проходу на існуючий ринок програмного забезпечення, необхідно було забезпечити сумісність OS/2 з MS-DOS.

Продаж нової операційної системи почався в листопаді 1987 p. Microsoft постачала MS-OS/2, що працювала на будь-яких IBM PC-сумісних комп'ютерах. Головними рисами OS/2 стало використання захищеного режиму мікропроцесора 80286, із адресуванням до 16 М пам'яті і витісняюча багатозадачність (preemptive multitasking) з можливістю одночасного виконанням до 12 програм.

Вимоги сумісності з додатками для MS-DOS не були виконані до кінця, деякі програми для MS-DOS не працювали під OS/2. Одночасно могла виконуватися тільки одна MS-DOS - задача у спеціальному режимі, що емулював реальний режим мікропроцесора 8086. OS/2 потребувала для роботи З М оперативної пам'яті, що було для того часу досить складно.

Версія OS/2 1.1 отримала графічне багатовіконне середовище Presentation Manager.

Тим часом Microsoft продовжувала розвивати власне графічне середовище. Випущено версії Windows/286 і Windows/386 (Windows 2.x), що вже були працездатні. Ці оболонки мали також власний графічний інтерфейс для роботи з прикладними програмами, але могли використовувати тільки нижні 640 К пам'яті MS-DOS і розширену пам'ять.

Як OS/2 Presentation Manager, так і Windows запропонували користувачеві віконний інтерфейс, де кожній виконуваній програмі відводиться екранне вікно, яке може займати частину екрану або весь екран. Програми, спеціально спроектовані для таких віконних середовищ, можуть користуватися всіма їх перевагами. Вигляд користувацького екрану з вікнами різних прикладних програм, що перекриваються, досить яскраво демонструють можливості середовища в одночасному використанні декількох програм і передачі даних між ними. Користувач працює з додатком, який знаходиться у "верхньому вікні", але простим натисканням миші на іншому вікні, він може активізувати другу програму.

У 1989 році з'явились IBM OS/2 1.21. Графічний інтерфейс Presentation Manager цих версій був перероблений і став "тривимірним". З'явився новий додаток для виконання операцій з файлами і каталогами - File Manager. OS/2 1.2 могла підтримувати нову файлову систему HPFS - High Perfomance File System. Переваги високопродуктивної файлової системи дуже важливі для серверів і роботи із серйозними базами даних. Не менш важливою властивістю HPFS є підтримка довгих імен файлів.

Але жодна з перерахованих версій Windows і OS/2 не мала особливого успіху на ринку. Для роботи більшості популярних прикладних програм було достатньо 640 К оперативної пам'яті. Тому користувачі не спішили переходити на нову операційну систему, продовжуючи користуватись DOS. Фактичним стандартом залишались комп'ютери з програми для MS-DOS і сама MS-DOS 3.3. Це вимагало подальшого розвитку MS-DOS.

MS-DOS 4.0, яка була представлена у липні 1988 року, підтримувала розділи жорсткого диску об'ємом більше 32 М. З'явились нові сервісні засоби - драйвер програмного кешування, для пришвидшення доступу до жорсткого диску SMARTDrive, команда MEM для перегляду вмісту оперативної пам'яті, нові можливості керування режимами пристроїв введення-виведення командоюМООЕ, графічна оболонка для керування файлами і програмами MS-DOS Shell.

Але в MS-DOS 4.0. було багато помилок, листопадовий випуск цієї системи з номером версії 4.01, також не захопив покупців. Фірма Digital Research, яка виступала у ролі конкурента Microsoft на ринку операційних систем, запропонувавши MS-DOS - сумісну систему DR DOS 3.41, також не мала особливого успіху. Більшість користувачів IBM PC віддавало перевагу MS-DOS 3.3, яка добре працювала і задовольняла усі потреби.

На кінець 1990 року IBM і Microsoft планували випуск 32-розрядної версії OS/2 2.0 для комп'ютерів з мікропроцесорами не нижче 80386. Фірма Microsoft паралельно вела другий проект - розробку нової версії Windows. Удосконалена версія Windows, стала використовувати захищений режим мікропроцесора 80386, та графічний інтерфейс користувача, що дуже відрізнявся від інтерфейсу OS/2 Presentation Manager.

