1321

Рецензент

Доктор технических наук, профессор, С.Н. Чуканов (Заведующий кафедрой «Компьютерные информационные автоматизированные системы» ФГБОУ ВО СибАДИ.)

Работа утверждена редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний.

О 60 Операционные системы [Электронный ресурс] : Методические указания / сост. Л.Е.Олейник. – (Серия внутривузовских методических указаний

По темам изложен материал, необходимый для выполнения лабораторных работ, дана рекомендуемая литература и перечень дополнительных ресурсов, необходимых для освоения дисциплины «Операционные системы». Для самостоятельной подготовки к промежуточной аттестации сформированы вопросы и типовые тесты.

Имеется интерактивное оглавление в виде закладок.

Методические указания предназначены для бакалавров направления 09.03.03 «Прикладная информатика». Также могут быть использованы как дополнительный учебный материал в различных информационных дисциплинах для формирования профессиональных компетенций.

Издание подготовлено на кафедре «Прикладная информатика в экономике».

Системные требования: Intel, 3,4 GHz; 150 Мб; Windows XP/Vista/7; DVDROM;

1 Гб свободного места на жестком диске; программа для чтения pdf-файлов:

Adobe Acrobat Reader; Foxit Reader

Издание первое. Дата подписания к использованию Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр.

Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018

2.7Лабораторная работа 7 «Типы файлов: обычные файлы,

ВВЕДЕНИЕ

Операционная система (ОС) — программный комплекс, предоставляющий пользователю среду для выполнения прикладных программ и управления ими, а прикладным программам средства доступа и управления аппаратными ресурсами.

Каждый пользователь ОС использует в своей деятельности инструменты, предоставляемые либо непосредственно ядром ОС, либо работающими под управлением ОС прикладными программами.

Для решения своих задач пользователь формализует описание задачи на некотором входном языке для ОС или программ. Синтаксис и семантика таких языков различна в зависимости от решаемых при их помощи задач. Эти задачи могут быть разделены на следующие группы:

расширение функциональности ОС;

конфигурирование режимов работы ОС;

разработка прикладных программ;

решение прикладных задач при помощи готовых программ. Целями освоения учебной дисциплины «Операционные системы»

являются формирование систематизированного представления об операционных системах, средах и оболочках; ознакомление с фундаментальными понятиями и принципами работы операционных систем, включая изучение таких аспектов, как: организация файловых систем (FAT, NTFS, ext2fs), управление памятью и процессами; изучение основных принципов, идеологии и архитектуры построения современных операционных систем; углубленное изучение внутреннего устройства и алгоритмов работы основных компонентов современных операционных систем.

Для достижения цели дисциплина призвана решить следующие задачи:

научить выделять различия разных систем, их преимущества и недостатки;

представить основные направления развития современных операционных систем;

дать навыки по установке, настройке и использованию операционных систем и оболочек;

Лабораторные работы помогут студентам приобрести навыков по работе с операционными системами и их администрированию, в том числе непосредственно при прохождении практик, а также для написания выпускной квалификационной работы (магистерской диссертации).

В результате изучения дисциплины студент должен знать: основные типы операционных систем, возможности современных операционных систем и оболочек; основные параметры программного обеспечения; принципы построения современных операционных систем, примеры современных ОС, методы разработки прикладных программ, ориентированных на работу с серверами баз данных и серверами приложений. Студент научится использовать современные операционные системы и оболочки; использовать современные операционные системы и оболочки; сравнивать и оценивать различные методы, лежащие в основе планирования и диспетчеризации процессов; выбирать, обосновывая свой выбор, оптимальные алгоритмы управления ресурсами Студент получит навыки работы в различных операционных средах; работы с программным обеспечением информационных систем.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

Раздел 1 Понятие и эволюция операционных систем 1.1. Основные понятия, назначение и функции ОС

Вопросы для рассмотрения: Цели и задачи дисциплины. Место

ироль дисциплины в общей структуре подготовки специалистов, связь с другими дисциплинами. Назначение операционных систем (ОС). Роль

иместо ОС в архитектуре вычислительных систем.

Рекомендуемая литература: 1, 5, 6. Перечень дополнительных ресурсов: 2, 3, 4.

Наименование вида самостоятельной работы: изучение литературы.

Операционная система – комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих взаимодействие пользователя с вычислительной системой, а также управления ресурсами вычислительной системы. Функции:

Предоставление пользователю вместо реальной аппаратуры виртуальной машины (виртуальной аппаратуры);

Повышенная эффективность использования аппаратуры путём рационального использования ресурсов.

ОС регулирует конфликты, возникающие между процессами при разделении ресурсов. ОС удовлетворяет запросы на ресурсы, учитывая их свободность или занятость.

Вычислительная система – программно-аппаратный комплекс, который предоставляет услуги пользователю.

Аппаратные средства – нижний уровень - это аппаратура, то, что делается из металла, пластика и прочих материалов, используемых для производства «железа» компьютера.

Управление физическими устройствами осуществляют программы, ориентированные на качества и свойства аппаратуры, взаимодействующие с аппаратными структурами, знающие «язык» аппаратуры.

Уровень управления логическими устройствами ориентирован на пользователя, предназначен для сглаживания аппаратных особенностей устройств. Команды этого уровня обращены к предыдущему слою.

