32

Экзаменационные вопросы по курсу "Операционные системы"

1. Назначение операционных систем.

Под операционной системой (ОС) обычно понимают комплекс управляющих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой — предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений. Любой из компонентов прикладного программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС. На рис. 1 изображена обобщенная структура программного обеспечения вычислительной системы. Видно, что ни один из компонентов программного обеспечения, за исключением самой ОС, не имеет непосредственного доступа к аппаратуре компьютера. Даже пользователи взаимодействуют со своими программами через интерфейс ОС. Любые их команды, прежде чем попасть в прикладную программу, сначала проходят через ОС.

Рис. 1. Структура программного обеспечения вычислительной системы.

Основными функциями, которые выполняет ОС, являются следующие

1. прием от пользователя (или от оператора системы) заданий или команд, сформулированных на соответствующем языке — в виде директив (команд) оператора или в виде указаний (своеобразных команд) с помощью соответствующего манипулятора (например, с помощью мыши), — и их обработка;

2. прием и исполнение программных запросов на запуск, приостановку, остановку других программ;

3. загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ,

4. инициация программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу);

5. идентификация всех программ и данных;

6. обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения;

7. обеспечение режима мультипрограммирования, то есть выполнение двух или более программ на одном процессоре, создающее видимость их одновременного исполнения;

8. обеспечение функций по организации и управлению всеми операциями ввода/вывода;

9. удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для соответствующих ОС);

10. распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти;

11. планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания;

12. организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;

13. защита одной программы от влияния другой; обеспечение сохранности данных;

14. предоставление услуг на случай частичного сбоя системы;

15. обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.

2. Понятие операционной среды.

Операционная система выполняет функции управления вычислительными процессами в вычислительной системе, распределяет ресурсы вычислительной системы между различными вычислительными процессами и образует программную среду, в которой выполняются прикладные программы пользователей. Такая среда называется операционной.

Любая программа имеет дело с некоторыми исходными данными, которые она обрабатывает, и порождает в конечном итоге некоторые выходные данные, результаты вычислений. В абсолютном большинстве случаев исходные данные попадают в оперативную память с внешних (периферийных) устройств. Аналогично и результаты вычислений, в конце концов, должны быть выведены на внешние устройства. Программирование операций ввода/вывода относится к наиболее сложным и трудоемким задачам. Именно поэтому развитие операционных систем пошло по пути выделения наиболее часто встречающихся операций и создания для них соответствующих программных модулей, которые можно в дальнейшем использовать в большинстве вновь создаваемых программ.

При разработке первых систем программирования, прежде всего, создавали программные модули для подсистемы ввода/вывода, а уже затем — вычисления часто встречающихся математических операций и функций. Благодаря этому при создании прикладных программ программисты могли просто обращаться к соответствующим функциям ввода/вывода и иным функциям и процедурам, что избавляло их от необходимости каждый раз создавать все программные компоненты «с нуля» и от необходимости знать во всех подробностях особенности работы контроллеров ввода/вывода и соответствующих интерфейсов.

Следующий шаг в автоматизации создания готовых к выполнению машинных двоичных программ заключался в том, что транслятор с алгоритмического языка более высокого уровня, нежели первые ассемблеры, уже сам мог подставить вместо высокоуровневого оператора типа READ или WRITE все необходимые вызовы к готовым библиотечным программным модулям. Состав и количество библиотек систем программирования постоянно увеличивались. В конечном итоге возникла ситуация, когда при создании двоичных машинных программ программисты могут вообще не знать многих деталей управления конкретными ресурсами вычислительной системы, а должны только обращаться к некоторой программной подсистеме с соответствующими вызовами и получать от нее необходимые функции и сервисы. Эта программная подсистема и есть операционная система (ОС), а набор ее функций, сервисов и правила обращения к ним как раз и образуют то базовое понятие, которое называется операционной средой. Т.е. термин операционная среда означает, прежде всего, соответствующие интерфейсы, необходимые программам и пользователям для обращения к ОС с целью получить определенные сервисы.

Параллельное существование терминов «операционная система» и «операционная среда» вызвано тем, что ОС в общем случае может поддерживать несколько операционных сред. Например, операционная система OS/2 Warp может выполнять следующие программы:

1. так называемые «нативные» (Native — родной) программы, созданные с учетом соответствующего «родного» 32-битового программного интерфейса этой ОС;

2. 16-битовые программы, созданные для систем OS/2 первого поколения;

3. 16-битовые приложения, разработанные для выполнения в операционной среде MS-DOS или PC DOS;

4. 16-битовые приложения, созданные для операционной среды Windows З.х;

5. саму операционную оболочку Windows З.х и уже в ней — созданные для нее программы.