лекции СПО
.pdfпро р ммиров ние превр щ ется в |
отр сль |
индустрии, |
ок зыв ющую |
||
непосредственное влияние н |
пр ктическую деятельность миллионов людей. |
||||
Революционным со ытием д нно о эт п |
явил сь промышленн я ре лиз ция |
||||
мультипро р ммиров ния. |
(З метим, |
|
что |
в виде |
концепции и |
эксперимент льных систем этот спосо |
ор |
низ ции вычислений существов л |
|||
уже около десяти лет.) В условиях резко возросших возможностей компьютер
по о р отке и хр нению д нных выполнение только одной про р ммы в
к ждый момент времени ок з лось кр йне неэффективным. Решением ст ло
мультипро р ммиров ние — спосо |
ор низ ции вычислительно о процесс , |
||
при котором в п мяти |
компьютер |
н ходилось |
одновременно несколько |
про р мм, попеременно |
выполняющихся н |
одном процессоре. Эти |
|
усовершенствов ния зн чительно улучшили эффективность вычислительной
системы: компьютер теперь мо |
использов ться почти постоянно, не менее |
|||||||
половины времени р |
оты компьютер , к к это |
ыло р ньше. |
|
|||||
Мультипро р |
ммиров ние |
ыло |
ре лизов но |
в |
двух в ри нт х — в |
|||
систем х п кетной о р |
отки и р зделения времени. |
|
|
|
||||
Мультипро р ммные системы п кетной |
о р |
отки т к |
же, к к и их |
|||||
однопро р ммные |
предшественники, |
имели |
своей |
целью |
о еспечение |
|||
м ксим льной з рузки |
пп р туры компьютер , одн ко реш ли эту з д чу |
|||||||
олее эффективно. В мультипро р ммном п кетном режиме процессор не
прост ив л, пок одн про р мм выполнял опер цию ввод -вывод (к к это
происходило при последов тельном выполнении про р мм в систем х р нней
п кетной |
о р |
отки), |
переключ лся н |
дру ую отовую |
к |
выполнению |
|||||
про р мму. В |
результ те |
дости |
л сь |
с |
л нсиров нн я |
з |
рузк |
всех |
|||
устройств компьютер , |
следов тельно, увеличив лось число з д ч, реш емых |
||||||||||
в единицу времени. В |
мультипро р ммных |
систем х |
п кетной о р |
отки |
|||||||
пользов тель |
по-прежнему |
ыл |
лишен |
возможности |
интер ктивно |
||||||
вз имодействов ть со своими про р мм ми. Для то о что ы хотя |
ы ч стично |
||||||||||
вернуть |
пользов телям |
ощущение |
непосредственно о |
вз имодействия с |
|||||||
компьютером, |
ыл р зр |
от н дру ой в ри нт мультипро р ммных систем — |
|||||||||
системы р зделения времени. Этот в ри нт р ссчит н н мно отермин льные системы, ко д к ждый пользов тель р от ет з своим термин лом. В числе первых опер ционных систем р зделения времени, р зр от нных в середине
60-х одов, ыли TSS/360 (комп ния IBM), CTSS и MULTICS (М сс чусетский
техноло ический институт совместно с Bell Labs и комп нией General Electric).
