Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2136

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
1.19 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Д.В. Иванов Б.Н. Тишуков

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебно-методического пособия

Воронеж 2017

УДК 681.3 ББК 32.973-018.2

Иванов Д.В. Операционные системы и управление процессами: учеб.-метод. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (1,13 МБ) / Д.В. Иванов, Б.Н. Тишуков. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением

1024x768; (Adobe Acrobat Reader); CD-ROM дисковод; мышь.

– Загл. с экрана.

Учебно-методическое пособие содержит теоретические и практические сведения по работе с операционными системами семейств Unix и Windows.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлениям подготовки 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника» 09.03.02 «Информационные системы и технологии», дисциплине «Операционные системы».

Табл. 9. Ил. 14. Библиогр.: 6 назв.

Рецензенты: кафедра вычислительной техники и информационных систем Воронежского государственного лесотехнического университета им. Г.Ф. Морозова (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф.

В.К. Зольников); д-р техн. наук, проф. В.Ф. Барабанов

©Иванов Д.В., Тишуков Б.Н., 2017

©ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет, 2017

2

ВВЕДЕНИЕ

Современные информационные технологии невозможно успешно освоить без базовых знаний в области операционных систем. Операционная система организует и управляет работой ЭВМ, распределяя ресурсы, управляя процессами и т.п., а также предоставляет своеобразный интерфейс между человеком и компьютером. Знания в области операционных систем найдут применение в многих других областях науки и техники, где наиболее значимыми являются программирование, защита информации, базы данных, виртуальное моделирование, проектирование и т.д.

Учебно-методическое пособие по курсу операционные системы рассчитано на четыре базовых образовательных модуля таких как: введение в операционные системы, управление процессами, виртуальная память и файловые системы, что отражает основные базовые потребности студентов в знаниях для успешного освоения будущих профильных дисциплин.

Кроме того, в учебно-методическом пособии представлен практикум по лабораторным занятиям с детальным указанием выполняемых работ на основе предлагаемых образовательных модулях.

3

1. ВВЕДЕНИЕ В ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

1.1. Программное обеспечение

Программное обеспечение - совокупность программ системы обработки информации и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ.

Программное обеспечение, можно условно разделить на две категории:

системное ПО – комплекс программ, которые обеспечивают управление компонентами компьютерной системы, такими как процессор, оперативная память, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс», с одной стороны которого аппаратура, а с другой – приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные практические задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, предоставляя им сервисные функции, абстрагирующие детали аппаратной и микропрограммной реализации вычислительной системы, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы. Отнесение того или иного программного обеспечения к системному условно, и зависит от соглашений, используемых в конкретном контексте. Как правило, к системному программному обеспечению относятся операционные системы.

прикладное ПО – программа, предназначенная для выполнения определённых пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем.

Операционная система (ОС) – комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы (ВС) (Вычислительная система - взаимосвязанная

4

совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации) и удобства работы с ней.

1.2. Назначение операционных систем

Назначение ОС - организация вычислительного процесса в вычислительной системе, рациональное распределение вычислительных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса (Интерфейс – совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых для подключения периферийных устройств к ПЭВМ) между пользователем и ВС, т.е. ОС предоставляет пользователю виртуальную ВС. Различные ОС на одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю различные возможности для организации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных.

1.3. История развития операционных систем

Предшественником ОС следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).

5

История ОС насчитывает примерно полвека. Она во многом определялась и определяется развитием элементной базы и вычислительной аппаратурой.

40-е годы. Первые цифровые вычислительные машины без ОС. Организация вычислительного процесса решается программистом с пульта управления.

50-е годы. Появление прообраза ОС - мониторных систем, реализующих систему пакетной обработки заданий.

1965-1980 г.г. Переход к интегральным схемам. IBM/360. Реализованы практически все основные концепции, присущие современным ОС: разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы. Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень важных изменений в аппаратуру компьютера: привилегированный и пользовательский режимы, средства защиты областей памяти, развитой системы прерываний.