В той же час, 1990 році, була випущена OS/21.3, що мала підвищену швидкодію, більш досконалу, але, ще не довершену, підтримку MS-DOS - доповнень і потребувала для роботи всього 2 М пам'яті. Важливим кроком було включення в OS/2 системи масштабування PostScript-шрифтів Adobe Type Manager, традиційних програм для професійної видавничої діяльності.

Та головною подією 1990 року був випуск графічної операційної оболонки Microseft Windows 3.0, яка стала кращим продуктом року. Все ж, крім приємного графічного користувацького інтерфейсу середовище Windows являє собою значний комплекс послуг. Windows використала весь об'єм пам'яті, що адресується мікропроцесорами 80286, 80386 і вище. З 32-розрядними мікропроцесорами і при наявності не менше 2 М пам'яті Windows 3.0 може використовувати віртуальну пам'ять. Windows мала і багатозадачні можливості, правда, не з розділенням, а з кооперативним (cooperation) використанням процесорного часу. Мінімальний об'єм оперативної пам'яті, при якому Windows може хоч як-небудь функціонувати, складав 1 М.

І все ж Windows не була повноцінною операційною системою, вона добудовувала ядро і командний процесор системи MS-DOS власним ядром і графічним інтерфейсом.

З 1990 р. фірма Microsoft сконцентрувала свої зусилля на власній концепції "операційної системи 90-х". До осені 1990 договір про спільні розробки IBM і Microsoft було розірвано. В результаті ні та, ні інша фірма не випустили на ринок 32-розрядну операційну систему ні в 1990, ні в 1991 році.

В червні 1991 року випущено MS-DOS 5.0. У цій версії було значно покращено управління пам'яттю, удосконалено оболонку MS-DOS Shell, яка має можливості переключення між виконуючими програмами. Драйвер верхньої пам'яті HIMEM.SYS і драйвер емуляції розширеної пам'яті EMM386.EXE фактично прийшли в MS-DOS 5.0 з Windows 3.0, а менеджер програм оболонки MS-DOS Shell був створенний на основі технології переключення MS-DOS-задач стандартного режиму Windows.

Крім того, в MS-DOS 5.0 з'явилось Qbasic (повноекранний інтерпритатор мови BASIC), утиліта редагування командної стрічки Doskey, ліцензовані в фірмі Central Point Software програми профілактики і відновлення видалених файлів і відформатованих дисків, а також деякі подібності системи допомоги.

PC-DOS 5.0, паралельно випущена фірмою IBM, була практично ідентична MS-DOS 5.0. другою альтернативною MS-DOS 5.0 фірми Digital Research вже випущена версія DR DOS 5.0, що пропонувала навіть більше утиліт і можливостей керування пам'яттю, а практично одночасно з MS-DOS 5.0 з'явилась DR DOS 6.0. Але DR DOS представляла інтерес для витончених користувачів. До того ж при роботі з даною операційною системою могли виникати проблеми з Windows.

32-розрядні операційні системи

Початок 90-х років характеризувався дуже швидким розвитком впливу Microsoft Windows, до того ж не тільки на програмному, але і на апаратному ринку. Зростав попит на ПК з конфігурацією, достатньою для комфортної роботи з Windows, тобто з мікропроцесором не нижче 386 і об'ємом пам'яті не менше 4 М.

В той час Microsoft заявила про те, що вона планує випустити в 1992 році 32-розрядну операційну систему нового покоління. На початку новий проект називався OS/2 3.0, потім -- New Technology (скорочено - NT).

В квітні 1992 року IBM виготовила нову версію системи OS/2, яка повинна була послабити позиції Microsoft на ринку операційних систем. Апаратні потреби OS/2 2.0 були досить великі - мікропроцесор не менш 80386 і не менш 4 М пам'яті. Зате нова версія OS/2 була повністю 32-розрядною - ядро, драйвери пристроїв і система управління пам'яттю використовували переваги 32-розрядної організації мікропроцесорів. Це забезпечило високу продуктивність роботи системи. Крім того, для OS/2 2.0 був розроблений новий графіч-ний інтерфейс користувача Workplace Spell.