Система программирования – это комплекс программ для поддержки всего технологического цикла разработки программного

обеспечения.

Прикладные программы предназначены для решения некоторых задач в конкретных областях знаний.

Ресурс – всякий объект, который может распределяться внутри

ОС:

процессоры (процессорное время)

память

периферийные устройства (диски, таймеры, наборы данных, принтеры, сетевые устройства и т.п.)

Ресурсы могут быть:

разделяемые (несколько процессов используют их одновременно) и неделимые;

выгружаемые (могут быть отобраны у процесса без негативных последствий – например, оперативная память) и невыгружаемые (принудительная выгрузка приводит к сбою).

Управление ресурсами включает в себя решение следующих задач:

планирование ресурса (когда, кому и в каком объёме);

удовлетворение запросов на ресурсы;

отслеживание состояния и учёт использования ресурса;

разрешение конфликтов между процессами времени, таким образом, что пользователи, запустившие программы на выполнение, получают возможность поддерживать с ними диалог.

ОС реального времени предназначены для управления различными техническими объектами или технологическими процессами. В таких системах мультипрограммная смесь обычно представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется по прерываниям (исходя из состояния управляемого объекта) или в соответствии с расписанием плановых работ. Критерий эффективности работы ОС реального времени – способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (реактивность системы).

1.2.Эволюция вычислительных и операционных систем

Вопросы для рассмотрения: История развития ОС. Основные функции ОС. Особенности современного этапа развития ОС

Рекомендуемая литература: 5, 6. Перечень дополнительных ресурсов: 4.

Наименование вида самостоятельной работы: изучение

литературы.

Первый период (1945 -1955).В середине 40-хбыли созданы первые ламповые вычислительные устройства (в США и Великобритании), в СССР первая ламповая вычислительная машина появилась в 1951 году. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Элементная база – электронные лампы и коммуникационные панели. Операционных систем не было, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную программистом с пульта управления. Системное программное обеспечение - библиотеки математических и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 - 1965). С середины 50-хгодов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов (транзисторы). В эти годы появились первые алгоритмические языки и, следовательно, первые системные программы - компиляторы. Стоимость процессорного времени возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработки, увеличивающие коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. Был разработан формальный язык управления заданиями. Появился механизм виртуальной памяти.

Третий период (1965 - 1975). Переход к интегральным микросхемам. Создание семейств программно-совместимых машин (серия машин IBM System/360, советский аналог - машины серии ЕС). В этот период времени были реализованы практически все основные концепции, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, многотерминальный режим, виртуальная память, файловая система, разграничение доступа и сетевая работа. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режим работы, специальные регистры для переключения контекстов, средства защиты областей памяти и система прерываний. Другое нововведение - спулинг (spooling). Спулинг в то время определялся как способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задания считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся раздел. Появился новый тип ОС - системы разделения времени. В конце60-хгодов начаты работы по созданию глобальной сети ARPANET, ставшей отправной точкой для Интернета. К

середине70-хгодов широкое распространение получили миникомпьютеры.Их архитектура была значительно упрощена по сравнению с мейнфреймами, что нашло отражение и в их ОС. Экономичность и доступность мини-компьютеров послужила мощным стимулом к созданию первых локальных сетей. С середины70-хгодов началось массовое использование ОС UNIX. В конце70-хбыл создан рабочий вариант протокола TCP/IP, в 1983 году он был стандартизирован.

Четвертый период (1980 - настоящее время). Следующий период

вэволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В эти годы произошел резкий рост степени интеграции и удешевление микросхем. Наступила эра персональных компьютеров. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами. Реализован графический интерфейс пользователя (GUI - Graphical User Interface), теория которого была разработана еще

в60-егоды. С

1985 года стала выпускаться Windows, это была графическая оболочка MS-DOS вплоть до 1995г., когда вышла полноценная ОС Windows 95. IBM и Microsoft совместно разработали операционную систему OS/2. Она поддерживала вытесняющую многозадачность, виртуальную память, графический пользовательский интерфейс, виртуальную машину для выполнения DOS-приложений. Первая версия вышла 1987 г. В дальнейшем Microsoft отказалась от OS/2 и приступила к разработке Windows NT. Первая версия вышла в 1993г.

В1987г. была выпущена операционная система MINIX (прототип LINUX), она была построена по принципу микроядерной архитектуры.

В80-егоды были приняты основные стандарты на коммуникационное оборудование для локальных сетей: в 1980 году–

Ethernet,в 1985 – Token Ring, в конце80-х– FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых ОС на нижних уровнях, а также стандартизировать интерфейс ОС с драйверами сетевых адаптеров.

В90-егоды практически все ОС стали сетевыми. Появились специализированные ОС, предназначенные исключительно для решения коммуникационных задач (IOS компании Cisco Systems). Появление службы World Wide Web (WWW) в 1991 году придало мощный импульс развитию популярности Интернета. Развитие корпоративных сетевых операционных систем выходит на первый план. Возобновляется развитие ОС мейнфреймов. В 1991г. была выпущена LINUX. Чуть позже вышла FreeBSD (основой для нее послужила BSD UNIX).

В90е годы практически все ОС стали сетевыми, эти функции включались в ядро. Полная совместимость с основными технологиями