8.Понятие операционной системы. Характеристика ос Windows: графический интерфейс, многозадачность, сетевые возможности.

Операционная система представляет собой комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему 5705 (базовая система ввода-вывода);с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней - прикладных и большинства служебных приложений. Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы. Основная функция всех операционных систем - посредническая. Она заключается в обеспечении нескольких видов интерфейса:

* интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);

* интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

* интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Графический интерфейс. ГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС WINDOWS

В настоящее время все операционные системы для персональных компьютеров обеспечивают взаимодействие с пользователем с помощью графического интерфейса.

Это позволяет даже начинающему пользователю компьютера уверенно работать в среде операционной системы (проводить операции с файлами, запускать программы и так далее).

Графический интерфейс позволяет осуществлять взаимодействие человека с компьютером в форме диалога с использованием окон, меню и элементов управления.

2.1 Операции графического интерфейса

1. Работа с мышью. Для работы с графическим интерфейсом используется мышь или другое координатное устройство ввода, при этом пользователь должен уметь производить:

левый щелчок -- однократное нажатие и отпускание основной (обычно левой) кнопки мыши;

правый щелчок -- однократное нажатие и отпускание дополнительной (обычно правой) кнопки мыши;

двойной щелчок -- два нажатия основной кнопки мыши с минимальным интервалом времени между ними;

перетаскивание -- нажатие левой или правой кнопки мыши и перемещение объекта с нажатой кнопкой.

2. Рабочий стол. Основную часть экрана занимает Рабочий стол, на котором располагаются значки и ярлыки (значки с маленькими стрелочками в нижнем левом углу). Значки и ярлыки обеспечивают (с помощью двойного щелчка) быстрый доступ к дискам, папкам, документам, приложениям и устройствам.Значки появляются на Рабочем столе после установки Windows.

Для быстрого доступа к дискам, принтеру, часто используемым документам целесообразно создать на рабочем столе ярлыки. Ярлык отличается от значка тем, что обозначает объект, фактически расположенный не на Рабочем столе, а в некоторой другой папке. Стрелочка означает, что мы имеем не сам объект, а ссылку на него. Ярлыки создаются перетаскиванием значков объектов на Рабочий стол.

3. Панель задач. В нижней части экрана располагается Панель задач, на которой находятся кнопка Пуск, кнопки выполняемых задач и открытых папок, индикаторы и часы.

Кнопка Пуск позволяет вызывать Главное меню, которое обеспечивает доступ практически ко всем ресурсам системы и содержит команды запуска приложений, настройки системы, поиска файлов и документов, доступа к справочной системе и др.

Windows является многозадачной операционной системой, то есть параллельно могут выполняться несколько приложений. Каждое запущенное приложение обозначается кнопкой на Панели задач, при этом переход от работы в одном приложении к работе в другом может производиться с помощью щелчка по кнопке. Работающее (активное) приложение изображается на панели задач в виде нажатой кнопки.

4. Окна. Важнейшим элементом графического интерфейса Windows являются окна, действительно ведь «windows» в переводе означает «окна». Существуют два основных типа окон -- окна приложений и окна документов:

· Окна приложений. В окне приложения выполняется любое запущенное на выполнение приложение или отражается содержимое папки. Открыть или закрыть окно приложения -- то же, что и запустить программу на выполнение или завершить ее. Окна приложений можно перемещать на любое место Рабочего стола, разворачивать на весь экран или сворачивать в кнопки на панели задач.

Основными элементами окна приложения являются:

- рабочая область: внутренняя часть окна, содержит вложенные папки или окна документов;

- границы: рамка, ограничивающая окно с четырех сторон. Размеры окна можно изменять, перемещая границу мышью;

- заголовок: строка непосредственно под верхней границей окна, содержащая название окна;

- значок системного меню: кнопка слева в строке заголовка открывает меню перемещения и изменения размеров окна;

- строка горизонтального меню: располагается непосредственно под заголовком, содержит пункты меню, обеспечивает доступ к командам;

- панель инструментов: располагается под строкой меню, представляет собой набор кнопок, обеспечивает быстрый доступ к некоторым командам;

- кнопкиСвернуть, Развернуть/Восстановить, Закрыть расположены в верхней правой части окна.

