Основные функции операционных систем. Состав операционной системы Что такое оперативная система компьютера

Операционная система - это посредник между компьютером и пользователем, обеспечивающий их взаимодействие и отвечающий за выполнение программ. Самые известные представители: Linux, Microsoft, Mac OS и так далее. В данной статье мы рассмотрим состав и функции Речь пойдет об общих параметрах без привязки к конкретной ОС.

Из чего состоит операционная система?

Прежде чем рассказать о том, какие бывают функции операционных систем, мы рассмотрим, из чего она состоит.

Программный модуль, который управляет системой файлов.
Драйверы для устройств. Они обеспечивают корректную работу каждого аппаратного элемента компьютера, а также информационный обмен с другими устройствами.
Процессор, отвечающий на команды пользователя.
Сервисные программы. При их помощи есть возможность работать в компьютерных сетях с дисками и файлами.
Модули, обеспечивающие графическую оболочку для пользователя.
Справочная система, помогающая найти ответ на любой вопрос относительно операционной системы и работы с ней.

Функции операционных систем могут меняться в зависимости от вида последних. Классификаций довольно много. Приведем основные.

1. По числу одновременно работающих пользователей ОС бывают: однопользовательские (старые версии, например, MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2) и многопользовательские (например, UNIX, Windows NT).

2. По количеству одновременно выполняемых задач: однозадачные (например, MSX, MS-DOS) и многозадачные Windows 95, UNIX).

Что делает операционная система?

Рассмотрим теперь основные функции операционной системы:

выполнение команд пользователя по запросу (запуск и закрытие программ, ввод и вывод информации, освобождение дополнительной памяти и так далее);
доступ к (принтеру, мыши, клавиатуре и так далее);
загрузка программного обеспечения в оперативную память и его выполнение;
осуществление памятью;
сохранение данных об ошибках и сбоях в системе;
обеспечение интерфейса для пользователя;
осуществление доступа к другим носителям информации и управление ним.

То есть все действия, осуществляемые человеком посредством инструментов ввода, производятся компьютером при помощи ОС. Она позволяет обеспечить удобный Также существуют и дополнительные функции операционных систем:

многозадачность;
разграничение прав доступа;
эффективное распределение ресурсов между процессами;
защита системы и данных пользователя;
взаимодействие между процессорами и их синхронизация.

Системная оболочка, к которой мы так привыкли, предоставляет нам возможность комфортного пользования ресурсами компьютера. Назначение и функции операционных систем - удобство общения с машиной, структуризация и автоматизация процессов. С годами разработчики и создатели оболочек для персональных компьютеров упрощают нам, обычным пользователям, программистам, жизнь за счет введения новых возможностей и сокращения ручной работы. Бытует даже мнение, что в ближайшем будущем машины во многом заменят человека.

Операционная система и их виды. Общая характеристика и приемы работы в среде ОС

Операционная система (ОС) - это неотъемлемая часть ПО, управляющая техническими средствами компьютера (hardware). ОС - это программа, координирующая действия вычислительной машины; под ее управлением осуществляется выполнение программ.

Основные функции операционной системы:

1. Обмен данными между компьютером и различными периферийными устройствами (терминалами, принтерами, гибкими дисками, жесткими дисками и т.д.). Такой обмен данными называется «ввод/вывод данных».

2. Обеспечение системы организации и хранения файлов.

4. Организация диалога с пользователем.

ОС – это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого – организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

Состав операционной системы.

Структуру ОС составляют следующие модули:

Базовый модуль (ядро ОС)- управляет работой программы и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами;

Командный процессор - расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;

Драйверы периферийных устройств - программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором (каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и в различном темпе);

Дополнительные сервисные программы (утилиты) - делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.

. Файлы, составляющие ОС, хранятся на диске, поэтому система называется дисковой операционной (DOS). Известно, что для их выполнения программы - и, следовательно, файлы ОС - должны находиться в оперативной памяти (ОЗУ). Однако, чтобы произвести запись ОС в ОЗУ, необходимо выполнить программу загрузку, которой сразу после включения компьютера в ОЗУ нет. Выход из этой ситуации состоит в последовательной, поэтапной загрузке ОС в оперативную память.

Первый этап загрузки ОС. В системном блоке компьютера находится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, постоянная память, ROM-Read Only Memory - память с доступом только для чтения), в котором содержатся программы тестирования блоков компьютера и первого этапа загрузки ОС. Они начинают выполняться с первым импульсом тока при включении компьютера. На этом этапе процессор обращаются к диску и проверяет наличие на определенном месте (в начале диска) очень небольшой программы - загрузчика. Если эта программа обнаружена, то она считывается в ОЗУ и ей передается управление.