Конец 70-х. Создан рабочий вариант стека протоколов TCP/IP. В 1983 году он был стандартизирован. Независимость от производителей, гибкость и эффективность, доказанные успешной работой Интернет, сделала этот стек протоколов основным стеком для большинства ОС.

80-е годы. Появление персональных компьютеров. Бурный рост локальных сетей. Поддержка сетевых функций стала необходимым условием. Приняты основные стандарты на коммуникационные технологии локальных сетей: Ethernet, Token Ring, FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых ОС на нижних уровнях.

Начало 90-х. Практически все ОС стали сетевыми. Появились специализированные сетевые ОС (например IOS, работающая в маршрутизаторах)

Последнее десятилетие. Особое внимание корпоративным сетевым ОС, для которых характерны высокая степень масштабируемости, поддержка сетевой работы,

6

развитые средства обеспечения безопасности, способность работать в гетерогенной среде, наличие средств централизованного администрирования.

1.4. Классификация операционных систем

Существует несколько классификаций операционных систем, в которых выделяют определенные критерии, отражающие разные существенные характеристики систем.

Взависимости от алгоритма управления процессором, операционные системы делятся на:

1. Однозадачные и многозадачные.

2. Однопользовательские и многопользовательские.

3. Однопроцессорные и многопроцессорные системы.

4. Локальные и сетевые.

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:

1. Однозадачные (MS DOS).

2. Многозадачные (OS/2, Unix, Windows).

Взависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:

1. Системы пакетной обработки (ОС ЕС).

2.Системы с разделением времени (Unix, Linux,

Windows).

3.Системы реального времени (RT11).

Системы пакетной обработки предназначены для решения задач, которые не требуют быстрого получения результатов. Главной целью ОС пакетной обработки является максимальная пропускная способность или решение максимального числа задач в единицу времени. Эти системы обеспечивают высокую производительность при обработке больших объемов информации, но снижают эффективность работы пользователя в интерактивном режиме. Примерами ОС пакетной обработки являются ОС для мэйнфреймов IBM

7

360/370/390наиболее мощный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ.

В системах с разделением времени для выполнения каждой задачи выделяется небольшой промежуток времени, и ни одна задача не занимает процессор надолго. Если этот промежуток времени выбран минимальным, то создается видимость одновременного выполнения нескольких задач. Эти системы обладают меньшей пропускной способностью, но обеспечивают высокую эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

Системы реального времени применяются для управления технологическим процессом или техническим объектом, например, летательным объектом, станком и т.д.

По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских систем от

однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

Системы с Вытесняющей и невытесняющей (кооперативной) многозадачностью.

Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Операционные системы делятся по способу распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями). Среди множества существующих

8

вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

кооперативная (невытесняющая) многозадачность

(NetWare, Windows 3.x);

вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2,

UNIX).

Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае (вытесняющая многозадачность) механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во втором - распределен между системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).

1.5. Основные функции операционных систем

К основным функциям операционной системы следует отнести следующие.

1.Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

2.Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.

9

3.Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

4.Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

5.Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.

6.Обеспечение пользовательского интерфейса.

7.Сохранение информации об ошибках системы.

1.6. Основные компоненты операционных систем

Загрузчик

системное программное обеспечение, обеспечивающее загрузку операционной системы непосредственно после включения компьютера.

Загрузчик операционной системы:

обеспечивает необходимые средства для диалога с пользователем компьютера (например, загрузчик позволяет выбрать операционную систему для загрузки);

приводит аппаратуру компьютера в состояние, необходимое для старта ядра операционной системы (например, на не-x86 архитектурах перед запуском ядра загрузчик должен правильно настроить виртуальную память);

загружает ядро операционной системы в ОЗУ. Загрузка ядра операционной системы не обязательно происходит с жесткого диска. Загрузчик может получать ядро по сети. Ядро может храниться в ПЗУ или загружаться через последовательные интерфейсы (это может пригодиться на ранней стадии отладки создаваемой компьютерной системы);

формирует параметры, передаваемые ядру операционной системы (например, ядру Linux передаются параметры, указывающие способ подключения корневой файловой системы);

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]