· Окна документов. Окна документов предназначены для работы с документами и «живут» внутри окон приложений. Можно раскрывать, сворачивать, перемещать или изменять размеры этих окон, однако они всегда остаются в пределах окна своего приложения. Окно документа имеет те же кнопки управления, что и окно приложения.

Окно документа всегда содержит зону заголовка (содержащую имя документа) и часто полосы прокрутки (появляющиеся, когда документ не помещается полностью в окне) и линейки. Открытое окно документа может находиться в активном либо в пассивном состоянии. Если окно находится в пассивном состоянии (зона заголовка не выделена цветом), то, щелкнув по любой его части мышью, можно перевести его в активное состояние.

5. Меню. Меню является одним из основных элементов графического интерфейса и представляет собой перечень команд (как правило, тематически сгруппированных), из которых необходимо сделать выбор (поместив на пункт меню указатель мыши и произведя щелчок). Выбор пункта меню приводит к выполнению определенной команды. Если за командой меню следует многоточие, то ее выбор приведет к появлению диалоговой панели, которая позволяет пользователю получить или ввести дополнительную информацию.

6. Диалоговые панели. Диалоговые панели могут включать в себя разнообразные элементы.

7. Вкладки. Диалоговые панели могут включать в себя несколько «страниц», которые называются вкладками.

8. Командные кнопки. Нажатие на кнопку (щелчок) обеспечивает выполнение того или иного действия, а надпись на кнопке поясняет ее назначение. Так, щелчок по кнопке с надписью Найти позволяет начать процесс поиска.

9. Текстовые поля. Текстовое поле называется иногда полем редактирования и позволяет вести какую либо страницу.

10. Списки. Список представляет собой набор предлагаемых на выбор значений. Раскрывающийся список выглядит как текстовое поле, снабженное кнопкой с направленной вниз стрелочкой. Раскрытие списка осуществляется с помощью левого щелчка по кнопке.

11.Переключатели. Переключатели служат для выбора одного из взаимоисключающих вариантов, варианты выбора представлены в форме маленьких белых кружков. Выбранный вариант обозначается кружком с точкой внутри. Выбор варианта производится с помощью левого щелчка.

12. Флажки. Флажок обеспечивает присваивание какому-либо параметру определенного значения. Флажки могут располагаться как группами, так и поодиночке. Флажок имеет форму квадратика; когда флажок установлен, в нем присутствует «галочка». Установка флажков производится с помощью левого щелчка.

13. Ползунки. Ползунок позволяет плавно изменять значение какого-либо параметра. Например, с помощью ползунков можно менять уровень громкости воспроизведения и записи звука, баланс левого и правого канала и т. п.

14. Контекстные меню. Объектно-ориентированный подход, используемый в операционной системе Windows, позволяет рассматривать диски, папки и файлы как объекты. Все эти объекты имеют определенные свойства, и над ними могут проводиться определенные операции.

Например, документы (документом называется любой файл, обрабатываемый с помощью приложений) имеют определенный объем и их можно копировать, перемещать и переименовывать; окна имеют размер, который можно изменять и так далее.

Хотя каждый из этих объектов имеет свои конкретные свойства и над ним возможны определенные операции, технология работы с объектами и интерфейс универсальны. Это позволяет пользователю достичь единообразия при работе с разными объектами.

Ознакомиться со свойствами объекта, а также выполнить над ним разрешенные операции можно с помощью контекстного меню. Для вызова контекстного меню необходимо осуществить правый щелчок на значке объекта.

Многозадачность.Реализация многозадачности в Windows 2003

          В современных полновесных реализациях Windows планировщик ядра выделяет процессорное время потокам. Управление волокнами возложено на приложения пользователя: Windows предоставляет набор функций, с помощью которых приложение может управлять созданными волокнами. Фактически для волокон реализуется невытесняющая многозадачность средствами приложения; с точки зрения операционной системы, все волокна должны быть созданы в рамках потоков (один поток может быть "расщеплен" на множество волокон средствами приложения) и система никак не вмешивается в их планирование.             В Windows определен список событий, которые приводят к перепланированию потоков: ·                     создание и завершение потока;  ·                     выделенный потоку квант исчерпан;  ·                     поток вышел из состояния ожидания;  ·                     поток перешел в состояние ожидания;  ·                     изменен приоритет потока;  ·                     изменена привязка к процессору.            В целях уменьшения затрат на планирование потоков несколько изменен граф состояний потока. Переход из состояния "готовность" в состояние "выполнение" сделан в два этапа - выбранный к выполнению поток подготавливается к выполнению и переводится в состояние "выбран"; эта подготовка может осуществляться до наступления момента перепланирования, и в нужный момент достаточно просто переключить контекст выполняющегося потока на выбранный.          Также в два этапа может происходить переход из состояния "ожидание" в "готовность": если ожидание было долгим, то стек потока может быть выгружен из оперативной памяти. В этом случае поток переводится в промежуточное состояние до завершения загрузки стека - в списке готовых к выполнению потоков находятся только те, которые можно начать выполнять без лишнего ожидания.          При выборе потока для выполнения учитываются приоритеты потоков (абсолютные приоритеты) - система начинает выполнять код потока с наибольшим приоритетом из числа готовых к исполнению.          Процесс выбора потока для выполнения усложняется в случае SMP систем, когда помимо приоритета готового к исполнению потока учитывается, на каком процессоре ранее выполнялся код данного потока.          В Windows выделяют понятие "идеального" процессора - им назначается процессор, на котором запускается приложение в первый раз. В дальнейшем система старается выполнять код потока именно на этом процессоре - для SMP систем это решение улучшает использование кэш-памяти, а для NUMA систем позволяет, по большей части, ограничиться использованием оперативной памяти, локальной для данного процессора. Заметим, что диспетчер памяти Windows при выделении памяти для запускаемого процесса старается учитывать доступность памяти для назначенного процессора в случае NUMA системы.           В многопроцессорной системе используется либо первый простаивающий процессор, либо, при необходимости вытеснения уже работающего потока, проверяются идеальный процессор, последний использовавшийся и процессор с наибольшим номером. Если на одном из них работает поток с меньшим приоритетом, то последний вытесняется и заменяется новым потоком; в противном случае выполнение потока откладывается (даже если в системе есть процессоры, занятые потоками с меньшим приоритетом).           Современные реализации Windows в рамках единого дерева кодов могут быть использованы для различных классов задач - от рабочих станций, обслуживающих преимущественно интерфейс пользователя, до серверных установок на многопроцессорных машинах. Чтобы можно было эффективно использовать одну ОС в столь разных классах систем, планировщик Windows динамически изменяет длительность квантов и приоритеты, назначаемые потокам. Администратор системы может в некоторой степени изменить поведение системы при назначении длительности квантов и приоритетов потоков.           Управление длительностью кванта связано с активностью процесса, которая определяется наличием интерфейса пользователя (GUI или консоль) и его активностью. Если процесс находится в фоновом режиме, то длительность назначенного ему кванта соответствует "нулевым" колонкам таблицы 6.1 (выделены серым цветом; т.е. длительности 6 или 24 - для переменной длины кванта или 18 и 36 - для фиксированной). Когда процесс становится активным, то ему назначается продолжительность квантов, исходя из значения двух младших бит параметраWin32PrioritySeparation в соответствии с приведенной таблицей.             Еще один случай увеличения длительности кванта - процесс долгое время не получал процессорного времени (это может случиться, если все время есть активные процессы более высокого приоритета). В этой ситуации система раз в 3-4 секунды (в зависимости от продолжительности тика) назначает процессу повышенный приоритет и квант удвоенной длительности. По истечении этого кванта приоритет возвращается к прежнему значению и восстанавливается рекомендуемая длительность кванта.