Второй этап загрузки ОС. Программа - загрузчик, в свою очередь, ищет на диске базовый модуль ОС, переписывает его память и передает ему управление.

Третий этап загрузки ОС. В состав базового модуля входит основной загрузчик, который ищет остальные модули ОС и считывает их в ОЗУ. После окончания загрузки ОС управление передается командному процессору и на экране появляется приглашение системы к вводу команды пользователя.

Заметим, что в оперативной памяти во время работы компьютера обязательно должны находиться базовый модуль ОС и командный процессор. Следовательно, нет необходимости загружать в оперативную память все файлы ОС одновременно. Драйверы устройств и утилиты могут подгружаться в ОЗУ по мере необходимости, что позволяет уменьшать обязательный объем оперативной памяти, отводимый под системное программное обеспечение.

Первая задача ОС – организация связи, общения пользователя с компьютером в целом и его отдельными устройствами. Такое общение осуществляется с помощью команд, которые в том или ином виде человек сообщает операционной системе. В ранних вариантах операционных систем такие команды просто вводились с клавиатуры в специальную строку. В последующем были созданы программы – оболочки ОС, которые позволяют общаться не только с ОС не только текстовым языком команд, а с помощью меню (в том числе пиктографического) или манипуляций с графическими объектами.

Вторая задача ОС – организация взаимодействия всех блоков компьютера в процессе выполнения программы, которую назначил пользователь для решения задачи. В частности, ОС организует и следит за размещением в оперативной памяти и на диске нужных для работы программы данных, обеспечивает своевременное подключение устройств компьютера по требованию программы и т.п.

Третья задача ОС – обеспечение так называемых системных работ, которые бывает необходимо выполнить для пользователя. Сюда относится проверка, “лечение” и форматирование диска, удаление и восстановление файлов, организация файловой системы и т.п. Обычно такие работы осуществляются с помощью специальных программ, входящих в ОС и называемых утилитами.

Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны.

ОС обычно хранится во внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ.

Этот процесс называют загрузкой ОС.

В функции ОС входит:

Осуществление диалога с пользователем;

Ввод-вывод и управление данными;

Планирование и организация процесса обработки программ;

Распределение ресурсов (оперативной памяти, процессора, внешних устройств);

Запуск программ на выполнение;

Всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

Передача информации между различными внутренними устройствами;

Программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, принтера и др.).

ОС можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера.

В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса операционных систем:

1.однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;

2.однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать.

3.однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач.

4.многопользовательские многозадачные, позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям.

ОС для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:

Программы управления вводом/выводом;

Программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для компьютера;

Процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет команды, адресованные ОС.

В каждой ОС имеется свой командный язык, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия:

Обращаться к каталогу;

Выполнять разметку внешних носителей;

Запускать программы;

И другие действия.

Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор ОС.

Важным классом системных программ являются драйверы устройств.

Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы – драйверы. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввод-вывод (BIOS), которая обычно заносится в постоянное ЗУ компьютера.

Нередко к системным программам относят антивирусные средства, программы архивирования файлов и т.п.

Второй класс программ – это прикладные программы. Здесь нет единой точки зрения, какие именно программы относятся к этому классу. Обычно прикладной называют любую программу, позволяющую пользователю без программирования решать определенный класс задач.

Операционная система блестяще справляется со своими обязанностями. На практике одно из основных преимуществ использования ОС заключается в простоте ее понимания, несмотря на функциональную сложность.

В настоящий момент около 90% компьютеров используют ОС Windows. Более широкий класс ОС ориентирован для использования на серверах. К этому классу ОС относятся семейство UNIX, разработки фирмы Microsoft (MS DOS и Windows), сетевые продукты Novell и корпорации IBM.

UNIX - многопользовательская, многозадачная ОС, включает достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. ОС UNIX являетсямашинонезависимой, что обеспечивает высокую мобильность ОС и легкую переносимость прикладных программ на компьютеры различной архитектуры. Важной особенностью ОС семейства UNIX являются ее модульность и обширный набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей-программистов (т. е. система особенно эффективна для специалистов – прикладных программистов).

Независимо от версии общими для UNIX чертами являются многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа; реализация многозадачной обработки в режиме разделения времени; переносимость системы путем написания основной части на языке Си.

Недостаток UNIX – большая ресурсоемкость, и для небольших однопользовательских систем на базе персональных компьютеров она чаще всего является избыточной.

