4.8. Составные части ос ms dos, unix, Windows 95/98.

Составные части ОС MS DOS:

• BIOS (The Basic Input/Output System) – базовая система ввода/вывода. Она находится в ПЗУ, поэтому, с одной стороны, ее можно рассматривать как часть аппаратных средств ПК, а с другой стороны, как часть программного обеспечения, входящую в состав ОС. Часто говорят, что BIOS – это часть ОС, встроенная в ПК. Она предназначена для выполнения наиболее простых действий ПК по вводу/выводу информации.

• Загрузчик DOS - еще одна программа, которую можно считать частью MS DOS. Загрузчик находится в первом секторе каждого диска, с которого происходит загрузка ОС. Назначение этой программы - загрузка в память системных файлов IO.SYS и MSDOS.SYS при начальной загрузке компьютера. Дисковые (системные) файлы IO.SYS и MSDOS.SYS. IO.SYS - дополнение к BIOS в ПЗУ. MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги MS DOS. Файлы IO.SYS и MSDOS.SYS должны быть постоянно в оперативной памяти компьютера. Они должны находиться в корневом каталоге диска, с которого загружается MS DOS.

• Командный процессор. Обрабатывает команды, вводимые пользователем. Стандартный командный процессор имеет имя СOMMAND.COM. Обычно он находится в корневом каталоге диска, с которого загружается MS DOS.

• Внешние команды MS DOS. Это программы, поставляемые вместе с ОС в виде отдельных файлов. Они обычно выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискеты, проверку дисков и т.д. Внешние команды записываются в отдельный каталог при установке MS DOS.

• Драйверы устройств - это специальные программы, которые дополняют систему ввода/вывода ОС и обеспечивают обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке ОС, их имена указываются в специальном файле CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы MS DOS.

Диск, на котором записана ОС, называется системным или загрузочным. В качестве загрузочного чаще всего используется жесткий диск С:. При лечении вирусов, системных сбоях загрузка ОС часто осуществляется с гибкого диска.

Начальная загрузка ОС выполняется автоматически в следующих случаях:

• Включение компьютера

• При нажатии на клавишу ‘RESET’

• При работе в DOS перезагрузка выполняется также при одновременном нажатии клавиш [Ctrl]-[Alt]-[Del].

Запуск ПК осуществляется в 2 этапа. На первом этапе работает аппаратная часть: после включения электропитания происходит автоматический запуск программы, хранящейся в ПЗУ на системной плате. Эта программа выполняет всю подготовительную работу:

Проверяет функционирование процессора

Проверяет функционирование других узлов системной платы. При обнаружении неполадок диагностические сообщения о некоторых из них выводятся на экран дисплея, а о других сообщается звуковым сигналом. При нормальном запуске на экране появляются сведения о фирме-производителе ПО, в прямоугольной рамке – конфигурация ПК, т.е. его состав и основные параметры.

Проверяет оперативную память, показывая на экране ее количество.

Проверяет работоспособность клавиатуры и дисководов.

Завершение проверок подтверждается гудком динамика.

На втором этапе управление передается начальному загрузчику. Он находит ОС, загружает (переписывает) дисковые файлы IO.SYS и MSDOS.SYS в заранее отведенную для этого часть оперативной памяти ПК и передает им управление. Это программы, которые тоже производят подготовительные действия, но уже не для компьютерной аппаратуры, а для ОС. В частности, осуществляется поиск в корневом каталоге файла подстройки системного ПО – CONFIG.SYS. После выполнения всех подготовок и подстроек управление получает модуль COMMAND.COM– интерпретатор командной строки, который фактически и управляет работой ПК по указаниям пользователя вплоть до его выключения. Сначала он ищет файл AUTOEXEC.BAT в корневом каталоге системного диска. Если такой файл есть, он будет однократно автоматически выполнен при каждой загрузке или перезагрузке ОС. В этом файле указывается, например, какие программы должны быть запущены до начала работы (драйвер кириллицы, программа-оболочка и др.). Затем на экран выводится приглашение ОС, которое обозначает, что MS DOS готова к приему команд. После этого ПК простаивает - COMMAND.COM ждет команд с клавиатуры. Когда он получает команду, то начинает в ней разбираться. Есть так называемые внутренние команды ОС – командный процессор их может выполнить сам (простые команды манипуляции файлами – копирование, перемещение, удаление, переименование). Если первое слово команды неизвестно модулю COMMAND.COM, то он считает, что дана команда выполнить файл с таким именем (внешняя команда). Если расширение не указано, то модуль ищет файл с таким именем и расширением .com, затем - .exe, затем - .bat. Первый же подходящий файл начнет выполняться либо как программа (com, exe), либо как набор команд (bat). Если же файл не найден, то появится сообщение “Bad command or file name”, и командный процессор будет ждать следующих команд. Подходящие файлы ищутся сначала в текущем каталоге, а затем последовательно по перечню каталогов, указанных в команде PATH (путь) файла AUTOEXEC.BAT

Общая архитектура ОС Unix

Для чего же предназначено ядро ОС UNIX? Как и в других ОС, ядро поддерживает работу с дисками, занимается запуском программ и их оста-новкой, переключением процессора и другого оборудования между рабо-тающими программами, обеспечивая тем самым мультипроцессный режим, принимает сообщения и пакеты данных из сети и отправляет их в сеть. Выделяют две основные части ОС UNIX:

• Командный процессор, называемый shell, который считывает команды, введенные пользователем, и транслирует их в ядро.

• Ядро, которое взаимодействует с аппаратным обеспечением напрямую. Кроме того, ядро ОС UNIX разделяется по функциональным признакам

(и не только Unix) на следующие компоненты:

Планировщик (Process Manager, Process Scheduler) - предназначен для управления процессами в системе. Он планирует время запуска и выпол-нения всех процессов в системе: прикладных, пользовательских и систем-ных. Кроме того, он также осуществляет управление дочерними процесса-ми и регулирует отношения между ними. В алгоритмы функционирования планировщика могут быть заложены возможности управления мильтипроцессорной системой с симметричным и несимметричным использованием процессоров.

Контроллер памяти (Memory Manager) - реализует организацию вир-туальной памяти, которая позволяет исполнять процессы в пространстве, значительно превышающем размеры физической оперативной памяти.

Виртуальная файловая система (Virtual File System) - управляет ре-альной иерархической файловой системой на долговременных носителях с обеспечением управления доступа к файлам и директориям. Важной осо-бенностью VFS ОС UNIX является возможность поддержки множества файловых систем разного типа.

Сетевая подсистема (Abstract network services, NET) - основана на ис-пользовании модели сокетов (sockets), введенных в ОС 4.3 BSD, обеспечи-вающей полную поддержку различных стеков протоколов, в том числе и ТСР/IP.

Состав наиболее важных компонентов системы Unix показан на рис. 2.1. Каждый из компонентов выполняет свои функции. На рисунке представ-лена концептуальная архитектура, интуитивно позволяющая понять место подсистем и их взаимодействие в процессе функционирования системы. Компоненты системы, показанные на рис. 2.1, разнесены по слоям. Реаль-но модули и/или подсистемы Unix работают в "одном слое", что и создает монолитную структуру.

Ядро системы сохраняет большую часть информации о текущем состоя-нии системы в физической памяти. Для этого выделено множество различ-ных внутренних структур. Каждая структура данных имеет свое назначе-ние и используется своей подсистемой.

В среде Unix программы и команды выполняются в командном интер-претаторе (например, в shell). Для выполнения программ используется системный вызов do_fork(), который создает процесс со своей собственной структурой данных (task_struct). Эта структура постоянно находится в раз-деляемой памяти, используется несколькими программами из разных под-систем. Это означает, что если один из модулей системы был модифици-рован, то необходимо модифицировать и другие блоки, связанные с ним соответственно.

Примеры директорий, в которых расположены коды основных подсис-тем UNIX, изображенных на рис. 2.1, показаны в табл. 2.1. Подробное опи-сание каждой подсистемы будет приведено ниже.

Структура ОС Windows'95

Управление процессами. В Windows'95 процесс - это либо виртуальная машина MS DOS, либо любое работающее приложение Windows. Каждый процесс может порождать множество потоков. Поток - это последовательность команд в пределах процесса. Системный планировщик процессов (часть диспетчера виртуальной машины) управляет именно потоками.

Организация файловой системы (см. раздел “Настраиваемые файловые системы”). Основной файловой системой является VFAT. Пересмотренная версия Windowcs’95 OSR2 (OEM Service Releas 2) поддерживает файловую систему FAT32, обеспечивающую поддержку жестких дисков более 2Гбайт и более эффективное распределение дисковой памяти благодаря тому, что размер кластера в ней всего 4 Кбайт.

Поддержка технологии Plug-&-Play (PNP). Эта технология была разработана целой группой фирм-разработчиков аппаратного и программного обеспечения. Она предназначается для упрощения установки и конфигурирования новых устройств. Устройства, соответствующие данной технологии, обязаны “уметь” сообщать ОС о своем наличии и о требуемых для работы ресурсах. С другой стороны ОС обязана уметь распознавать такие устройства и автоматически выделять требуемые ресурсы.

В Windows'95 основным средством поддержки PNP является диспетчер конфигурации. Он вызывает шинные перечислители для идентификации всех устройств, загружает все необходимые драйверы и, с целью выделения ресурсов, обращается к арбитрам ресурсов.

Управление ресурсами, которое включает в себя распределение памяти, процессорного времени, управление доступом к устройствам ввода-вывода и т.д. Эти функции выполняются диспетчером виртуальной машины и ядром системы.

Важную роль в управлении ресурсами играет реестр. Реестр содержит всю системную информацию о приложениях, пользователях и аппаратной частью ЭВМ, на основании которой и происходит распределение ресурсов.