В ри нт |
мультипро р ммиров ния, |
применяемый |
в |
систем х |
р зделения |
||||
времени, |
ыл н целен |
н |
созд ние |
для к ждо о |
отдельно о пользов теля |
||||
иллюзии |
единолично о |
вл дения |
вычислительной |
м шиной |
з |
счет |
|||
периодическо о выделения к ждой |
про р мме своей |
доли |
процессорно о |
||||||
времени. |
В систем х |
р зделения |
времени эффективность |
использов ния |
|||||
о орудов ния ниже, |
чем в систем х п кетной о р отки, что явилось пл той з |
||
удо ств р |
оты пользов теля. |
|
|
Мно отермин льный режим использов лся |
не только в систем х |
||
р зделения времени, |
но и в систем х п кетной о р |
отки. При этом не только |
|
опер тор, |
но и все |
пользов тели получ ли возможность формиров ть свои |
|
з д ния и упр влять их выполнением со свое о термин л . Т кие опер ционные
системы получили н зв ние систем уд ленно о ввод |
з д ний. Термин льные |
||
комплексы мо ли р спол |
ться н ольшом р сстоянии |
от процессорных |
|
стоек, соединяясь с ними |
с помощью р зличных |
ло |
льных связей — |
модемных соединений телефонных сетей или выделенных к н лов. Для
поддерж ния уд ленной р оты термин лов в опер ционных систем х
появились специ льные про р ммные модули, ре лизующие р зличные (в то время, к к пр вило, нест нд ртные) протоколы связи, Т кие вычислительные
системы |
с |
уд ленными |
термин л ми, сохр няя центр лизов нный х р ктер |
||
о р отки |
д нных, в к кой-то |
степени являлись проо р зом современных |
|||
сетей, |
соответствующее системное про р ммное о еспечение — проо р зом |
||||
сетевых опер ционных систем. |
|
||||
К |
этому |
времени |
можно |
конст тиров ть существенное изменение в |
|
р спределении |
функций |
между |
пп р тными и про р ммными средств ми |
||
компьютер . Опер ционные системы ст новились неотъемлемыми элемент ми
компьютеров, |
и р я роль |
«продолжения» |
пп р туры. В |
первых |
||||
вычислительных |
м шин х про р ммист, |
н прямую |
вз имодействуя |
с |
||||
пп р турой, |
мо |
выполнить |
з рузку |
про р ммных |
кодов, |
используя |
||
пультовые переключ тели и л мпочки индик торов, |
з тем вручную з пустить |
|||||||
про р мму н |
выполнение, н ж в кнопку «пуск». В компьютер х 60-х одов |
|||||||
ольшую ч сть действий по ор |
низ ции вычислительно о процесс |
взял |
н |
|||||
се я опер ционн я систем . (В ольшинстве современных компьютеров не
предусмотрено д же теоретической возможности выполнения к кой-ли о вычислительной р оты ез уч стия опер ционной системы. После включения пит ния втом тически происходит поиск, з рузк и з пуск опер ционной
системы, в случ е ее отсутствия компьютер просто ост н влив ется.) |
|
||||
Ре лиз ция мультипро р ммиров ния |
потре ов л |
внесения |
очень |
||
в жных изменений в пп р туру компьютер , |
непосредственно н пр вленных |
||||
н поддержку ново о спосо |
ор |
низ ции вычислительно о процесс . При |
|||
р зделении ресурсов компьютер |
между про р мм ми нео ходимо о еспечить |
||||
ыстрое переключение процессор |
с одной про р ммы н |
дру ую, |
т кже |
||
н дежно з щитить коды и д нные одной про р ммы от непредн меренной или
предн меренной порчи |
дру ой про р ммой. В |
процессор х появился |
привиле иров нный и |
пользов тельский режимы |
р оты, специ льные |
ре истры для ыстро о переключения с одной про р ммы н |
дру ую, средств |
||||||||
з щиты о л стей п мяти, |
т кже р звит я систем |
прерыв ний. |
|
||||||
В |
привиле иров нном |
режиме, |
предн зн ченном |
для р оты |
|||||
про р ммных модулей опер ционной системы, процессор мо |
выполнять все |
||||||||
ком нды, |
в том числе |
и |
те |
из |
них, |
которые позволяли |
осуществлять |
||
р спределение и з щиту ресурсов компьютер . Про р мм м, |
р от ющим в |
||||||||
пользов тельском режиме, некоторые ком нды процессор |
ыли недоступны. |
||||||||
Т ким о р зом, только |
ОС |
мо л |
упр влять |
пп р тными |
средств ми и |
||||
исполнять роль монитор |
и |
р итр |
для пользов тельских про р мм, которые |
||||||
выполнялись в непривиле иров нном, пользов тельском режиме.
Систем прерыв ний позволял синхронизиров ть |
р оту |
р зличных |
||
устройств компьютер , р |
от ющих п р ллельно и |
синхронно, |
т ких к к |
|
к н лы ввод -вывод , диски, принтеры и т. п. |
Апп р тн я |
поддержк |
||
опер ционных систем ст л |
с тех пор неотъемлемым свойством пр ктически |
|||
лю ых компьютерных систем, включ я персон льные компьютеры. |
|
|||
Еще одной в жной |
тенденцией это о период |
является созд ние |
||
семейств про р ммно-совместимых м шин и опер ционных систем для них.