Управление приоритетами в Windows 2003

            В Windows выделяется 32 уровня приоритетов. 0 соответствует самому низкому приоритету (с таким приоритетом работает только специальный поток обнуления страниц), 31 - самому высокому. Этот диапазон делится на три части: ·                     Приоритет 0 - соответствует приоритету потока обнуления страниц. ·                     Приоритеты с 1 по 15 - соответствуют динамическим уровням приоритетов. Большинство потоков работают именно в этом диапазоне приоритетов, и Windows может корректировать в некоторых случаях приоритеты потоков из этого диапазона.  ·                     Приоритеты с 16 по 31 - соответствуют приоритетам "реального времени". Этот уровень достаточно высок для того, чтобы поток, работающий с таким приоритетом, мог реально помешать нормальной работе других потоков в системе - например, помешать обрабатывать сообщения от клавиатуры и мыши. Windows самостоятельно не корректирует приоритеты этого диапазона.            Для некоторого упрощения управления приоритетами в Windows выделяют "классы приоритета", которые задают базовый уровень приоритета, и "относительные приоритеты" потоков, которые корректируют указанный базовый уровень. Операционная система предоставляет набор функций для управления классами и относительными приоритетами потоков.              Планировщик операционной системы также может корректировать уровень приоритета (из диапазона 1-15), однако базовый уровень (т.е. класс) не может быть изменен. Такая коррекция приоритета выполняется в случае: ·                     Завершения операции ввода-вывода - в зависимости от устройства, приоритет повышается на 1 - 8 уровней.  ·                     По окончании ожидания события или семафора (см. далее) - на один уровень.  ·                     При пробуждении GUI потоков - на 2 уровня.  ·                     По окончании ожидания потоком активного процесса (определяется по активности интерфейса) - на величину, указанную младшими 2 битами параметра Win32PrioritySeparation (см. управление длительностью кванта).            В случае коррекции приоритета по одной из перечисленных причин, повышенный приоритет начинает постепенно снижаться до начального уровня потока - с каждым тиком таймера на один уровень.            Еще один случай повышения приоритета (вместе с увеличением длительности кванта) - процесс долгое время не получал процессорного времени. В этой ситуации система раз в 3-4 секунды назначает процессу приоритет, равный 15, и квант удвоенной длительности. По истечении этого кванта приоритет возвращается к прежнему значению и восстанавливается рекомендуемая длительность кванта. В зависимости от настройки планировщика, NORMAL_PRIORITY_CLASS с базовым уровнем приоритета 8 может быть "расщеплен" на два базовых уровня - для потоков активных процессов (базовый уровень 9) и для потоков фоновых процессов (базовый уровень 7). Для класса HIGH_PRIORITY_CLASS относительные приоритеты потока THREAD_PRIORITY_HIGHEST и THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL дают одинаковое значение приоритета 15.

