Типы классических («чистых») операционных систем

Традиционно различают три типа "чистых" ОС, каждая из которых может быть охарактеризована определенным типом взаимодействия между пользователем и его заданием и ограничениями на время ответа системы.

1. ОС пакетной обработки - система, в которой задания пользователей предоставляются на обработку в виде последовательных пакетов на входных устройствах и в которой не существует взаимодействия между пользователем и его заданием во время обработки. Пользователь полностью изолирован от своего задания и поэтому считает, что время ответа системы есть время полного выполнения задания. Это время может быть измерено минутами или часами, и поэтому может расцениваться как удовлетворительное. Поэтому в ОС может быть использована относительно гибкая дисциплина планирования.

2. ОС разделения времени - это система, которая обеспечивает одновременное обслуживание многих пользователей, работающих "в линию" с ЭВМ ("on-line-users"), позволяя каждому пользователю взаимодействовать со своим набором программ и данных. Эффект одновременного доступа достигается разделением времени процессора и других ресурсов между несколькими пользователями таким образом, который гарантирует ответ на каждую команду пользователя в течение нескольких секунд. ОС предоставляет каждому процессу пользователя ресурсы в течение небольшого "кванта времени" обычно в миллисекундном диапазоне; если процесс не завершился к концу своего "кванта", он прерывается и помещается в очередь ожидания, уступая другому процессу свою очередь.

1. ОС реального времени - это система, которая обслуживает внешние процессы, развивающие на устройствах, работающих в линию с ЭВМ, имеющие жесткие ограничения на время ответа. Действиями системы управляют прерывания от внешних процессов; если они не будут быстро обработаны (в зависимости от процесса в течение микро-, миллисекунд или секунд), то ход внешнего процесса может исказиться. Эти системы часто проектируются для частного применения, например, для управления технологическим процессом.

Конкретная ОС может обеспечить выполнение как определенного вида задания (пакетной обработки, разделения времени или реального времени), так и всех заданий одновременно. Например, системы разделения времени и системы реального времени обычно выполняют пакетные задания в фоновом режиме, когда нет работы "в линию".

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, операционные системы делятся:

• По числу одновременно выполняющихся задач: на однозадачные (MS DOS) и многозадачные (OS/2, Unix, Windows, QNX).

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.

• по числу одновременно работающих пользователей на ЭВМ: на однопользовательские и многопользовательские.

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 (Windows).

• однопроцессорные и многопроцессорные системы.

В многопользовательских ОС существуют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Одним из важных свойств ОС является наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки  данных. Такие средства существуют в OS/2, Net Ware, Windows NT, QNX. По способу организации вычислительного процесса эти ОС могут быть разделены на асимметричные и симметричные

• локальные и сетевые.

Одним из важнейших признаков классификации ЭВМ является разделение их на локальные и сетевые. Локальные ОС применяются на автономных ПК или ПК, которые используются в компьютерных сетях в качестве клиента. В состав локальных ОС входит клиентская часть ПО для доступа к удаленным ресурсам и услугам. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами ПК, включенных в сеть с целью совместного использования ресурсов. Они представляют мощные средства разграничения доступа к информации, ее целостности и другие возможности использования сетевых ресурсов.

Самым общим методом функционирования ОС является мультипрограммирование. ОС с мультипрограммированием, или мультипрограммная ОС, - это система, которая обеспечивает одновременное нахождение в основной памяти нескольких программ пользователей, разделяя процессорное время, пространство памяти и другие ресурсы между активными пользовательскими заданиями. Это разделение ресурсов распространяется на операционную систему: в крупных ОС программы, составляющие систему, сами подвержены мультипрограммированию.

ОС может обеспечить одновременную обработку нескольких заданий другим способом - посредством свопинга. ОС, использующая свопинг, в любое время обеспечивает одновременное нахождение нескольких заданий во вспомогательной памяти и только одного задания - в основной памяти; система переключается на другое задание посредством перемещения текущего задания из основной памяти во вспомогательную и загрузки выбранного задания из вспомогательной памяти в основную. Если предыдущее задание не выполнено до конца, оно будет позднее возвращено в основную память.

Определение мультиобработки относится к аппаратной части ЭВМ, которая тем не менее накладывает особые условия на ОС. Вычислительная система с мультиобработкой - это комплекс аппаратуры ЭВМ с несколькими независимыми обрабатывающими устройствами. Она включает в себя центральные процессоры, процессоры ввода-вывода, каналы данных и процессоры специального назначения. Наиболее часто этот термин относится к совокупности центральных обрабатывающих устройств.

Термин спулинг (spooling) не имеет общепринятого русского аналога. В соответствии с программистским фольклором, слово это происходит от аббревиатуры Simultaneous Peripherial Operation Off-Line. Эту фразу трудно дословно перевести на русский язык; имеется в виду метод работы с внешними устройствами вывода (реже — ввода) в многозадачной ОС или многомашинной среде, при котором задачам создается иллюзия одновременного доступа к устройству. При этом, однако, задачи не получают к устройству прямого доступа, а работают в режиме offline (без прямого подключения). Выводимые данные накапливаются системой (например, на внешнем запоминающем устройстве), а затем выводятся на устройство так, чтобы вывод различных задач не смешивался.

Рассмотрим типичное устройство, требующее спулинга - строчный принтер. Хотя технически легко позволить каждому пользовательскому процессу открыть специальный файл, связанный с принтером, такой способ опасен из-за того, что пользовательский процесс может монополизировать принтер на произвольное время. Вместо этого создается специальный процесс - монитор, который получает исключительные права на использование этого устройства. Также создается специальный каталог, называемый каталогом спулинга. Для того, чтобы напечатать файл, пользовательский процесс помещает выводимую информацию в этот файл и помещает его в каталог спулинга. Процесс-монитор по очереди распечатывает все файлы, содержащиеся в каталоге спулинга.

Ядро операционной системы (Kernel) - центральная часть ОС, постоянно находящаяся в оперативной памяти и управляющая всей ОС, обеспечивающая приложениям загрузку в память и координированный доступ к ресурсам компьютера, реализующая системные вызовы, содержащая: драйверы устройств, планировщик заданий. Часто ядро предоставляет сервисы файловой системы и сетевых протоколов.

Все операции, связанные с процессами, выполняются под управлением той части операционной системы, которая называется  ядром. Ядро представляет собой лишь небольшую часть кода операционной системы в целом, однако оно относится к числу наиболее интенсивно используемых компонент системы. По этой причине ядро обычно резидентно размеща ется в основной памяти, в то время как другие части операционной системы перемещаются во внешнюю память и обратно по мере необходимости.

Одной из самых важных функций, реализованных в ядре, является обработка прерываний.