Особенности методов построения
При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.
К таким базовым концепциям относятся:
Способы построения ядра системы - монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС - серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой - ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.
Построение ОС на базе объектно-ориентированного подхода дает возможность использовать все его достоинства, хорошо зарекомендовавшие себя на уровне приложений, внутри операционной системы, а именно: аккумуляцию удачных решений в форме стандартных объектов, возможность создания новых объектов на базе имеющихся с помощью механизма наследования, хорошую защиту данных за счет их инкапсуляции во внутренние структуры объекта, что делает данные недоступными для несанкционированного использования извне, структуризованность системы, состоящей из набора хорошо определенных объектов.
Наличие нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС. Многие современные операционные системы поддерживают одновременно прикладные среды MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS/2 или хотя бы некоторого подмножества из этого популярного набора. Концепция множественных прикладных сред наиболее просто реализуется в ОС на базе микроядра, над которым работают различные серверы, часть которых реализуют прикладную среду той или иной операционной системы.
Распределенная организация операционной системы позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах. В распределенной ОС реализованы механизмы, которые дают возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера. Характерными признаками распределенной организации ОС являются: наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов, единой службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур (RPC) для прозрачного распределения программных процедур по машинам, многонитевой обработки, позволяющей распараллеливать вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задачу сразу на нескольких компьютерах сети, а также наличие других распределенных служб.
Интерфе́йс (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) — совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, контроля и т. д.) между элементами системы.
Этот термин используется во многих областях науки и техники. Его значение относится к любому сопряжению взаимодействующих сущностей (как естественнонаучных, такаппаратных и человеко-машинных). Под интерфейсом понимают не только устройства, но и правила (протокол) взаимодействия этих устройств.
Примеры:
вожжи — главный элемент интерфейса между лошадью и кучером, или же, — интерфейс системы «лошадь—кучер»);
руль, педали газа и тормоза, ручка КПП — интерфейс (управления) автомобиля или же интерфейс системы «водитель—автомобиль»;
электрические вилка и розетка — являются интерфейсом энергоснабжения большинства бытовых приборов;
элементы электронного аппарата (автомагнитолы, часов и т. д.) — дисплей, набор кнопок и переключателей для настройки, плюс правила управления ими — интерфейс системы «человек—машина»;
клавиатура и мышь — элементы интерфейса в системе «пользователь—ЭВМ» (в свою очередь, и сами клавиатура и мышь имеют собственные интерфейсы сопряжения с компьютером);
В зависимости от контекста, понятие применимо как к отдельному элементу (интерфейс элемента), так и к связкам элементов (интерфейс сопряжения элементов). В контексте отдельного элемента интерфейс элемента противоположен реализации элемента (внутреннему устройству и функционированию). Пользователю элемента незачем знать, как реализован используемый элемент, чтобы управлять им, но используемый элемент должен предоставить интерфейс управления. Например, водителю вовсе не обязательно знать, как устроен двигатель, чтобы управлять автомобилем, достаточно пользоваться интерфейсом автомобиля (рулем и педалями).
Командная строка — приглашение оболочки, обозначающее готовность системы принимать команду пользователя, — в наиболее явной форме демонстрирует идею диалога. На каждую введенную команду пользователь получает ответ от системы: либо очередное приглашение, обозначающее, что команда выполнена и можно вводить следующую, либо сообщение об ошибке, представляющее собой высказывание системы о произошедших в ней событиях, адресованное пользователю. При работе в операционной среде с графическим интерфейсом происходящий диалог пользователя с системой не столь очевиден, хотя с точки зрения системы клик мышью в определенной области на экране аналогичен команде, введенной с клавиатуры, а ответ системы пользователю может быть представлен в виде диалогового окна.
Текстовый или графический полноэкранный интерфейс.
Он имеет, как правило, в верхней части экрана систему меню с подсказками. Меню часто бывает выпадающим (ниспадающим – pull-down). Для управления компьютером курсор экрана или курсор мыши после поиска в древе каталогов устанавливается на командные файлы программ (*.exe, *.com, *.bat) и для запуска программы нажимается клавиша <Enter> или правая кнопка мыши. Различные файлы могут выделяться разным цветом или иметь разный рисунок. Каталоги (папки) отличаются от файлов размером или рисунком. Данный интерфейс является основным для всех видов программных оболочек.
Графический многооконный пиктографический интерфейс .
Представляет собой рабочий стол (DeskTop), на котором располагаются пиктограммы (значки или иконки программ). Все операции производятся, как правило, мышью. Для управления компьютером курсор мыши подводят к пиктограмме и запуск программы осуществляют щелчком левой кнопки мыши по пиктограмме. Это наиболее удобный и перспективный интерфейс , осебенно при работе с программами . Примеры: интерфейс с компьютеров Apple Macintosh, Windows 3.1, Windows 95/98, OS/2, XP, Vista. Графический интерфейс пользователя (GUI – Graphics User Interface). Появление ОС и оболочек с развитыми диалоговыми графическими средствами (OS Macintosh, Windows 3.1, а особенно Windows 95/98/ME, а также NT/2000) и средств программирования, позволяющих создавать графические интерфейсы (FoxPro for Windows и пр.), а особенно – объектно–ориентированных систем программирования – привело к внедрению и широкому распространению элементов экранного интерфейса . Графические интерфейсы иногда обозначают следующей аббревиатурой – WIMPD (Windows, Menu, Pointing Device) – окна, меню, указывающие устройство, как основные действующие элементы в подобном интерфейсе . Оболочка Microsoft Windows не была изначально операционной системой, так как она существует «поверх» операционной системы типа MS-DOS. Она возникла в виде стандартизатора графического интерфейса и прижилась исключительно потому, что пользователь хотел видеть программу , с которой ему часто приходится работать, красивой, практичной, удобной и легкой в освоении и использовании. Win32 API лежит в основе всех ОС семейства Windows. Win32 API представляет собой набор функциональных вызовов (системных вызовов), основанных на библиотечных процедурах, выполняющих требуемую работу как в пространстве ядра, так и в пространстве пользователя. Интерфейс Win32 API позволяет программам работать почти во всех версиях Windows.