Особенности многозадачности в среде Windows 2003

         Общеизвестно, что в Windows 2003 реализована вытесняющая многозадачность. Именно это привлекло внимание многих фирм-разработчиков ПО, поскольку предшественницы этой ОС справедливо считались тяжелыми и неповоротливыми.           Появление вытесняющей многозадачности в Windows 2003 резко повысило надежность оболочки. Теперь в девяносто девяти случаях из ста "неработоспособную" программу можно корректно снять с выполнения, не затрагивая при этом другие программы. Конечно, если программа "подвисает", то принудительное удаление ее из системы бесследно не проходит и в дальнейшем может привести к краху всей системы. Но в любом случае после снятия такой программы появляется возможность корректного завершения других программ и перезапуска системы без потери данных.            Основные понятия многозадачности в Windows 2003 - процесс (задача) и поток (нить). Под процессом понимается выполнение программы в целом (WinWord, Excel, Visual C++ и т. д.) Потоками в свою очередь являются части процесса, выполняющиеся параллельно.         Любой процесс имеет хотя бы один поток. В этом случае его можно отождествить с потоком. Процессы интересны с точки зрения взаимодействия одновременно выполняющихся программ, потоки (участки кода, выполняющиеся параллельно в одном процессе) - с точки зрения их синхронизации.          Заметим, что одновременно выполняющиеся потоки могут быть зависимы друг от друга - например, один поток подготавливает данные, другой их сортирует, а третий выводит результат в файл. Передав готовые данные второму потоку на сортировку, первый начинает обработку нового блока. Тем временем второй поток сообщает третьему, что можно выводить результаты. Следовательно, работу этих трех потоков необходимо синхронизировать.           Есть еще одна особенность при работе с объектами синхронизации. Дело в том, что Windows 2003 довольно "тяжело" взаимодействует со своей графической системой в многозадачном режиме. Это объясняется тем, что в Windows 2003 графическая подсистема частично осталась 16-разрядной и обращение к такому коду приводит к захвату системного исключающего семафора Win16Mutex, который предотвращает одновременный доступ нескольких процессов (потоков) к такому коду.            Одним из положительных свойств вытесняющей многозадачности является то, что она предоставляет механизм корректного изменения данных. Ведь если несколько потоков имеют доступ к одной переменной, то нет никакой гарантии, что в процессе изменения значения этой переменной одним потоком не произойдет переключение на другой поток, который может читать ее значение. Другой поток в этом случае получит неверную информацию. Для предотвращения таких конфликтов в Windows 95 введен ряд функций, позволяющих корректно изменять переменные, доступ к которым имеют несколько потоков.

Сетевые возможности. Стремительное развитие вычислительной техники в настоящее время во многом обусловлено работами в области математического обеспечения ЭВМ. Неотъемлемой частью каждой ЭВМ стала операционная система (ОС). Она предназначена для организации и управления работой ЭВМ. По сути ОС – это интерфейс между пользователем ЭВМ и ее аппаратной частью.

Операционная система – это главная управляющая программа, причем управляющая всем подряд. Она позволяет запускать программы, организует их работу, распределяет между ними память, организует обращение к диску, позволяет работать с принтером, клавиатурой, мышкой и т.д. ОС работает с момента включения компьютера и до момента его выключения.

Самая распространенная в мире многозадачная операционная система для ПК – это MicrosoftWindows, которая приобретает все большую популярность с каждым годом. В версии ОС Windows используются возможности увеличения производительности сети, обеспечения повышенной надежности и эффективности. [2, c. 145]

В операционной системе Windows XP предусматривается использование возможности быстрого переключения пользователей.

Это позволяет организовать работу нескольких пользователей на одном компьютере. Каждый пользователь компьютера может создать отдельную защищенную паролем учетную запись с личной настройкой и частными файлами. На одном компьютере могут быть активны сразу несколько учетных записей, переключение между ними осуществляется просто и быстро.

Соединение компьютеров в сеть значительно увеличивает их возможности (рис. 2). Мощные и простые в эксплуатации сети Windows XP позволяют сэкономить время и деньги. На подключенных к сети компьютерах можно совместно использовать общее подключение Интернета, общий принтер и другое оборудование, а также общие файлы. Можно даже играть по сети с другими участниками в сетевые компьютерные игры.

Кроме того, установка сети с помощью MS Windows XP осуществляется проще, чем с помощью любой предыдущей операционной системы. Чтобы настроить сеть дома или в небольшом офисе, не обязательно быть экспертом в области организации сетей, мастер сделает все необходимые для этого шаги. Остается только ответить на несколько вопросов о компьютерах, которые требуется соединить, а мастер выполнит остальную работу.

После ввода сети в эксплуатацию операционная система Windows XP помогает обслуживать ее, автоматически отслеживая изменения и корректируя параметры, чтобы обеспечить максимальную производительность при минимуме усилий со стороны пользователя.

В Windows XP появились новые мощные средства, разработанные для поддержки работоспособности сети при любых обстоятельствах. Сложное программное обеспечение защищает операционную систему каждого компьютера, а также создает защитный барьер, или брандмауэр, предотвращающий проникновение в сеть неавторизованных лиц и вирусов из Интернета.