Незважаючи на це, користувачі від OS/2, перш за все потребували забезпечення повної підтримки програм для MS-DOS і Windows, що успішно було впроваджено. Паралельно могла виконуватись будь-яка доцільна кількість (точніше, до 240) MS-DOS- і Windows- програм в режимі "справжньої" багатозадачності OS/2.1 все ж були проблеми. Не всі MS-DOS- і Windows-додатки стабільно працювали під OS/2 2.0. Вбудована підтримка Windows 3.0 виявилась досить повільною і не дозволяла працювати в 386-му розширеному режимі Windows. На більшості відеоадаптерів доводилось працювати з Windows- програмами на повному екрані Windows, а не у вікні Workplace Shell.

У квітні 1992 року з'явилась нова версія Windows. З цього моменту Windows офіційно іменується операційною системою. Інтерфейс Windows 3.1 був трохи покращений, частково були посилені можливості керування екранними об'єктами мишкою. Динамічний обмін даними між додатками тепер підтримувався безпосередньо Windows. В систему ввійшли засоби мультимедіа, які раніше ставились окремо в пакет Windows Multimedia Extensions. Для розширення видавничих можливостей в Windows була вбудована підтримка системи масштабування шрифтів True Туре.

Windows 3.1 залишилась 16-розрядною системою і пропонувала два режими роботи -стандартний і 386-й розширений. Все це привело до того, що з середини 1992 року розвиток Windows-ринку фактично стосувавсяся вже лише Windows 3.1, і все більше додатків випускалось саме для Windows 3.1, а не для попередніх версій.

Таким чином, хоч OS/2 2.0 і Windows 3.1 і з'явились практично одночасно, першочергове значення відразу отримала нова версія Windows. IBM, яка не чекала настільки швидкого переходу користувачів до Windows 3.1 і шрифтів True Туре, програла ще один раунд, і ринкова ініціатива залишилась у Microsoft.

Поява Windows NT

Восени 1993 року вийшла нова 32-розрядна операційна система від Microsoft, отримавши назву Windows NT (New Technology). Треба сказати, що з цією системою Microsoft дуже широко розмахнулась, включаючи професійні сіткові можливості, роботу на звичайних і багатопроцесорних IBM PC - сумісних машинах і комп'ютерах з архітектурою RISK (з мікропроцесорами MIPS R4000 і DEC Alpha АХР).

В Windows NT можна було виконати програми для Windows NT, Windows, MS-DOS, а також додатки для символьного режиму OS/2 1.x. Система підтримувала FAT (від DOS, WINDOWS), HPFS (від OS/2) і власну файлову систему NTFS. Випущено версії Windows NT Workstation 3.1 для персональних комп'ютерів (робочих станцій) і Windows NT Advanced Server 3.1 для серверів. Для роботи Windows NT 3.1 потрібно було не менше 12 М оперативної пам'яті.

Windows NT - це універсальна операційна система, яка є повним рішенням для сіткової архітектури "клієнт-сервер" і різних апаратних платформ. Тобто, це ОС принципово іншого класу, ніж Windows, OS/2 і будь-які DOS. Оптимальним "настільним" рішенням ПК, для звичайного користувача, залишились Windows і MS-DOS, тоді як Windows NT, створено для професійної роботи в комп'ютерних мережах.

Паралельно розроблялась друга операційна система з новим інтерфейсом користувача і ще більш досконалим рівнем сервісу - майбутня 32-розрядна версія Windows.

Довший час вона була відома як проект Chicago. Було об'явлено, що Chicago, на відміну від попередніх версій Windows, буде повною операційною системою, а не оболонкою, яка завантажується з-під MS-DOS.