Архитектура Windows’95

Реестр

Реестр - это иерархическая база данных, в которой централизовано хранится вся информация об аппаратных средствах и о конкретных приложениях Windows'95 и о настройках пользователя интерфейсной части ОС.

Драйверы устройств

В Windows’95 применяется архитектура “универсальный драйвер - минидрайвер”.

Универсальный драйвер содержит большую часть кода, необходимого для общения целого класса устройств (например принтеров или модемов) с соответствующими компонентами операционной системы (скажем с подсистемами печати или связи).

Минидрайвер содержит небольшую часть кода, который обеспечивает работу конкретного устройства, принадлежащего данному классу.

Диспетчер конфигурации

Он включен в архитектуру Windows’95 для поддержки функциональных возможностей технологии Plug-&-Play (см. стр. 4 пункт 3).

Диспетчер виртуальной машины

VMM (Virtual Machine Manager) выделяет ресурсы каждому приложению и системному процессу, выполняемому на компьютере.

Виртуальная машина представляет собой некую среду в памяти, которая кажется приложению отдельным компьютером с теми же ресурсами, что и у физического компьютера.

Настраиваемые файловые системы

Файловая система Windows’95 характирезуется многоуровневой архитектурой, поддержи-вающей несколько файловых систем ( на основе FAT, файловая система CD ROM, файловые системы от сторонних разработчиков).

Особенностью файловой системы Windows’95 является поддержка длинных имен. Теперь нет необходимости придумывать какие-то немыслимые сокращения для названий файлов. В именах файлов можно использовать до 255 символов, включая пробелы и знаки препинания. Запрещенными в именах являются только следующие знаки:

\ - обратный слэш (используется для обозначения пути)

/ - прямой слэш (исп. для подстановки ключей)

> - знак “больше” (исп. для указания направления вывода)

< - знак “меньше” (исп. для указания направления вывода)

: - двоеточие (исп. для обозначения имени диска)

? - вопросительный знак (исп. в масках поиска)

* - знак “звездочка” (исп. в масках поиска)

" - кавычки (в них заключаются полные имена файлов и папок с длинными именами)

Другая особенность - это динамическое кэширование, поддерживаемое файловой системой CD ROM. Это обеспечивает оптимальный баланс между памятью, необходимой приложению, и памятью, выделяемой под дисковый кэш.

Компоненты ядра Windows’95

Ядро Windows’95 состоит из трех компонент:

-User управляет вводом с клавиатуры, от мыши и других координатных устройств, а так же выводом через интерфейс пользователя. В Windows'95 используется модель асинхронного ввода;

-Kernel обеспечивает базовые функциональные возможности операционной системы (поддержку файлового ввода/вывода, управление виртуальной памятью, планирование задач), загружает exe- и dll-файлы при запуске программы, обрабатывает исключения, обеспечивает взаимодействие 16-разрядного и 32-разрядного кодов;

-GDI - это графическая система, управляющая всем что появляется на экране дисплея, и поддерживающая графический вывод на принтер и другие устройства.

Достоинства

Удобный интерфейс.

В ОС реализована вытесняющая многозадачность и много-поточность, которая не позволяет некорректно работающему прило-жению занимать все системные ресурсы. Кроме того 32-разрядные программы выполняются в защищенных областях памяти и по сравнению с Windows 3.х число задач, которые могут выполнятся одновременно, стало больше.

Высокая степень совместимости с существующими программами.

Хорошая диалоговая помощь.

Недостатки

Удобный интерфейс не обошелся без огрех и на самом деле не всегда удобней, чем у его предшественников и конкурентов. На первом месте по удобству интерфейса по-прежнему остается Mac OS, которая является прародительницей всех графических интерфейсов. У пользователей, принимавших участие в “соревновании”, не вызвала особого восторга кнопка “Пуск” и ее многоуровневое основное меню. По их мнению другие ОС отличаются в этом смысле большей элегантностью и простотой.

Являясь 32-разрядной ОС однако содержит и некоторые 16-разрядные программы, что снижает быстродействие процессоров, рассчитанных на полностью 32-разрядные ОС.

16-разрядные приложения не защищены друг от друга и сбой в одном таком приложении может привести к “эффекту домино”, т.е. к сбою в других приложениях. К тому же все приложения могут иметь доступ к системной области.

ОС Windows’95 работает только на процессорах Intel.

Если же Вам необходима надежная ОС, которую можно адаптировать для работы на машинах с разными процессорами, то Вам бы подошла Windows NT. Сегодняшний ее интерфейс ничем не отличается от интерфейса Windows’95, но Windows NT сильнее ориентирован на работу в сети. К сожалению высокая надежность и защищенность от сбоев ограничивает ее совместимость с различными программами. Кроме того она не поддерживает технологию PNP, пользуется репутацией “пожирателя ресурсов”, выполняются не все 16-разрядные приложения, а приложения для Windows 3.х выполняются медленно.

Можно сделать вывод, что Windows’95 больше подойдет для дома или небольшого офиса, а Windows NT - это ОС для крупных компаний.