1965 Виртуальная эвм, Виртуальная память Операционные системы

Основная функция — посредническая

• интерфейс между пользователем и программно-аппаратными средствами (интерфейс пользователя);

• интерфейс между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс);

• интерфейс между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

1. Обеспечение удобного интерфейса [приложения, пользователь] - компьютер за счет предоставляемых сервисов:

• Инструменты для разработки программ

• Автоматизация исполнения программ

• Единообразный интерфейс доступа к устройствам ввода-вывода

• Контролируемый доступ к файлам

• Управление доступом к совместно используемой ЭВМ и ее ресурсам

• Обнаружение ошибок и их обработка

• Учет использования ресурсов

2. Организация эффективного использования ресурсов ЭВМ

• Планирование использования ресурса

• Удовлетворение запросов на ресурсы

• Отслеживание состояния и учет использования ресурса

• Разрешение конфликтов между процессами, претендующими на одни и те же ресурсы

3. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы

• Широкий набор служебных программ (утилит), обеспечивающих резервное копирование, архивацию данных, проверку, очистку, дефрагментацию дисковых устройств и др.

• Средства диагностики и восстановления работоспособности вычислительной системы и операционной системы:

  • диагностические программы для выявления ошибок в конфигурации ОС;

  • средства восстановления последней работоспособной конфигурации;

  • средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др.

4. Возможность развития

• Обновление и возникновение новых видов аппаратного обеспечения

• Новые сервисы

• Исправления (обнаружение программных ошибок)

• Новые версии и редакции ОС

Функции операционной системы

• Управление процессами

• Управление памятью

• Управление файлами

• Управление внешними устройствами

• Защита данных

• Администрирование

• Интерфейс прикладного программирования

• Пользовательский интерфейс

Операционные системы

Режимы работы с компьютером

• пакетный (автоматически исполняет заданную последовательность команд)

• диалоговый (ожидание и выполнение команды пользователя, работа по аппаратно-системным прерываниям)

Виды интерфейсов пользователя

Интерфейс командной строки (MS-DOS ) : Устройство управления - клавиатура

Графический интерфейс (Windows) : Устройство управления - клавиатура , мышь или адекватное устройство позиционирования

Графический интерфейс

Активные элементы управления - указатель мыши — графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши

Пассивные элементы управления графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и др.)

Операционные системы

Обеспечение автоматического запуска ос

1. Дисковые ОС

2. Не дисковые ос (специализированные вычислительные системы )

Организация файловой системы

Табличный принцип организации

• Поверхность жесткого диска - трехмерная матрица:

  • номер поверхности

  • номер цилиндра

  • номер сектора

• Данные о месте записи файла хранятся в системной области диска

• Сектор - наименьшая физическая единица хранения данных (512 байт)

• Кластер - группа секторов - наименьшая единица адресации при обращении к данным. Размер кластера не фиксирован

ОС MS-DOS, OS/2, Windows 95 - файловая система на основе таблиц размещения файлов, состоящих из 16-разрядных полей (FAT16)

• максимум 2¹⁶ записей

• длина кластера - 32 Кбайт (64 сектора) для 1-2 Гб дисков - нерационально

Windows 98, Windows Me, Windows 2000, Windows XP - файловая система на основе таблиц размещения файлов, состоящих из 32-разрядных полей (FAT32)

• максимум 2³² записей

• размер кластера 4 Кбайт (8 секторов) для 1-2 Гб дисков - лучше

Windows NТ и Windows XP – могут поддерживать файловую систему NTFS – иная организация хранения файлов:

• служебная информация хранится в Главной таблице файлов (MFT)

• размер кластера не зависит от размера диска

Обслуживание файловой системы

Для ОС – табличная структура файловой системы

Для пользователя – иерархическое представление файловой системы

Функции обслуживания файловой системы

• создание файлов и присвоение им имен;

• создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

• переименование файлов и каталогов (папок);

• копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;

• удаление файлов и каталогов (папок);

• навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу в каталоге (папке);

• управление атрибутами файлов

Управление приложениями

С точки зрения управления приложениями различают:

• однозадачные ОС - MS-DOS

• многозадачные ОС - большинство современных графических ОС

  • возможность одновременной или поочередной работы нескольких приложений;

  • возможность обмена данными между приложениями;

  • возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов несколькими приложениями

Установка приложений

Формирование полноценного рабочего приложение из дистрибутивного комплекта (установочный пакет) с его привязкой к существующей аппаратно-программной среде

Современные графические ОС:

• распределение ресурсов вычислительной системы между приложениями

• доступ приложений к драйверам устройств вычислительной системы

• общие ресурсы для разных приложений

• регистрация установленных приложений и выделенных им ресурсов

Удаление приложений

• MS-DOS – каждое приложение обеспечено собственными ресурсами. Удаление без участия ОС

• Графические ОС – общие ресурсы для приложений. Удаление под контролем ОС

• надежность работы ОС и приложений зависят от корректности установки и регистрации приложений в реестре ОС

Взаимодействие с аппаратным обеспечением

Функция ОС - диспетчеризация обращений прикладных программ к драйверам устройств

MS-DOS: драйверы устройств загружаются как резидентные программы, напрямую работающие с процессором и другими устройствами материнской платы

MS-DOS:

• Ручная загрузка драйверов

• Автоматическая загрузка драйверов (файлы autoexec.bat и config.sys)

Взаимодействие с аппаратным обеспечением

Графические ОС:

• самостоятельный выбор и загрузка драйверов из БД

• управление процессом аппаратно-логического подключения внешних устройств (plug-and-play - принцип динамического распределения ресурсов)

Обслуживание компьютера

Служебные приложения ОС:

• средства проверки дисков

• средства «сжатия» дисков

• средства управления виртуальной памятью

• средства кэширования дисков

Средства проверки дисков

• средства резервного копирования данных

• средства логической проверки (целостность файловой структуры)

• средства физической диагностики поверхности дисков

• в системе NTFS практически исключено возникновение внутренних несоответствий в логической структуре

• В системе FAТ - логические ошибки:

  • потерянные кластеры

  • общие кластеры

Механизм образования потерянных кластеров:

• во время работы с файлом приложение не записывает полные сведения о файле в FAТ-таблицу

• при аварийном завершении кластеры помечены как занятые, но по данным FAT-таблицы им не соответствует ни один файл

Общие кластеры:

• По данным FAT-таблицы два или более файлов претендуют на данные, находящиеся в одном месте диска

• Причина - нарушение порядка операций восстановления данных или неадекватность средств восстановления данных

Средства управления виртуальной памятью

MS-DOS: ограничение предельного размера исполняемых программ до 640 Кбайт (без менеджеров оперативной памяти )

Современные ОС – полный доступ приложений к ОП + виртуальная память на диске

Виртуальная память реализуется в виде файла подкачки

Файл подкачки – образ фрагмента ОЗУ, сохраненный на диске

Средства кэширования дисков

Кэширование - сохранение части прочитанных с диска данных в специальную область ОЗУ (дисковый кэш )

Прочие функции операционных систем

• возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения;

• обеспечение доступа к основным службам Интернета

• возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслуживание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения;

• наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений;

• возможность оформления рабочей среды операционной системы, в том числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа;

• возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользователей на одном персональном компьютере с сохранением персональных настроек рабочей среды каждого из них и ограничением доступа к конфиденциальной информации;

• возможность автоматического исполнения операций по обслуживанию компьютера и операционной системы в соответствии с заданным расписанием или под управлением удаленного сервера;

• возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха