Санкт-Петербургский гуманитарный университет профсоюзов

Утверждено

Ученым советом

экономического факультета

8 октября 2003 г., пр. № 2

учебно-методическое пособие

по дисциплине

Операционные системы, среды и оболочки

(специальность — 351400 Прикладная информатика)

 

Санкт-Петербург

2004

Кафедра информатики

Составители:

доцент, кандидат технических наук Л. Н. Невзорова;

доцент, кандидат физико-математических наук Л. Ю. Шарабаева

Рецензент

системный программист Департамента информационных технологий СПбГУП, кандидат технических наук В. Ю. Рюхин

Введение

Дисциплина “Операционные системы, среды и оболочки” изучается студентами всех форм обучения специальности 351400 “Прикладная информатика”. Основными ее задачами являются:

— ознакомление студентов с тенденциями развития операционных систем и распределенных операционных сред;

— изучение фундаментальных концепций и принципов построения операционных систем, механизмов управления ресурсами компьютера;

— освоение базовых технологических приемов работы в операционной системе Linux.

Данное учебно-методическое пособие включает в себя краткий конспект лекционного материала, где излагаются общие сведения о назначении, функциях, архитектуре и задачах операционной системы по управлению памятью, процессами, файлами и устройствами, описывается операционная система Linux, а также приведены инструкции по ее установке и системному администрированию; сформулированы модули практических заданий для освоения базовых технологических приемов работы в ОС Linux как при помощи консоли, так и с использованием графических оболочек. Приведены практические задания для лабораторных занятий и контрольные задания, аналогичные экзаменационным и позволяющие осуществить самопроверку приобретенных навыков.

Помимо списка литературы приводится подборка источников информации в Internet, которые содержат как информацию об операционной системе, так и дистрибутивы пакетов Linux.

1. Общие сведения об операционных системах

1.1. Назначение и функции

Операционная система (ОС) предназначена для управления выполнением пользовательских программ, планирования и управления ресурсами компьютера. Операционные оболочки — специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы, они имеют текстовый и графический варианты интерфейса пользователя.

ОС выполняет две группы функций:

— предоставление пользователю или программисту расширенной виртуальной машины;

— повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами.

ОС как виртуальная машина:

— предоставляет пользователю мощные высокоуровневые функции; скрывает большую часть особенностей аппаратуры и предоставляет возможность простой и удобной работы с требуемыми файлами;

— выполняет рутинные операции, связанные с управлением аппаратными устройствами компьютера: физической памятью, таймерами, принтерами и т. д.

ОС как система управления ресурсами: процессорами, основной памятью, таймерами, наборами данных, дисками, накопителями на МЛ, принтерами, сетевыми устройствами и другие, призвана обеспечить наиболее эффективное их использование.

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

— планирование ресурса — то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве следует выделить данный ресурс;

— удовлетворение запросов на ресурсы;

— отслеживание состояния и учет использования ресурса;

— разрешение конфликтов между процессами (процесс или задача — программа в стадии выполнения).

Функции ОС группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми она управляет, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Эти группы функций называют подсистемами.

Подсистемы управления ресурсами: подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами.

Подсистемы, общие для всех ресурсов: подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.

Функции ОС по управлению памятью:

— отслеживание свободной и занятой памяти;

— выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов;

— защита памяти;

— вытеснение процессов из оперативной памяти на диск и возвращение их;

— настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

Управление файлами и внешними устройствами

Операционная система виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла — простой неструктурированной последовательности байтов, имеющей символьное имя. Команды файловой системы: поиск по имени, удаление, вывод содержимого на внешнее устройство, изменение и сохранение содержимого.

Файловая система ОС выполняет преобразование символьных имен файлов, с которыми работает пользователь, в физические адреса данных на диске; организует совместный доступ к файлам; защищает их от несанкционированного доступа. Она также тесно взаимодействует с подсистемой управления внешними устройствами, которая по запросам файловой системы осуществляет передачу данных между дисками и оперативной памятью. Подсистема управления внешними устройствами (подсистема ввода-вывода) исполняет роль интерфейса ко всем устройствам, подключенным к компьютеру.

Программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учитывающая все его особенности, называется драйвером этого устройства (drive англ. — управлять, вести).

Защита данных и администрирование

Безопасность данных вычислительной системы обеспечивается средствами отказоустойчивости ОС и средствами защиты от несанкционированного доступа.

Возможности ОС доступны прикладному программисту в виде набора функций, называющегося интерфейсом прикладного программирования (Application Programming Interfase, API). Приложения выполняют обращения к функциям API с помощью системных вызовов. Их способ реализации зависит от:

— структурной организации ОС, тесно связанной с особенностями аппаратной платформы;

— языка программирования.

Пользовательский интерфейс

ОС должна обеспечивать удобный интерфейс для конечного пользователя, администратора ОС, программиста. Современные ОС поддерживают развитые функции пользовательского интерфейса для интерактивной работы за терминалами двух типов: алфавитно-цифровыми и графическими. При работе за алфавитно-цифровым терминалом используется система команд, мощность которой отражает функциональные возможности данной ОС.

Командный язык позволяет:

— запускать и останавливать приложения;

— выполнять различные операции с файлами и каталогами;

— получать информацию о состоянии ОС (количество работающих процессов, объем свободного пространства на дисках и т. п.);

— администрировать систему.

Команды вводятся в интерактивном режиме, либо считываются из командного файла, содержащего некоторую последовательность команд.

Сетевые операционные системы

Сетевые операционные системы подразделяются на сетевые и распределенные ОС. Сетевая ОС предоставляет пользователю для работы виртуальную сеть, распределенная — сетевые ресурсы в виде ресурсов единой централизованной виртуальной машины. Она существует как единая ОС в масштабах вычислительной системы.

Функциональные компоненты сетевой ОС

Средства управления локальными ресурсами компьютера реализуют все функции ОС автономного компьютера (распределение оперативной памяти между процессами, планирование и диспетчеризацию процессов, управление процессорами в мультипроцессорных машинах, управление внешней памятью, интерфейс с пользователем и т. д.).

Сетевые средства

• Средства предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование — серверная часть ОС.

• Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам — клиентская часть ОС.

• Транспортные средства ОС — совместно с коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений между компьютерами сети.

Сетевые службы и сетевые сервисы

Совокупность серверной и клиентской частей ОС, предоставляющей доступ к конкретному типу ресурса компьютера через сеть, называется сетевой службой.

Сетевой сервис — интерфейс между потребителем услуг и поставщиком услуг (службой); службы: пользовательские (файловая служба, служба печати) и административные.

Требования к современным операционным системам:

— расширяемость;

— переносимость (многоплатформенность);

— совместимость (поддержка пользовательского интерфейса и приложений);

— надежность и отказоустойчивость;

— безопасность;

— производительность.