В 1993 році практично без повідомлення була видана Windows 3.11. Різницю між Windows 3.1 і Windows 3.11 важко виявити на перший погляд. Вона в основному полягає в тому, що нова версія Windows, була розроблена, як сіткова версія, для робочих груп і tomv отримала назву Windows 3.11 Workstation.

IBM вдалось в 1993 році досягнути певного успіху з новою версією своєї операційної системи. OS/2 2.1 включала ліцензійний код Windows 3.1 і підтримувала 386-ий розширений режим роботи. Набір драйверів пристроїв був збільшений. Були також виправлені помилки попередньої версії. Робота MS-DOS- і Windows- програм під OS/2 2.1 стала стабільною, так що проблеми із сумісністю були вирішені. Принциповим нововведенням для OS/2 2.1 було її мультимедіа - розширення. Крім того, IBM видала дешеву версію OS/2, яка не включала ліцензійний код Windows, а використовувала раніше встановлену на комп'ютері версію Windows 3.1, яка називалась OS/2 for Windows. Темпи продажів OS/2 2.1 реально зросли.

Правда об'єм продажів Microsoft Windows залишився на порядок (в 10 раз!) більшим. Microsoft продовжувала розвивати також MS-DOS. В квітні 1993 року була видана MS-DOS 6.0, в якій виявилось багато додаткових зручностей і декілька нових службових програм, як оригінальних, так і ліцензійних. Серед них: програма DoubleSpace для динамічного стискування даних, система оптимізації використання оперативної пам'яті Mem Marker, які ліцензовано у фірмі Symantec, дефрагментатор диску і програма резервного копіювання, які ліцензовані у фірмі Central Point antivirus.

Версія MS-DOS 6.2 (жовтень 1993 року) містила вдосконалену програму DoubleSpace і нову утиліту ScanDisk для перевірки коректності дискових даних і виправлення помилок. IBM також видала в 1993 році нову версію PC-DOS 6.3. Фірма Digital Research до того часу була придбана фірмою Novell. Саме Novell видала наступну версію DR DOS під іменем Novell DOS 7, в яку була включена система Personal NetWare для організації однорангової локальної мережі, після чого звернула роботи по DOS.

Останні версії MS-DOS вийшли в 1994 році. Весною була видана MS-DOS 6.21, без системи стиснення DoubleSpace. Це було пов'язано із виникненням юридичних протиріч між корпорацією Microsoft і фірмою Stac Electronic, виробником всесвітньовідомого пакету стискування дискових даних Stacker. В червні 1994 року видано MS-DOS 6.22 із програмою стискування DriveSpace, яка не порушує патентного законодавства і прав фірми Stac Electronics. Після кінцевого вирішення судових проблем було збережено право на існування всіх версій MS-DOS 6.x і програм стискування даних, які входять у їх склад. MS-DOS 6.22 - це перша із операційних систем Mictosoft, в стандартну версію яких вбудована підтримка російських кодових сторінок і російського алфавіту на дисплеї і клавіатурі. Зрозуміло, що це - остання версія MS-DOS.

OS/2 і Windows 95

Восени 1994 року з'явились нові версії систем Windows NT: Windows NT Server 3.5 і Windows NT Workstation 3.5, більш продуктивні і менш вимогливі до апаратного забезпечення (8 M оперативної пам'яті), ніж Windows NT 3.1.

В жовтні 1994 року фірмою IBM була випущена нова версія OS/2 для Windows, а в лютому 1995 вийшла аналогічна їй повна версія системи, яка включала ліцензійний код Windows 3.11 для робочих груп. В офіційній назві нової версії OS/2 з'явилось, ще одне слово '^агр"-"надсвітлова швидкість". OS/2 Warp працює на комп'ютерах з 4 M оперативної пам'яті, графічний інтерфейс Workplace Shell, ще більш удосконалений, а конфігурація системи стала значно простішою і зручнішою.

OS/2 Warp вельми проста і зручна в користуванні, а вбудовані в неї можливості Plug and Play дозволяють значно спростити конфігурування апаратного забезпечення, особливо плат PC Card. Крім цього, з OS/2 Warp має декілька додатків, а також інтегрований офісний пакет IBM Works і цілий набір телекомунікаційний програм.

