15 Операційні системи

Операційна система — це базовий комплекс програм керування та обробки даних, які з одного боку виступають як інтерфейс між пристроями комп’ютера та прикладними програмами, а з другого боку призначена для управління пристроями, управління обчислювальними процесами, розподілення ресурсів системи та організація надійності обчислень. Іншими словами — ОС забезпечується функціонування так званої віртуальної машини, яка дозволяє абстрагуватися від особливостей апаратної реалізації комп’ютера. З точки зору програміста ОС надає набір великої кількості високорівневих функцій замість невеликої кількості низькорівневих апаратно-залежних команд. Набір високорівневих функцій — API (Application Programming Interface).

Логічній структурі типової обчислювальної системи ОС займає проміжне становище між пристроями з їх мікроархітектури та прикладної програми з ін. Під ресурсами обчислювальної системи розуміють програмні та апаратні засоби, що є доступно для програм користувача (ОП, порти вводу/виводу, жорсткі диски).

Функції ОС:

1. Виконання по запиту елементарних дій, які є загальними для всіх програм (ввід/вивід даних, виділення ОП і т.д.)

2. Завантаження програми користувача в ОП та їх виконання

3. Стандартизований доступ до периферійних пристроїв

4. Управління ОП

5. Забезпечення інтерфейсу користувача

6. Мережеві протоколи, доступ до мережевих протоколів

Перші ЕОМ не мали ОС. Програми писалися в машинних кодах і одразу запускалися на виконання. Проте довгий час процесор очікував завантаження програми, а відповідно відбувалося простоювання. Тоді з’явилися системи пакетної обробки даних, в яких оператор створював пакет завдань і відправляв цей пакет на виконання. Завдання в пакеті виконувалися послідовно.

1965 р. особливо популярність отримали комп’ютери, доступ до яких організовується по системі Main-Frame. Main-Frame являє собою потужний, надійний, відмово стійкий комп’ютер. Кожен користувач працює за терміналом, що являв собою тільки засоби вводу/виводу інформації. Термінал засобами зв’язку під’єднувався до Main-Frame. Всі обчислення відбувалися на головному комп’ютері, тоді як термінал служив для вводу/виводу інформації.

Відповідно виникла потреба в наявності ОС, яка б реалізовувала принципи мультипрограмування, багатопроцесорності та підтримки підтримки багатокористувацького доступу. Мультипрограмування — це можливість ОС одночасно виконувати декілька задач. Багатокористувацький доступ — це можливість декільком користувачам одночасно працювати на одному комп’ютері, причому ОС забезпечує неможливість одного користувача впливати на роботу іншого. Розрізняють два види багатозадачності.

1. З невитісняючою багатозадачністю

2. З витісняючою багатозадачністю

В ОС першого типу кожна задача передає управління іншій самостійно.

Системи другого типу ОС виділяє квант часу на виконання кожної задачі. По закінченні цього кванту управління примусово передається іншій задачі.

Реалізація багатозадачності вносить певні корективи в будову процесорів. З’явився режим користувача і захищений режим. Процесор мав підтримувати швидке перемикання між програмами, для чого вводився ряд регістрів. Однією з найпопулярніших систем була Unix. ОС Unix ввібрала в собі основні риси більш ранніх ОС, але володіла рядом особливостей, які відрізняють її від інших ОС.

1. Проста метафорика (2 ключові поняття: процес і файл)

2. Компонентна архітектура

3. Мінімізації ядра та кількості системних викликів

4. Незалежність від програмної архітектури та реалізація на машинно-незалежній мові (мова С)

5. Уніфікація файлів

В 1970 р. співробітники каліфорнійського університету Берклі внесли ряд змін в вихідні коди Unix, включаючи підтримки протоколів TCP/IP. Їх розробка стала відомою під ім’ям BSD. Організація архітектури Unix стала галузевим стандартом під маркою ISO/IEEC9945. Цей стандарт називається POSIX.

Тільки ОС, які відповідають Single Unix Specification мають право носити ім’я Unix.