Системное (базовое) ПО - программное обеспечение, включающее в себя операционные системы, сетевое ПО, сервисные программы, а также средства разработки программ (трансляторы, редакторы связей, отладчики и пр.). Основные функции операционных систем (ОС) заключаются в управлении ресурсами (физическими и логическими) и процессами вычислительных систем. Физическими ресурсами являются: оперативная намять, процессор, монитор, печатающее устройство, магнитные и оптические диски. К логическим ресурсам можно отнести программы, файлы, события и т. д. Под процессом понимается некоторая последовательность действий, предписанная соответствующей программой и используемыми ею данными. В настоящее время существует большое количество ОС, разработанных для ЭВМ различных типов. На ЭВМ Единой Системы (ЕС ЭВМ), например, используются такие операционные системы, как СВМ и ОС ЕС, на малых ЭВМ (СМ-4, СМ-1420 и др.) - ОС РВ и RSX-11 М, на ПЭВМ - DOS 6.22, Windows 95, Windows NT, Unix, OS/ 2. Сетевое ПО предназначено для управления общими ресурсами в распределенных вычислительных системах: сетевыми накопителями на магнитных дисках, принтерами, сканерами, передаваемыми сообщениями и т. д. К сетевому ПО относят ОС, поддерживающие работу ЭВМ в сетевых конфигурациях (так называемые сетевые ОС), а также отдельные сетевые программы (пакеты), используемые совместно с обычными, не сетевыми ОС. Например, большое распространение получили следующие сетевые ОС: NetWare 4.1 (4)ирма Novell), Windows NT Server 3.5 (фирма Microsoft) и LAN Server 4.0 Advanced (фирма IBM). Для расширения возможностей операционных систем и предоставления набора дополнительных услуг используются сервисные программы. Их можно разделить на следующие группы:
интерфейсные системы;
оболочки операционных систем;
утилиты.
Интерфейсные системы являются естественным продолжением операционной системы и модифицируют как пользовательский, так и программный интерфейсы, а также реализуют дополнительные возможности по управлению ресурсами ЭВМ. В связи с тем, что развитая интерфейсная система может изменить весь пользовательский интерфейс, часто их также называют операционными системами. Эго относится, например, к Windows 3.11 и Windows 3.11 for Work Groups (для рабочих групп). Оболочки операционных систем, в отличие от интерфейсных систем, модифицируют только пользовательский интерфейс, предоставляя пользователю качественно новый интерфейс по сравнению с реализуемым операционной системой. Такие системы существенно упрощают выполнение часто запрашиваемых функций, например, таких операций с файлами, как копирование, переименование и уничтожение, а также предлагают пользователю ряд дополнительных услуг. В целом, программы-оболочки заметно повышают уровень пользовательского интерфейса, наиболее полно удовлетворяя потребностям пользователя. На ПЭВМ широко используются такие программы-оболочки, как Norton Commander и DOS Navigator. Утилиты предоставляют пользователям средства обслуживания компьютера и его ПО. Они обеспечивают реализацию следующих действий:
обслуживание магнитных дисков;
обслуживание файлов и каталогов;
предоставление информации о ресурсах компьютера;
шифрование информации;
защита от компьютерных вирусов;
архивация файлов и др.
Существуют отдельные утилиты, используемые для решения одного из перечисленных действий, и многофункциональные утилиты. В настоящее время для ПЭВМ среди многофункциональных утилит одним из наиболее совершенных является комплект утилит Norton Utilities. Существуют его версии для использования в среде DOS и Windows. Средства разработки программ используются для разработки нового программного обеспечения как системного, так и прикладного.
Всю структуру программного обеспечения можно разделить на несколько уровней (рис. 1.3). Нижний уровень - программа сигнального процессора платы DSP. Второй уровень - драйвер операционной системы, позволяющий обмениваться информацией с платой DSP через порты ввода-вывода. Третий уровень - сервер, обеспечивающий удаленное подключение, и, наконец, четвертый - клиентская программа, с которой работает пользователь. Такая структура обусловлена требованиями, предъявляемыми к системе: точная синхронизация процессов, высокая скорость передачи данных, поддержка сети, удобство использования. Синхронизацию обеспечивает плата DSP, большая скорость передачи данных достигается за счет отказа от стандартной схемы связи через медленные устройства передачи данных (последовательный, параллельный) и установки интерфейсной DSP платы непосредственно на разъеме материнской платы серверного компьютера. Сетевые возможности обеспечиваются введением структуры клиент - сервер, удобство дает использование операционной системы Windows.