Пример ми |
семейств |
про р ммно-совместимых м шин, |
построенных н |
|
инте р льных микросхем х, являются серии |
м шин IBM/360 и IBM/370 |
|||
( н ло и этих семейств советско о производств |
— м шины серии ЕС), PDP-11 |
|||
(советские |
н ло и — |
CM-3, CM-4, CM-1420). Вскоре |
идея про р ммно- |
|
совместимых м шин ст л о щепризн нной.
Про р ммн я совместимость тре ов л и совместимости опер ционных систем. Одн ко т к я совместимость подр зумев ет возможность р оты н
ольших и н м лых вычислительных систем х, с ольшим и с м лым
количеством р зноо р зной периферии, в коммерческой о л сти и в о л сти н учных исследов ний. Опер ционные системы, построенные с н мерением
удовлетворить всем этим противоречивым тре ов ниям, ок з лись
чрезвыч йно сложными. Они состояли из мно их миллионов ссем лерных строк, н пис нных тысяч ми про р ммистов, и содерж ли тысячи оши ок,
вызыв ющих несконч емый поток испр влений. Опер ционные системы это о
поколения |
ыли очень |
доро ими. Т к, р зр отк |
OS/360, о ъем |
код |
для |
|
которой сост вил 8 М |
йт, стоил комп нии IBM 80 миллионов долл ров. |
|
||||
Одн ко несмотря н |
нео озримые р змеры и множество |
про лем, |
||||
OS/360 и дру ие ей |
подо ные опер ционные |
системы это о |
поколения |
|||
действительно удовлетворяли |
ольшинству тре ов ний потре ителей. З |
это |
||||
десятилетие |
ыл сдел н о ромный ш вперед и з ложен прочный фунд мент |
|||||
для созд ния современных опер ционных систем. |
|
|
|
|||
2.3 Операционные системы и глобальные сети |
|
|
|||||
В н ч ле 70-х |
одов появились первые сетевые опер ционные системы, |
||||||
которые |
в отличие |
от |
мно отермин льных |
ОС позволяли |
не |
только |
|
р ссредоточить пользов телей, |
но и ор низов ть р спределенное хр нение и |
||||||
о р отку |
д нных |
между |
несколькими |
компьютер ми, |
связ нными |
||
электрическими связями. |
Лю |
я сетев я опер ционн я систем , |
с одной |
||||
стороны, выполняет все функции лок льной опер ционной системы, |
с дру ой |
||||||
стороны, о л д ет некоторыми дополнительными средств ми, позволяющими
ей вз имодействов ть по сети с опер ционными систем ми дру их компьютеров. Про р ммные модули, ре лизующие сетевые функции,
появлялись в опер ционных систем х постепенно, по мере р звития сетевых
техноло ий, |
пп р тной |
зы |
компьютеров |
и возникновения новых з д ч, |
||
тре ующих сетевой о р |
отки. |
|
|
|
|
|
Хотя |
теоретические |
р |
оты по |
созд нию концепций |
сетево о |
|
вз имодействия велись |
почти |
с |
с мо о появления вычислительных |
м шин, |
||
зн чимые пр ктические результ ты по о ъединению компьютеров в сети ыли
получены в конце 60-х, |
ко д |
с помощью |
ло льных связей и |
техники |
коммут ции п кетов уд |
лось |
ре лизов ть |
вз имодействие м шин |
кл сс |
мэйнфреймов и суперкомпьютеров. Эти доро остоящие компьютеры ч сто хр нили уник льные д нные и про р ммы, доступ к которым нео ходимо ыло
о еспечить широкому кру у пользов телей, н ходившихся в р зличных |
ород х |
|||||
н зн чительном р сстоянии от вычислительных центров. |
|
|
||||
В 1969 |
оду Министерство о ороны США иницииров ло р |
оты по |
||||
о ъединению |
суперкомпьютеров |
о оронных и н учно-исследов тельских |
||||
центров в |
единую сеть. Эт сеть |
получил н зв ние ARPANET и |
явил сь |
|||
отпр вной |
точкой для созд ния с мой известной ныне ло |
льной |
сети — |
|||
нтернет . Сеть ARPANET о ъединял |
компьютеры р зных типов, р |
от вшие |
||||
под упр влением р зличных ОС с до |
вленными модулями, |
ре лизующими |
||||
коммуник ционные протоколы, о щие для всех компьютеров сети. |
|
|||||
В 1974 оду комп ния IBM о ъявил о созд нии со ственной сетевой
рхитектуры для своих мэйнфреймов, получившей н зв ние SNA (System
