Лекции_операционные системы (Информатики)
.pdf
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
предоставляют средства для работы с основными технологиями как локальных, так и глобальных сетей.
Куда направлен вектор развития современной вычислительной техники?
Предполагается, что компьютеры пятого поколения будут настолько «интеллектуальны», что будут «понимать» человеческую речь, то есть воспринимать голосовые команды человека, более того, компьютеры будут воспринимать информацию с рукописного или печатного теста, с бланков, карт и т.д. Пятое поколение ЭВМ должно строиться по принципу человеческого мозга и перейти от обработки данных к обработке знаний, основываясь на принципах искусственного интеллекта.
Таким образом, изначально электронно-вычислительные машины, или компьютеры (англ. computer – вычислитель)
создавались исключительно для автоматизации сложных вычислений. Но постепенно, круг задач, решаемых ЭВМ,
расширился. И сейчас ЭВМ, или компьютер – является универсальным устройством для передачи, хранения и обработки информации. Теперь почти любая работа с информацией зачастую осуществляется через компьютер – будь то набор текста, создание изображения или просмотр фильмов. Происходит революция в организации и обработке информации и знания, в которой центральную роль играет компьютер. Создается информационное общество – современный этап развития цивилизации, где доминирующую роль играют знания и информация, а
информационно-коммуникационные технологии воздействуют на все сферы человеческой деятельности и общество в целом.
31
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
2.2. Классификация операционных систем
Операционные системы обычно классифицируют по нескольким признакам: по области использования, по числу одновременно выполняющихся программ, по числу одновременно работающих пользователей; по наличию сетевых служб и сервисов.
Классификация по назначению
Так как компьютеры сильно отличаются друг от друга аппаратными платформами, назначением, размерами,
производительностью и другими характеристиками, поэтому для них разрабатываются различные версии операционных систем,
которые отличаются аппаратной совместимостью,
функциональностью, производительностью, параметрами безопасности и т.д.
Операционные системы для серверов (серверные)
Назначением серверных операционных систем обычно является управление приложениями, обслуживающими пользователей корпоративной сети или внешних пользователей, — такими как системы управления базами данных, серверы приложений, средства управления сетями, службы каталогов, средства обмена сообщениями и групповой работы, Web-серверы, почтовые серверы.
Требования к производительности и надежности серверных операционных систем очень высоки.
Этим требованиям удовлетворяют различные представители семейства UNIX (Linux, free BSD, Solaris и др.), серверные версии операционных систем семейства Windows (Windows NT, Windows
Server 2003, Windows Server 2008), и другие операционные системы.
Настольные операционные системы (Desktop Operating
System)
32
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
Это операционные системы для рабочих станций
(стационарных компьютеров в составе вычислительной сети по отношению к серверу) и автономных компьютеров. Они ориентированы на работу отдельного пользователя.
Универсальность и ориентация на пользователя – основные черты настольных ОС.
Операционные системы для конечных пользователей
(называемые также клиентскими операционными системами)
предназначены для предоставления пользователям доступа к определенному набору приложений и для управления ресурсами компьютера.
В последние несколько лет производители операционных систем, как правило, выпускают такие ОС в двух редакциях — для корпоративных и для домашних пользователей. Операционные системы для корпоративных пользователей чаще всего ориентированы на работу с офисными и бизнес-приложениями, для обращения к корпоративным файловым и почтовым серверам,
серверам приложений и иным корпоративным и внешним ресурсам,
реже — для применения графических и мультимедиаприложений
(например, в рекламно-издательском бизнесе). Поэтому такие ОС должны удовлетворять весьма жестким требованиям к надежности,
безопасности, управляемости.
Что касается домашних ОС, то требования к их безопасности и управляемости не столь высоки, тогда как критерии поддержки технологий мультимедиа, использующихся в играх, приложениях для обработки любительского фото и видео и в иных подобных приложениях, – довольно серьезны.
33
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
К таким операционным системам относятся различные версии линеек Windows XP, Windows Vista и Windows 7, большинство дистрибутивов Linux, Mac OS X.
Мобильные операционные системы
Операционные системы для мобильных персональных компьютеров. К мобильным персональным компьютерам относят планшетные и карманные компьютеры, смартфоны и коммуникаторы. В силу своих особенностей эти устройства ограничены с точки зрения производительности и ресурсов компьютера.