Восени 1995 року нарешті випущено комерційну версію 32 розрядної, багатозадачної ОС Windows 95, випуск якої декілька разів до цього переносився. Ця ОС є самостійною і не вимагає для своєї роботи модулів DOS. Сам DOS виконується як окрема задача (MS DOS Prompt). Вона має вдосконалену файлову систему VFAT, що дозволяє використовувати довгі (до 255 символів) імена файлів.

Паралельно велися розробки по створенню нової версії ОС Windows NT, які привели до появи в 1996 та 1998 роках версій 4.0 та 5.0 ( Workstation та Server). Вони отримали інтерфейс, який схожий на графічний інтерфейс Windows 95. Ці версії значно надійніші в роботі, мають потужну систему захисту інформації, здатні організувати локальну мережу за стратегією клієнт-сервер. Windows NT повністю 32-розрядна операційна система, тоді як Windows 95 в ряді випадків все ще використовує 16-бітний код звертання.

На початку 1997 року випущено нову, вдосконалену версію Windows 95, що отримала назву Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2). В цій версії усунено багато помилок попередньої Windows. Основне нововведення - використання 32-розрядної файлової системи FAT32, за допомогою якої доступний розмір логічного диску може перевищувати 2Г і досягати 8Г. В FAT32 мінімальний розмір файла, що надається операційною системою - 4К, тоді, як раніше він складав 32К. Це нововведення дає можливість набагато ефективніше використовувати дисковий простір у випадку наявності на диску великої кількості дрібних файлів.

25 червня 1998 року фірма Microsoft представила нову операційну систему -Windows 98. Дана версія має такі нововведення:

• підтримка технології ММХ і графічних карт AGP,

• підтримка універсальної послідовної шини USB,

• можливість одночасного використання двох дисплеїв на одному ПК,

• значно менший час завантаження прикладних програм та виходу з ОС,

• інтегрованість для роботи в Internet,

• нові програми для керування енергоспоживанням.

Вивченню операційної системи Windows 98 присвячено частину 7 даного посібника.

_{Розділ 2. Основи MS-DOS}

Операційна система MS-DOS (Microsoft Disk Operation System) є однією з найпопулярніших ОС дляІВМ-сумісних ПК на основі 80386, чи більш раннього процесора. Вона пред'являє невисокі вимоги до апаратного забезпечення ПК, зокрема:

• процесор 8086, або новіший;

• 512К оперативної пам'яті;

• необов'язковим є ЖМД;

• будь-який тип відеосистеми.

• ОС MS-DOS випробувана часом (див. попередній розділ) і тому є досить надійною в роботі. Поряд з цим, основними недоліками MS-DOS, є однозадачність та відсутність графічного інтерфейсу користувача. Як сказано вище, MS-DOS в своєму розвитку пройшла 6 основних етапів (версій). В даному посібнику розглядатиметься MS-DOS версії 6.2х.

• Основою DOS є файлова система.

• Файл - це набір однотипної інформації, яка зберігається на диску під окремим іменем. Ім'я файлу буває повним та коротким. Повне ім'я має такий формат :

• <ім'я файлу>.<розширення> <розмір> <дата> <час>

• а коротке:

• <ім'я файлу>.<розширення>.

• <Дата> і < час - календарна дата та час створення файлу, або його останньої модифікації.

• <Розмір> - об'єм, який займає на диску файл в байтах.

• <Ім'я файлу> - це набір літер латинського алфавіту, цифр або спеціальних символів до 8.

* ? + <пропуск> ./ \ І < >

В іменах файлів не рекомендовано використовувати символи національних алфавітів.

