Министерство образования и науки Украины
Криворожский авиационный технический колледж гражданской авиации
Практическая работа № 1
Тема: Исследование этапов развития операционных систем.
Специальность
«Компьютерная инженерия»
Задание на выполнение
Изучить предложенный теоретический материал.
Сделать сравнительный анализ классов операционных систем.
Исследовать генеалогическое дерево ОС и объяснить преемственность
между различными ОС.
Объяснить принципы выбора ОС.
По современным представлениям ОС должна уметь делать следующее:
Обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение.
Обеспечивать управление памятью. В простейшем случае это указание единственной загруженной программе адреса, на котором кончается память, доступная для использования, и начинается память, занятая системой. В многопроцессорных системах это сложная задача управления системными ресурсами.
Обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски, флэш-память и т. д. Как правило, ОС управляет свободным пространством на этих носителях и структурирует пользовательские данные в виде файловых систем.
Предоставлять более или менее стандартизованный доступ к различным периферийным устройствам, таким как терминалы, модемы, печатающие устройства или двигатели, поворачивающие рулевые плоскости истребителя.
Предоставлять некоторый пользовательский интерфейс. Слово некоторый здесь сказано не случайно — часть систем ограничивается командной строкой, в то время как другие на 90% состоят из интерфейсной подсистемы. Встраиваемые системы часто не имеют никакого пользовательского интерфейса.
Параллельное (или псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор) исполнение нескольких задач;
Организацию взаимодействия задач друг с другом;
Организацию межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов.
Защиту системных ресурсов, данных программ пользователя, исполняющихся процессов к самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ;
10.Аутентификацию (проверку того, что пользователь является тем, за кого он себя выдает), авторизацию (проверка, что тот, за кого себя выдает пользователь, имеет право выполнять ту или иную операцию) и другие средства обеспечения безопасности.
По тому, какие из вышеперечисленных функций реализованы и каким было уделено больше внимания, а каким меньше, системы можно разделить на несколько классов (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Классификация операционных систем
ДОС (Дисковые Операционные Системы) - Это системы, берущие на себя выполнение только первых четырех функций. Как правило, они представляют собой некий резидентный набор подпрограмм, не более того. ДОС загружает пользовательскую программу в память и передает ей управление, после чего программа делает с системой все, что ей заблагорассудится. При завершении программы считается хорошим тоном оставлять машину в таком состоянии, чтобы ДОС могла продолжить работу. Если же программа приводит машину в какое-то другое состояние, что ж, ДОС ничем, ей в этом не может помешать.
Существование систем этого класса обусловлено их простотой и тем, что они потребляют мало ресурсов. Еще одна причина, по которой такие системы могут использоваться даже на довольно мощных машинах — требование программной совместимости с ранними моделями того же семейства компьютеров.
ОС общего назначения - к этому классу относятся системы, берущие на себя выполнение всех вышеперечисленных функций. Разделение на ОС и ДОС идет, по-видимому, от систем IBM 005/360 и 05/360 для больших компьютеров этой фирмы, клоны которых известны у нас в стране под названием ЕС ЭВМ серии 10ХХ.
Здесь под ОС мы будем подразумевать системы '"общего назначения", т. е. рассчитанные на интерактивную работу одного или нескольких пользователей в режиме разделения времени, при не очень жестких требованиях ко времени реакции системы на внешние события. Как правило, в таких системах уделяется большое внимание защите самой системы, программного обеспечения и пользовательских данных от ошибочных и злонамеренных программ и пользователей. Обычно подобные системы используют встроенные в архитектуру процессора средства зашиты и виртуализации памяти. К этому классу относятся такие широко распространенные системы, как Windows 2000, системы семейства Unix.
Системы виртуальных машин - такие системы стоят несколько особняком. Система виртуальных машин — это ОС, допускающая одновременную работу нескольких программ, но создающая при этом для каждой программы иллюзию того, что машина находится в полном ее распоряжении, как при работе под управлением ДОС. Зачастую, "программой" оказывается полноценная операционная система — примерами таких систем являются VMWare.
Такие системы отличаются высокими накладными расходами и сравнительно низкой надежностью, поэтому относительно редко находят промышленное применение. Часто СВМ являются подсистемой ОС общего назначения.
Системы реального времени - это системы, предназначенные для облегчения разработки так называемых приложений реального времени — программ, управляющих некомпьютерным оборудованием, часто с очень жесткими ограничениями по времени. Примером такого приложения может быть программа бортового компьютера fly-by-wire (дословно — "летящий по проволоке", т. е. использующий систему управления, в которой органы управления не имеют механической и гидравлической связи с рулевыми плоскостями) самолета, системы управления ускорителем элементарных частиц или промышленным оборудованием. Подобные системы обязаны поддерживать многопоточность, гарантированное время реакции на внешнее событие, простой доступ к таймеру и внешним устройствам.
Способность гарантировать время реакции является отличительным признаком систем РВ. Важно учитывать различие между гарантированностью и просто высокой производительностью и низкими накладными расходами. Далеко не все алгоритмы и технические решения, даже и обеспечивающие отличное среднее время реакции, годятся для приложений и операционных систем РВ. По другим признакам эти системы могут относиться как к классу ДОС , так и к ОС.
Системы промежуточных типов - системы, которые нельзя отнести к одному из вышеперечисленных классов. Такова, например, система RT-11, которая, по сути своей, является ДОС, но позволяет одновременное исполнение нескольких программ с довольно богатыми средствами взаимодействия и синхронизации. Другим примером промежуточной системы являются MS Windows 3.x и Windows 95, которые, как ОС, используют аппаратные средства процессора для защиты и виртуализации памяти и даже могут обеспечивать некоторое подобие многозадачности, но не защищают себя и программы от ошибок других программ, подобно ДОС. Некоторые системы реального времени, например QNX, могут использоваться как в качестве самостоятельной ОС, загружаемой с жесткого диска в оперативную память, так и будучи прошиты в ПЗУ.
Семейства операционных систем - часто можно проследить преемственность между различными ОС, необязательно разработанными одной компанией. Отчасти такая преемственность обусловлена требованиями совместимости или хотя бы переносимости прикладного программного обеспечения, отчасти – заимствованием отдельных удачных концепций. На основании такой преемственности можно выстроить "генеалогические деревья" операционных систем и – с той или иной обоснованностью — объединять их в семейства.
Можно выделить минимум три семейства ныне эксплуатирующихся ОС.
Системы для больших компьютеров фирмы IBM — OS/390, z/OS и IBM VM.
Обширное семейство Unix: Unix System V Release 4.x: SunSoft Solaris, SCO UnixWare; Berkeley Software Distribution Unix: BSDI, FreeBSD; Linux.
Семейство Control Program/Monitor (CP/M) фирмы Digital Research, sysname{Win32}-nna.T4)(pис. 1.2).
Рис. 1.2 Генеалогия ОС семейства СР/М