Для этого класса устройств разработаны такие операционные системы как Symbian OS, Apple iOS, Windows Mobile и Windows CE,
Android, PalmOS и др.
Операционные системы для суперкомпьютеров
Для решения очень сложных и объѐмных вычислительных задач создаются специализированные компьютеры, содержащие сотни и тысячи процессоров. Для управления такими системами применяются специальные операционные системы, в которых особенно важны вопросы производительности и скорости обмена между элементами системы. В настоящее время самыми распространѐнными среди сверхпроизводительных систем являются различные модификации Unix-подобных ОС, в том числе Linux.
Встраиваемые операционные системы
Такие системы работают на специфическом аппаратном обеспечении (автомобили, микроволновые печи, роботы).
Встраиваемые операционные системы должны работать в условиях минимального потребления ресурсов, это их отличительная особенность. В настоящее время широкое распространение имеют
34
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
операционные системы Windows Embedded фирмы Microsoft и
различные версии операционной системы Linux.
Операционные системы реального времени
Операционные системы реального времени ориентированы на обработку внешних событий. Аппаратно-программный комплекс системы реального времени включает в себя датчики,
регистрирующие события на объекте, модули ввода-вывода,
преобразующие показания датчиков в цифровой вид, пригодный для обработки этих показаний на компьютере, и компьютер с программой, реагирующей на события, происходящие на объекте.
Такие системы используются для управления спутниками и космическими аппаратами, станками, научно-экспериментальными установками, атомными реакторами, доменными печами, военными комплексами и т.п.)
Классификация по числу одновременно выполняющихся
программ
Однозадачные
Mногозадачные (мультипрограммные)
Задачей (или процессом) называют программу в стадии выполнения. Конечно, один процессор не может выполнять одновременно несколько действий, эффект многозадачности достигается за счет быстрого переключения с одной задачи на другую. В оперативной памяти компьютера одновременно находятся несколько программ. При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом. В каждый момент времени процессор выполняет только одну из них.
Однозадачные ОС: MS DOS, первая Mac OS, которая называлась «System 1.0», CP/M и др.
35
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
Многозадачные ОС: UNIX, OS/2, Windows 95 и выше, Linux,
Mac OS и др.
Классификация по числу одновременно работающих
пользователей
Однопользовательские
Многопользовательские
Операционные системы, которые могут поддерживать работу нескольких пользователей, называются многопользовательскими.
Многопользовательская система должна обеспечить разграничение прав доступа и защиту информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Наличие средств защиты от несанкционированного доступа – главное отличие от однопользовательских ОС.
В многопользовательских ОС каждый пользователь может настраивать для себя графический интерфейс пользователя, т.е.
может создать собственные наборы ярлыков, группы программ,
задать индивидуальную цветовую схему, переместить в удобное место панель задач.
Однопользовательские ОС: MS DOS, CP/M, OS/2 ранние версии и др.
Многопользовательские ОС: UNIX, Windows NT и выше, Linux, Mac OS X и др.
Классификация по наличию сетевых служб и сервисов
Автономные
Сетевые
Если операционная система отдельного компьютера позволяет ему работать в сети, то есть предоставлять свои ресурсы в общее пользование и использовать ресурсы других компьютеров сети, то такая операционная система называется сетевой ОС.
36
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
Часто под сетевой ОС также понимают совокупность всех компьютеров сети.
В сетевых ОС пользователи получают информацию о наличии других компьютеров в сети и могут осуществить логический вход в другой компьютер, чтобы воспользоваться его ресурсами,
преимущественно файлами. Сетевая ОС обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств
(драйвер сетевого адаптера), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам.
Каждая машина в сети работает под управлением своей локальной операционной системы, отличающейся от системы автономного компьютера наличием дополнительных средств
(программной поддержкой для сетевых интерфейсных устройств и доступа к удаленным ресурсам), но эти дополнения не меняют структуру однопроцессорной операционной системы. Пользователь сетевой ОС всегда знает, где (на какой машине) хранятся файлы и для их передаче с одной машины на другую должен использовать определенные команды.