<Розширення> - це набір літер латинського алфавіту, цифр або спеціальних символів (аналогічно до імені) до 3, що визначає тип файлу. Розширення є не обов'язковим, але бажаним елементом в імені файлу. Відповідно до розширень є такі типи файлів:

.txt текстові файли, записані в DOS форматі;

.exe .com виконуючі файли, які можна запустити на виконання;

.bat пакетні (командні) файли - текстові файли, в яких записані

1.2.3. Режим із багатьма користувачами

11 и и і всі звикли до режиму застосування комп'ютера, коли користувач задає інформацію за допомогою клавіатури (інтер-та інший режим). У цьому випадку основний час витрачається на введення цієї інформації, центральний процесор у цей час про-СТОЮЄ. Так, перші телетайпи, що використовувалися для введення даних, забезпечували швидкість уведення 11 символів за секунду. Застосування сучасних клавіатур істотно не збільшило швидкість, тому що вона обмежена можливостями людини. Контролер клаві­атури дозволяє передавати процесору не кожен символ, а повністю введений рядок, що робить можливим за необхідності виправляти задані символи до їх передавання для обробки. Використання потужних процесорів для обчислень в інтерактивному режимі неефективне. Для збільшення продуктивності обчислювальної системи один процесор використовується для роботи з кількома користувачами. Кожному користувачеві система виділяє відрізок (квант) часу. Якщо користувачів не дуже багато, і використову­ється потужна обчислювальна система, то в кожного користувача виникає ілюзія монопольної роботи з цією системою. Тут постають додаткові проблеми, пов'язані з обслуговуванням користувачів: авторизація користувача, пріоритетне або безпріоритетне обслу­говування, розподіл загальних пристроїв, наприклад, принтерів, між користувачами і т.д. І хоча з появою потужних персональних комп'ютерів проблема режиму з багатьма користувачами стала менш актуальною, все ж ця задача й досі стоїть на порядку денно­му; крім того, аналогічні задачі доводиться розв'язувати при ви­користанні мереж. Отже, актуальною залишається задача захисту від взаємного впливу всіх взаємодіючих і конкуруючих модулів.

Використання процесора з квантуванням часу називається режимом розподілу часу. Для сучасних ОС режим квантування застосовується під час роботи додатків (процесів) і їхніх окремих функцій (потоків).

Таким чином, наступна функція операційної системи — керу­вання процесами і потоками в режимі квантування часу. Ця функ­ція виконується модулем керування процесами (Process manager).

1.2.4. Керування пам'яттю

Для безпечного використання мультипрограмного режиму і режиму з багатьма користувачами необхідно координувати роз­поділ нам'яті між окремими додатками і модулями ОС. Цю коор­дннацію виконує модуль керування пам'яттю. Цей модуль керує також розподілом пам'яті для потреб самої ОС. У зв'язку з тим, що В якийсь момент часу оперативної пам'яті для виконуваних про­грам, може не вистачити, інші програми можуть бути витиснені на цупкий диск. Після їх повторного завантаження адреси даних і функцій можуть змінитися. Операційна система забезпечува­ти правильний доступ до даних після їхнього повторного заванта­ження і правильний виклик функцій.

Таким чином, код у програмі повинен бути позиційно не­залежним, в іншому разі модулі ОС повинні коректувати його у випадку зміни адреси завантаження. Сучасні процесори забез­печують позиційну незалежність коду на апаратному рівні. На­приклад, для процесорів типу Intel у команді переходу задається відстань між адресою команди, що йде слідом за командою пере­ходу, і міткою, куди треба перейти. У цьому випадку переміщення програми не спричиняє необхідність зміни команд переходу. Мо­дуль керування пам'яттю повинен також забезпечити ефективний і простий метод виділення — звільнення пам'яті додаткам, доступ до всього наявного адресного простору, захист у залежності від прав доступу до пам'яті. Модуль керування пам'яттю (Memory manager) є одним із найскладніших модулів ОС. Від ефективності алгоритмів керування пам'яттю істотно залежить ефективність ОС у цілому.

1.2.5. Системи реального часу

Такі системи застосовуються для керування різними технічними об'єктами, такими, наприклад, як верстат із числовим програмним керуванням. Характерною особливістю таких систем Є обмеження на гранично допустимий час, протягом якого повин­на бути виконана та або інша програма, що керує об'єктом, — и іншому випадку можлива аварія. Таким чином, критерієм ефективності для систем реального часу є їхня здатність витримувати заздалегідь задані інтервали часу між запуском програми ii одержанням результату (керуючого впливу). Цей час називається часом реакції системи, а відповідна властивість системи —реактивністю.