Network Architecture). |
Эт |
мно оуровнев я |
рхитектур , во мно ом подо н я |
||||||||
ст нд ртной |
модели |
OSI, |
появившейся |
несколько |
позже, |
о еспечив л |
|||||
вз имодействие |
тип |
«термин л-термин л», |
«термин л-компьютер» |
и |
|||||||
«компьютер-компьютер» по |
ло льным связям. Нижние уровни |
рхитектуры |
|||||||||
ыли ре лизов ны специ лизиров нными |
пп р тными средств ми, н и олее |
||||||||||
в жным из которых является процессор |
телео р |
отки. Функции верхних |
|||||||||
уровней SNA выполнялись про р ммными модулями. Один из них сост влял |
|||||||||||
основу про р ммно о о еспечения процессор телео р |
отки. Дру ие модули |
||||||||||
р от ли н |
центр льном |
процессоре в сост ве |
ст нд ртной опер ционной |
||||||||
системы IBM для мэйнфреймов. |
|
|
|
|
|
|
|||||
В это же время в Европе велись |
ктивные |
р |
оты по созд нию и |
||||||||
ст нд ртиз ции |
сетей |
Х.25. |
Эти сети с |
коммут цией п кетов не |
ыли |
||||||
привяз ны к к кой-ли о конкретной опер ционной системе. После получения ст тус междун родно о ст нд рт в 1974 оду протоколы Х.25 ст ли поддержив ться мно ими опер ционными систем ми. С 1980 од комп ния
IBM включил поддержку протоколов Х.25 в рхитектуру SNA и в свои опер ционные системы.
2.4 Операционные системы мини-компьютеров и первые локальные
сети
К середине 70-х одов н ряду с мэйнфрейм ми широкое
р спростр нение получили мини-компьютеры, т кие к к PDP-11, Nova, HP.
Мини-компьютеры первыми использов ли преимуществ ольших
инте р льных схем, позволившие ре лизов ть дост точно мощные функции при ср внительно невысокой стоимости компьютер .
Архитектур мини-компьютеров ыл зн чительно упрощен по ср внению с мэйнфрейм ми, что н шло отр жение и в их опер ционных систем х. Мно ие функции мультипро р ммных мно опользов тельских ОС
мэйнфреймов ыли усечены, учитыв я о р ниченность ресурсов мини-
компьютеров. Опер ционные системы мини-компьютеров ч сто ст ли дел ть специ лизиров нными, н пример только для упр вления в ре льном времени
(ОС RT-11 для мини-компьютеров PDP-11) или только для поддерж ния
режим р зделения времени |
(RSX-11M для тех же компьютеров). Эти |
|||
опер ционные системы не все д |
ыли мно опользов тельскими, что во мно их |
|||
случ ях опр вдыв лось невысокой стоимостью компьютеров. |
|
|||
В жной вехой в истории мини-компьютеров и воо ще в истории |
||||
опер ционных систем |
явилось |
созд ние ОС UNIX. Первон ч льно |
эт ОС |
|
предн зн ч л сь для |
поддерж ния |
режим р зделения времени в |
мини- |
|
компьютере PDP-7. С середины 70-х |
одов н ч лось м ссовое использов ние |
|||
ОС UNIX. К этому времени про р ммный код для UNIX ыл н 90 % н пис н
нязыке высоко о уровня С. Широкое р спростр нение эффективных С-
компиляторов сдел ло UNIX уник льной для то о времени ОС, о л д ющей
возможностью ср внительно ле ко о перенос н р зличные типы
компьютеров. Поскольку эт ОС пост влял сь вместе с исходными код ми, то
он ст л первой открытой ОС, которую мо ли совершенствов ть простые
пользов тели-энтузи сты. Хотя |
UNIX |
ыл первон ч льно |
р зр от н для |
мини-компьютеров, и кость, |
эле |
нтность, мощные |
функцион льные |
возможности и открытость позволили ей з нять прочные позиции во всех кл сс х компьютеров: суперкомпьютер х, мэйнфрейм х, мини-компьютер х,
сервер х и р очих |
ст нциях н |
зе |
RISC-процессоров, |
персон льных |
||
компьютер х. |
|
|
|
|
|
|
Доступность |
мини-компьютеров |
и |
вследствие |
это о |
их |
|
р спростр ненность н |
предприятиях |
послужили |
мощным |
стимулом |
для |
|
созд ния лок льных сетей. Предприятие мо ло се е позволить иметь несколько мини-компьютеров, н ходящихся в одном зд нии или д же в одной комн те.
