Назначение, функции и основные качества операционных систем. Требования к современным ос
1.1 Определение, назначение ОС
ОС – набор программ, которые обеспечивают возможность использования аппаратуры компьютера.
ОС – преимущественно администратор ресурса, она управляет процессорами, памятью, устройствами ввода-вывода и данными.
Данная мысль поясняется рисунком 1
Рис. 1. Общая структура персонального компьютера
1.2 Функции ОС
Основные функции ОС:
Определение интерфейса пользователя *(т.е. граница взаимодействия пользователя с аппаратным интерфейсом)
Обеспечение разделения аппаратных ресурсов между пользовательскими программами
Обеспечение возможности работы с общими данными в режиме коллективного пользования
Планирование доступа пользователей к общим ресурсам
Обеспечение эффективного выполнения операций ввода-вывода
Обеспечение восстановление информации и вычислительного процесса, в случае ошибок
И другие функции…
1.3 Основные эксплуатационные требования к ОС *(качество ОС)
Надёжность
Защита программ и данных
Эффективность *(экономичность, эффективное управление ресурсов, максимальная загруженность этих ресурсов)
Предсказуемость
Удобство
Поколения операционных систем и их классификация
1.4 Поколение ОС *(связано с функционалом ОС)
Развитие ОС принято делить на следующие поколения:
- Нулевое поколение – условно 40е годы
- Первое поколение – условно 50е годы *(понятие ОС не было, неким прообразом были так называемые программы мониторы – пакетная обработка информации, появилась концепция системных файлов, языки управления программами и т.д.)
В 1957 зародилось само понятие ОС – принадлежит фирме General Motors – комплект мониторов, которой и назвали ОС
- Второе поколение – условно 60е годы. Характеризуется тем, что ОС стали создавать, как систему коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы в рамках пакетной обработки информации.* (По прежнему ОС строилась как монитор, отличие – {первое поколение] по очереди запускало программу и получало в такой же последовательности; [второе]начало также, а вот получение не по очереди, а по критерию максимальной загрузки)
На этом же этапе появились:
- первые ОС мультипроцессорного типа;
- ОС с разделением времени, которые обеспечивали работу в диалоговом или интерактивно режиме;
- ОС реального времени, они обеспечивали непрерывную реакцию на сигналы обеспечиваемого технологического процесса.
- Третье поколение – 70е годы, связаны с ЭВМ третьего поколения.
Характеризуется многорежимностью
Появилась ОС Unix – удачная архитектура и малая громоздкость – отличало от других ОС
Негативная сторона - необходимость овладения пользователям языкам управления задания
Четвертое поколение – 80е годы
Характеризуется ориентацией на работу в вычислительных сетях и в системах оперативной обработки данных в режиме online. С появлением ПК, ОС получили качество дружественности к пользователю. Характеризуется появлением систем управления при помощи меню.
На этом этапе началось развитие концепции виртуальных машин.
Пятое поколение – 90е-2000е годы
2.
Основные признаки классификации ОС:
Особенности алгоритма управления ресурсами
а) ОС с поддержкой многозадачности, однозадачности
б) ОС с поддержкой многопользовательского режима, однопользовательского режима
в) ОС с поддержкой многонитевости. Обеспечивает возможность распараллеливание вычислений, т.е. разделение процессорного времени не между заданиями, а между их отдельными ветвями
д) Много процессорная обработка, т.е. мультипроцессирование, способна работать с несколькими процессорами *(на мультипроцессорной машине)
Реализация сетевых возможностей
А) Системы сетевого типа
Б) системы распределённого типа
Особенности аппаратных платформа
а) ОС ПК
Б) ОС миникомпьютеров
в) ОС майнфреймов
д) ОС кластеров
е) ОС других типов компьютеров (коммуникаторы, мобильные телефоны и т.д.)
Особенности областей использования
а) ОС пакетной обработки
б) ОС разделения времени
в) ОС реального времени
Особенности методов построение
а) Способы построения ядра ОС – монолитные ОС, микроядерные ОС
б) Использование объектно-ориентрованного подхода
в) Наличие и поддержка нескольких прикладных средств
г) Распределённая организация ОС
Рис. 2. Основные типы операционных систем
ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННЫМ ОПЕРАЦИОННЫМ СИСТЕМАМ
Главными требованиями, предъявляемыми к ОС, являются:
- выполнение ею основных функций эффективного управления ресурсами и
- обеспечение удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ.
Современная ОС, как правило, должна поддерживать:
- мультипрограммную обработку,
- виртуальную память,
- свопинг,
- многооконный графический интерфейс пользователя и
- выполнять многие другие необходимые функции и услуги.
Кроме этих требований функциональной полноты к операционным системам предъявляются не менее важные эксплуатационные требования, которые перечислены ниже.
1) Расширяемость. В то время как аппаратная часть компьютера устаревает за несколько лет, полезная жизнь ОС может измеряться десятилетиями. Примером может служить ОС UNIX.
Поэтому ОС всегда изменяются со временем эволюционно, и эти изменения более значимы, чем изменения аппаратных средств. Изменения ОС обычно заключаются в приобретении ею новых свойств, например поддержке новых типов внешних устройств или новых сетевых технологий.
Если код ОС написан таким образом, что дополнения и изменения могут вноситься без нарушения целостности системы, то такую ОС называют расширяемой. Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС, при которой программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через функциональный интерфейс.
2) Переносимость. В идеале код ОС должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа.
Переносимые ОС имеют несколько вариантов реализации для разных платформ. Такое свойство ОС называют также многоплатформенностъю.
3) Совместимость. Существует несколько «долгоживущих» популярных ОС (разновидности UNIX, MS-DOS, Windows 3.x, Windows NT, OS/2), для которых наработана широкая номенклатура приложений. Некоторые из них пользуются широкой популярностью.
Поэтому для пользователя, переходящего по тем или иным причинам с одной ОС на другую, очень привлекательна возможность запуска в новой ОС привычного приложения.
Если ОС имеет средства для выполнения прикладных программ, написанных для других операционных систем, то про нее говорят, что она обладает совместимостью с этими ОС.
Следует различать совместимость на уровне двоичных кодов и совместимость на уровне исходных текстов. Понятие совместимости включает также поддержку пользовательских интерфейсов других ОС.
4) Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда предсказуемыми, а приложения не должны иметь возможности наносить вред ОС.
Надежность и отказоустойчивость ОС прежде всего определяются архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также качеством ее реализации (отлаженностью кода). Кроме того, важно, включает ли ОС программную поддержку аппаратных средств обеспечения отказоустойчивости, таких, например, как дисковые массивы или источники бесперебойного питания.
5) Безопасность. Современная ОС должна защищать данные и другие ресурсы ВС от несанкционированного доступа.
Чтобы ОС обладала свойством безопасности, она должна как минимум иметь в своем составе средства аутентификации – определения легальности пользователей, авторизации – предоставления легальным пользователям дифференцированных прав доступа к ресурсам, аудита – фиксации всех «подозрительных» для безопасности системы событий. Свойство безопасности особенно важно для сетевых ОС. В таких ОС к задаче контроля доступа добавляется задача защиты данных, передаваемых по сети.
6) Производительность. Операционная система должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. На производительность ОС влияет много факторов, среди которых основными являются:
- архитектура ОС,
- многообразие функций,
- качество программирования кода,
- возможность исполнения ОС на высокопроизводительной (многопроцессорной) платформе.