Развитие сетевых ОС идет в сторону распределенных ОС. В
идеале сетевая ОС должна представить пользователю сетевые ресурсы в виде ресурсов единой централизованной виртуальной машины. Для пользователя распределенная система выглядит как обычная автономная система, но реально эта система функционирует на множестве процессоров. Пользователь не знает,
где хранятся его файлы (на локальной или удаленной машине) и где выполняются его программы. Распределенные системы поддерживают мультипроцессорную обработку, когда программа выполняется сразу на нескольких процессорах, так как в этих ОС
37
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
используются сложные алгоритмы загрузки процессоров для оптимального распараллеливания.
В настоящее время практически все сетевые операционные системы еще очень далеки от идеала истинной распределенности,
так как степень автономности каждого компьютера в сети,
работающей под управлением сетевой ОС, гораздо выше, чем должна быть в распределенной ОС.
2.3. Назначение и основные функции операционной системы
Проследив эволюцию операционных систем, мы увидели, как постепенно увеличивалось количество функций, которые реализовывали операционные системы. Как от простой программы,
управляющей пакетами заданий, операционные системы прошли путь до комплекса сложнейших программ, берущих на себя все сложности управления аппаратным и программным обеспечением компьютера и предоставляющих возможность комфортной работы пользователям, которые ничего не знают о компьютерах и не желают заниматься их изучением.
Современная операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователем с одной стороны,
и аппаратурой компьютера с другой.
Можно сказать, что операционная система обеспечивает три вида интерфейса (взаимодействия, взаимосвязи):
аппаратный (точнее аппаратно-программный)
интерфейс – взаимодействие программ (программного обеспечения) с различными устройствами компьютера
(аппаратным обеспечением) и управление ими.
38
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
программный интерфейс – обеспечение эффективной работы и взаимодействия прикладных программ с операционной системой.
пользовательский интерфейс – совокупность средств,
при помощи которых пользователь взаимодействует с различными программами и устройствами.
Принято сравнивать операционную систему с виртуальной машиной. Компьютеры различаются своей архитектурой (системой команд процессора, организацией памяти, структурой шин,
организацией ввода-вывода данных). Такая простая на первый взгляд операция как запись данных на диск потребовала бы от программиста написания более десятка команд и знания таких деталей как номер блока на диске, номер сектора на дорожке, как осуществляется физический режим записи, управление двигателем механизма перемещения магнитных головок чтения/записи и т.д.
Благодаря операционной системе программист может не думать обо всех этих тонкостях. Для него последовательность действий при работе с файлом сводится к открытию файла, выполнения одной или нескольких операций чтения или записи и, наконец, закрытию файла. Все подробности управления контроллером диска и записи на него данных операционная система берет на себя. Таким образом,
программист или пользователь работает не с физическими устройствами компьютера, а с их абстракциями, управлять которыми много проще. Фактически пользователи работают не с реальной машиной, а с виртуальной. Если для управления реальной машиной требуется знание системы команд процессора, то для управления виртуальной машиной нужно знание команд операционной системы – команд высокого уровня, которые более просты и понятны пользователю. Таким образом, ОС предоставляет
39
Фрагмент учебника «Операционные системы, сети и интернеттехнологии» С.А.Жданов, Н.Ю.Иванова, В.Г.Маняхина, С.Н.Мягков.
интерфейс как для приложений, так и для пользователей, при помощи которого приложения и пользователи управляют работой компьютера и самой операционной системы.
Рис. 2.9. ОС как интерфейс для приложений и пользователей.
Операционная система управляет всеми компонентами компьютера (процессором, памятью, устройствами ввода-вывода,
магнитными дисками и др.) и распределяет их между различными программами, состязающимися за право их использовать.
Устройства, в которых нуждается запущенная на компьютере программа, называют ресурсами. Часто бывает ситуация, когда сразу несколько запущенных программ нуждаются в одном и том же ресурсе, например, процессоре или принтере. Именно операционная система переключает эти ресурсы между выполняющимися программами и разрешает конфликты при обращении программ к одному и тому же устройству. Поэтому операционную систему можно сравнить с менеджером ресурсов.
Весь функционал операционной системы можно разделить на две группы.
1.Функции, которые связаны с предоставлением пользователю возможностей виртуальной машины и реализуются через
пользовательский интерфейс;
программный интерфейс (API).
40