Естественно, возник л потре ность в о мене информ цией между ними и в совместном использов нии доро о о периферийно о о орудов ния.
Первые лок льные сети строились с помощью нест нд ртно о
коммуник ционно о о орудов ния, в простейшем случ е — путем прямо о соединения последов тельных портов компьютеров. Про р ммное о еспечение
т кже ыло нест нд ртным и |
ре лизовыв лось |
в виде |
пользов тельских |
||||||
приложений. Первое сетевое приложение для ОС UNIX — про р мм |
UUCP |
||||||||
(UNIX-to-UNIX |
Copy |
program) |
—. |
появил сь |
в |
1976 |
оду |
и |
н ч л |
р спростр няться с версией 7 AT&T UNIX с 1978 |
од . Эт |
про р мм |
|||||||
позволял копиров ть |
ф йлы с |
одно о компьютер |
н дру ой |
в предел х |
|||||
лок льной сети через р зличные |
пп р тные интерфейсы — RS-232, токовую |
||||||||
петлю и т. п., |
кроме то о, мо л |
р |
от ть через |
ло |
льные связи, н пример |
||||
модемные. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5 Развитие операционных систем в 80-е годы
К н и олее в жным со ытиям |
это о десятилетия можно отнести |
р зр отку стек TCP/IP, ст новление |
нтернет , ст нд ртиз цию техноло ий |
лок льных сетей, появление персон льных компьютеров и опер ционных
систем для них.
Р очий в ри нт стек протоколов TCP/IP ыл созд н в конце 70-х
одов. Этот стек предст влял со ой н ор о щих протоколов для р знородной
вычислительной среды и предн зн ч лся для связи эксперимент льной сети
ARPANET с дру ими «с теллитными» сетями. В 1983 |
оду стек протоколов |
||||
TCP/IP |
ыл принят Министерством о ороны |
США |
в к честве военно о |
||
ст нд рт . Переход компьютеров сети ARPANET н стек TCP/IP ускорил е о |
|||||
ре лиз ция для опер ционной системы BSD UNIX. С это о времени н ч лось |
|||||
совместное существов ние UNIX и протоколов |
TCP/IP, |
пр ктически все |
|||
мно очисленные версии Unix ст ли сетевыми. |
|
|
|
||
Внедрение протоколов TCP/IP в ARPANET прид ло этой сети все |
|||||
основные черты, которые отлич ют современный |
нтернет. В 1983 оду сеть |
||||
ARPANET ыл р зделен н |
две ч сти: MILNET, поддержив ющую военные |
||||
ведомств |
США, и новую |
ARPANET. Для о озн чения |
сост вной сети |
||
ARPANET и MILNET ст ло использов ться н зв ние Internet, которое в
русском языке |
со временем (и с ле кой руки лок лиз торов |
Microsoft) |
превр тилось в |
нтернет. нтернет ст л отличным поли оном для |
испыт ний |
мно их сетевых опер ционных систем, позволившим проверить в ре льных
условиях |
возможности |
их |
вз имодействия, |
степень |
м сшт |
ируемости, |
|||||
спосо ность |
р оты при |
экстрем льной н |
рузке, созд в емой сотнями и |
||||||||
тысяч ми |
пользов телей. |
Стек |
протоколов |
TCP/IP |
т кже |
жд л |
з видн я |
||||
судь . Нез висимость |
от |
производителей, |
и кость |
и |
эффективность, |
||||||
док з нные успешной р |
отой в |
нтернете, |
т кже открытость и доступность |
||||||||
ст нд ртов |
|
сдел ли протоколы |
TCP/IP не |
только |
л вным тр нспортным |
||||||
мех низмом |
нтернет , |
но |
и |
основным |
стеком |
ольшинств |
сетевых |
||||
опер ционных систем. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Все десятилетие |
ыло отмечено постоянным появлением новых, все |
||||||||||
олее совершенных версий ОС UNIX. Среди них ыли и фирменные версии
UNIX: SunOS, HP-UX, Irix, AIX и мно ие дру ие, в которых производители
компьютеров |
д птиров ли |
код |
ядр и системных |
утилит для своей |
пп р туры. |
Р зноо р зие |
версий |
породило про лему |
их совместимости, |
которую периодически пыт лись решить р зличные ор низ ции. В результ те ыли приняты ст нд рты POSIX и XPG, определяющие интерфейсы ОС для
приложений, специ льное подр зделение комп нии AT&T выпустило
несколько версий UNIX System III и UNIX System V, призв нных
консолидиров ть р зр отчиков н уровне код ядр .