В целом ОС семейства UNIX ориентированы, прежде всего, на большие локальные (корпоративные) и глобальные сети, объединяющие работу тысяч пользователей. Большое распространение UNIX и ее версия LINUX получили в сети Интернет, где важнейшее значение имеет машинонезависимость ОС.

ОС MS DOS широко использовалась для персональных компьютеров, построенных на базе процессоров Intel 8088-80486.

В настоящее время MS DOS для управления персональными компьютерами практически не применяется. Однако ее не следует считать полностью исчерпавшей свои возможности и потерявшей актуальность. Низкие требования к аппаратным ресурсам оставляют DOS перспективной для практического использования. Так, в 1997 г. компания СаШега начала работы по адаптации DR DOS (аналог MS DOS) к рынку встроенных ОС мелких высокоточных устройств, присоединяемых к Интернету и интранет-сетям. К этим устройствам относятся кассовые аппараты, факсы, персональные цифровые ассистенты, электронные записные книжки и др.

Операционная система OS/2 (Operating system/2) является однопользовательской многозадачной ОС, односторонне (MS DOS → OS/2) программно совместимой с MS DOS и предназначенной для работы с МП 80386 и выше (ПК IBM PC и PS/2). OS/2 может одновременно выполнять до 16 программ (каждая из них в своем сегменте памяти), но среди них только одну, подготовленную для MS DOS.

Важными особенностями OS/2 является наличие многооконного интерфейса пользователя; программных интерфейсов для работы с системой баз данных; эффективных программных интерфейсов для работы в локальных вычислительных сетях. К недостаткам OS/2 относится в первую очередь сравнительно небольшой объем программных приложений, наработанных к настоящему времени.

, Конкурс «Презентация к уроку»

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Общие сведения

На IBM-совместимых персональных компьютерах используются операционные системы корпорации Microsoft Widows, а также свободно распространяемая операционная система Liux.
На персональных компьютерах фирмы Apple используются различные версии операционной системы Mac OS.
На рабочих станциях и серверах наибольшее распространение получили операционные системы Widows T/2000/XP и UIX.

Назначение операционной системы

Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам.

Состав операционной системы

Современные операционные системы имеют сложную структуру, каждый элемент которой выполняет определенные функции по управлению компьютером.

1. Управление файловой системой . Процесс работы компьютера сводится к обмену файлами между устройствами. В операционной системе имеются программные модули , управляющие файловой системой .

2. Командный процессор . Специальная программа, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их.

3. Драйверы устройств. Специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами, а также позволяют производить настройку некоторых параметров устройств. Технология «Plug ad Play» (подключай и играй) позволяет автоматизировать подключение к компьютеру новых устройств и обеспечивает их конфигурирование.

4. Графический интерфейс. Используется для упрощения работы пользователя.

5. Сервисные программы или утилиты. Программы, позволяющие обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и т.д.), выполнять операции с файлами (архивировать и т.д.), работать в компьютерных сетях и т.д.

6. Справочная система. Позволяет оперативно получить информацию как о функционировании операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

После включения компьютера происходит загрузка операционной системы с системного диска в оперативную память. Загрузка должна выполнятся в соответствии с программой загрузки. Однако для того, чтобы компьютер выполнял какую-нибудь программу, эта программа должна уже находится в оперативной памяти. Разрешение этого противоречия состоит в последовательной, поэтапной загрузке операционной системы.

Самотестирование компьютера

В состав компьютера входит энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), содержащее программы тестирования компьютера и первого этапа загрузки операционной системы – это BIOS(Basic Iput/Output System – базовая система вввода/вывода).

После включения питания или нажатия кнопки RESET на системном блоке компьютера или одновременного нажатия комбинации клавиш {Ctrl+Alt+Del} на клавиатуре процессор начинает выполнение программы самотестирования компьютера POST(Power-OSelf Test). Производится тестирование работоспособности компьютера.

В процессе тестирования сначала могут выдаваться диагностические сообщения в виде различных последовательностей коротких и длинных звуковых сигналов.

После успешной инициализации видеокарты краткие диагностические сообщения выводятся на экран монитора.

После проведения самотестирования специальная программа, содержащаяся в BIOS, начинает поиск загрузчика операционной системы. Происходит поочередное обращение к имеющимся в компьютере дискам и поиск в определенном месте наличия специальной программы Master Boot (программы загрузчика операционной системы).

Если системный диск и программа-загрузчик оказываются на месте, то она загружается в оперативную память и ей передается управление работой компьютера.

Если системные диски в компьютере отсутствуют, на экране монитора появляется сообщение «osystem disk» и компьютер остается неработоспособным.