Наступна функція ОС, що характерна для систем реального часу, — забезпечення виконання сервісних функцій протягом заздалегідь заданого інтервалу часу. Системи реального часу и цьому посібнику не розглядаються.

1.2.6. Робота в мережі. Серверні операційні системи

Наприкінці 70-х років минулого століття почали бурхливо розвиватися комп'ютерні мережі — як локальні, так і глобальні, що значною мірою пов'язано зі здешевленням комп'ютерів. Було Створено стек (набір) протоколів¹ TCP/IP, використовуваний нині не ТІЛЬКИ н мережі Internet, але й дуже популярний у локальних мережах. Першою операційною системою, в якій ці протоколи були повноцінно реалізовані, стала UNIX. Таким чином, UNIX ;ti звичайної системи розподілу часу перетворилася на мережну ОИСТему, здатну взаємодіяти по мережі з іншими ОС.

Наявність локальних мереж, насамперед, забезпечує мож­ливість спільного використання компонентів обчислювальної системи високої вартості. У цьому випадку компоненти загального користування зосереджуються на сервері (цупкі диски, принтери), доступ до них здійснюється з ПК через мережне устаткування. Операційна система забезпечує керування реєстрацією користу­вачів, формування і надійне транспортування пакетів у мережі. Оскільки в мережі можуть бути комп'ютери з різними операцій­ними системами, ОС повинна підтримувати стандартні протоколи для формування й передавання пакетів. Отже, чергова функція операційної системи — підтримка роботи з локальною, корпора­тивною і глобальною мережею Internet.

Призначення серверної ОС — керування додатками, що об­слуговують усіх користувачів корпоративної мережі, а нерідко і зовнішніх користувачів. До таких додатків слід віднести:

• сучасні системи керування базами даних;

• засоби керування мережами і засоби аналізу подій у мережі;

• служби каталогів (сховище облікових записів усіх користу­вачів мережі, клієнтів, серверів і додатків, доповнених засобами конфігурування мережі, підключення віддалених користувачів і керування віддаленими комп'ютерами);

• засоби обміну повідомленнями;

• групові роботи;

• корпоративні брандмауери;

• сервери додатків різного призначення.

Для таких ОС найважливішими є вимоги надійності й про­дуктивності.

Мережні ОС повинні обов'язково забезпечувати мож­ні мість кластеризації, тобто використання для виконання однієї іі тієї ж задачі однотипних комп'ютерів, які поділяють між собою завантаження.

Особливого значення набувають можливості дублювання і резервування інформації. Оскільки сервери, як правило, не ви­микаються і працюють безупинно, необхідне забезпечення можливості підключення нової апаратури і програмного забезпечення без перезавантаження системи.

У зв'язку з тим, що питання, пов'язані з мережами і мережними ОС, викладаються в окремих дисциплінах, у цьому посібни­ку мережні ОС не розглядаються.

1.2.7. Надання послуг безпеки

У сучасних умовах усебічного використання обчислювальних систем, у тому числі й для електронного документообігу, проблема безпеки даних набуває все більшої актуальності. Надання послуг безпеки починається з реєстрації користувача. З кожним користу­вачем ОС пов'язує його обліковий запис, у якому задаються права користувача. Політикою безпеки визначаються правила задаван­ня і зміни паролів, блокування облікових записів тощо. Якщо дозволяє файлова система, для кожного її компонента (файла, папки, логічного диска) можуть бути встановлені права і режими доступу. В ОС убудовано сучасні криптографічні алгоритми, що дозволяють у будь-якому додатку виконувати формування циф­рового підпису¹, шифрування даних і файлів. Операційна система може забезпечувати можливість прозорого шифрування² файлів і папок. Таке шифрування виконується, наприклад, при вико­ристанні файлової системи ЕРБ. Для забезпечення можливості використання сучасних криптографічних методів ОС містить за­соби створення центрів сертифікації для керування ключами.