Н ч ло 80-х одов связ но с еще одним зн мен тельным для истории
опер ционных систем со ытием — появлением персон льных компьютеров. С
точки зрения рхитектуры персон льные компьютеры ничем не отлич лись от
кл сс мини-компьютеров тип PDP-11, но их стоимость ыл существенно ниже. Если мини-компьютер позволил иметь со ственную вычислительную м шину отделу предприятия или университету, то персон льный компьютер
д л т кую возможность отдельному человеку. Компьютеры |
ст ли широко |
|||
использов ться |
неспеци лист ми, |
что |
потре ов ло |
р зр отки |
«дружественно о» про р ммно о о еспечения, и предост вление этих
«дружественных» функций ст ло прямой о яз нностью опер ционных систем.
Персон льные компьютеры послужили т кже мощным к т лиз тором для
урно о рост лок льных сетей, созд в для это о отличную м тери льную
основу в виде десятков и сотен компьютеров, прин длеж щих одному
предприятию и р сположенных в предел х одно о зд ния. |
В |
результ те |
|||
поддержк |
сетевых функций ст л |
для ОС персон льных |
компьютеров |
||
нео ходимым условием. |
|
|
|
|
|
Одн ко и дружественный интерфейс, и сетевые функции появились у |
|||||
опер ционных систем персон льных компьютеров |
не ср зу. |
Перв я версия |
|||
н и олее |
популяркой опер ционной |
системы |
р нне о эт п |
р звития |
|
персон льных компьютеров — MS-DOS комп нии Microsoft — ыл лишен этих возможностей. Это ыл однопро р ммн я однопользов тельск я ОС с
интерфейсом ком ндной строки, спосо н я ст ртов ть с дискеты. Основными
з д ч ми для нее ыли упр вление ф йл ми, |
р сположенными н |
и ких и |
жестких диск х в UNIX-подо ной иер рхической ф йловой системе, |
т кже |
|
поочередный з пуск про р мм. MS-DOS не |
ыл з щищен от про р мм |
|
пользов теля, т к к к процессор Intel 8088 не поддержив л привиле иров нно о
режим . Р зр отчики первых персон льных компьютеров счит ли, что при
индивиду льном |
использов нии |
компьютер и о р ниченных возможностях |
||||
пп р туры |
нет |
смысл |
в поддержке |
мультипро р ммиров ния, |
поэтому в |
|
процессоре |
не |
ыли предусмотрены |
привиле иров нный режим |
и дру ие |
||
мех низмы поддержки мультипро р ммных систем. |
|
|||||
Недост ющие |
функции |
для |
MS-DOS и подо ных |
ей ОС |
||
компенсиров лись внешними про р мм ми, предост влявшими пользов телю удо ный р фический интерфейс (н пример, Norton Commander) или средств тонко о упр вления диск ми (н пример, PC Tools). Н и ольшее влияние н р звитие про р ммно о о еспечения для персон льных компьютеров ок з л опер ционн я сред Windows комп нии Microsoft, предст влявш я со ой н дстройку н д MS-DOS.