Отже, наступна функція ОС — забезпечення послуг безпеки. Оскільки захист інформації викладається в окремій дисципліні, питання забезпечення послуг безпеки сучасними операційними системами в цьому посібнику не розглядаються.

1.2.8. Підтримка багатопроцесорного оброблення

Сучасні сервери, як правило, є багатопроцесорними система­ми. Такі системи звичайно складаються з набору запам'ятовуваль­них пристроїв і кількох центральних процесорів, що працюють під керуванням однієї ОС. Усі процесори звичайно мають доступ до будь-якої ділянки пам'яті будь-якого запам'ятовувального при­строю. Для забезпечення максимальної продуктивності таких сис­тем ОС повинна ефективно виконувати розпаралелювання потоків самої операційної системи і користувачів. При розпаралелюванні в багатопроцесорній системі значно ускладнюються проблеми синхронізації. Покажемо це на простому прикладі. Нехай проце­сор записує дані, оновлені дані знаходяться в кеші цього процесо­ра і переписуються в оперативну пам'ять не відразу. Як забезпечи­ти використання цих даних іншим процесором? Чергова функція операційних систем — підтримка багатопроцесорного оброблення. Сучасні операційні системи підтримують багатопроцесорну ро­боту. Оскільки ОС UNIX використовується досить тривалий час для великих обчислювальних систем (mainframe), що, як прави­ло, є багатопроцесорними, вона допускає одночасну роботу з 256 і більше процесорами.

Операційні системи фірми Microsoft вико­ристовувалися донедавна тільки на персональних ЕОМ, для яких підтримка багатопроцесорного режиму була неактуальною. На­ближення за обчислювальною потужністю комп'ютерів, на яких використовуються обидва типи ОС, привело до того, що сучасні ОС фірми Microsoft (після WINDOWS'98) також підтримують багато­процесорний режим роботи. Операційна система WINDOWS'2003 може працювати із системами з числом процесорів не більше .

Багатопроцесорне оброблення може бути забезпечене у двох режимах:

• Симетрична система (symmetric multiprocessing — SMP) — усі потоки можуть виконуватися на будь-якому процесорі, тобто процесори розглядаються як однакові. Усі процесори розді- ють один адресний простір з погляду його доступності. Заува- [мо, що в таких системах достовірність даних забезпечується на іратному рівні. Саме такий режим реалізований у WINDOWS.

Слід зазначити, що хоча можливість доступу до будь-якої ді- нки пам'яті дійсно забезпечується такими системами, але час :тупу залежить від місця розташування цієї ділянки. Так, час ;тупу до «своєї» пам'яті значно менший, ніж до «чужої». Така істивість пам'яті називається NUMA (Non uniform Memory Ac­s') — неоднаковий доступ до пам'яті. Отже, ОС для забезпечення ксимальної продуктивності повинна враховувати і цей фактор.

• Несиметрична система (asymmetric multiprocessing — MP) — операційна система вибирає один процесор для виконан- потоків ядра (master processor), а інші процесори використову- ься для потоків користувальницьких додатків.

Операційна система, що підтримує багатопроцесорність у си- гричному режимі, повинна забезпечити можливість виконання *ь-якого потоку додатка на кожному з доступних процесорів, •ому числі потоків одного додатка. У цьому випадку потрібні цйні засоби синхронізації. Тільки такий режим використання езпечує збільшення швидкодії системи зі збільшенням числа зцесорів (масштабування).

• Підтримка 64-бітових процесорів

У наш час широко впроваджуються 64-бітові процесори. Це іачає не тільки розширення адресного простору і збільшення идкості виконання команд, але й використання нових принципів сонання програм. На зміну уявному паралельному виконанню жим розподілу часу) приходить справжнє розпаралелювання. дулі ОС, що залежать від процесора, повинні бути написані мо- о 64-бітового процесора, інші модулі якнайповніше мають ура- іувати всі його можливості, і паралельне виконання — у першу ігу. Існують ОС, що використовуються винятково для 64-бітових щесорів (АІХ), сучасні ОС підтримують роботу з процесорами >го класу.