Процесс загрузки операционной системы

После окончания загрузки операционной системы управление передается командному процессору.

Операционная система (ОС) представляет собой программный комплекс, обеспечивающий взаимодействие между пользователем и аппаратной частью компьютера. Например, Windows, Linux и Mac OSX. Если чуть проще, то система это набор программных кодов, который позволяет вам запускать программы на вашем компьютере, отображать графику на мониторе, воспринимать и интерпретировать сигналы от мышки и клавиатуры, передавать на печать документы, заходить в интернет и прочее. Тем не менее, это не просто набор разрозненных утилит, а нечто большее, но обо всем по порядку

Примечание : Статья предназначена для начинающих и обычных пользователей.

Примечание : Наиболее популярными операционными системами являются Windows, различные сборки Linux и Mac OSX.

Назначение и типы операционной системы

В основном, операционная система имеет следующее назначение:

1. Осуществление управления аппаратными устройствами компьютера, включая передачу и прием информации из периферийных устройств. Другими словами, координирует функционирование всей аппаратуры, осуществляет контроль за выполнением и прочее

2. Обеспечение интерфейсов или же возможностей для передачи инструкций от программ на аппаратные устройства. Например, чтобы игрушки могли использовать видеокарту

3. Является прослойкой между пользователем и компьютером

4. Не обязательное условие, но сегодня есть практически в любых операционных системах. Предоставление дополнительных возможностей для пользователей. Например, организация разграничения доступа (безопасность)

Операционные системы принято делить на 4 типа:

1. Однопользовательская однозадачная. Как и следует из названия, система предназначена для одного пользователя и для выполнения одной задачи

2. Однопользовательская однозадачные с дополнительной фоновой задачей. Позволяют запускать в фоне еще одну дополнительную задачу. Как правило, фоновой задачей является печать

3. Однопользовательская многозадачная. Поддерживает только одного пользователя, но позволяет запускать сразу несколько задач

4. Многопользовательская многозадачная. Тут все просто. Много пользователей, которые запускают много задач.

Обратите внимание, что многопользовательских однозадачных систем в принципе не может быть, так как каждый пользователь на компьютере подразумевает собой отдельную задачу в операционной системе.

Кроме того, операционные системы бывают 32-х и 64-х битные .

Из чего состоит операционная система

Как уже говорилось, операционная система - это программный комплекс, который позволяет использовать устройства вашего компьютера. Поэтому он разделяется на несколько разных уровней.

Если кратко, то операционная система обычно состоит из следующего:

2. Драйвера

3. Сервисы или пакеты инструментов

4. Оболочка

5. Командный модуль

Примечание : Стоит знать, что операционные системы для микроконтроллеров могут содержать не все из вышеперечисленного (просто нет необходимости).

А теперь, рассмотрим по порядку:

Ядро - это самая важная часть операционной системы. Оно содержит все необходимые механизмы для координации и управления всеми остальными компонентами.

Драйвера - это программные коды (не обязательно программа или библиотека), которые позволяют ядру операционной системы корректно взаимодействовать с аппаратными устройствами. Стоит знать, что есть стандартные драйвера, которые обеспечивают минимальный набор возможностей, и драйвера от производителей, которые позволяют по максимуму использовать устройства.

Сервисы или пакеты инструментов - это отдельные программы, которые позволяют операционной системе предоставлять дополнительные возможности.

Оболочка - это тот интерфейс, который видит пользователь. Именно благодаря ему пользователь может запускать программы и выполнять прочие действия.

Командный модуль - это пользовательская программа, которая запускается в операционной системе.

Что происходит внутри операционной системы

Все взаимодействие внутри операционной системы построено на так называемых системных вызовах, которые представляют собой прослойку между запросами программ пользователей и устройствами компьютера. Как это происходит. Пользователь запускает программу, та в свою очередь посылает системный вызов сервсисам операционной системы. Например, "открой файл для чтения". Сервисы осуществляют обращение к ядру системы, которое далее обращается через драйвера к устройствам компьютера. В случае с примером, к драйверу жесткого диска, который в последствии посылает команды устройству.

Аппаратные устройства компьютера имеют схожий принцип, только у них все построено на прерываниях, которые представляют собой специальные сигналы, указывающие на определенные действия. Например, окончание выполнения задачи, подготовка перед передачей данных и прочее.

Такой подход позволяет операционной системе обеспечивать жизнестойкость при возникновении ошибок. Тем не менее, если же ошибки возникают на уровне ядра, то система обычно аварийно завершает выполнение. Например, в Windows это синий экран смерти .

Как операционная система загружается

Операционная система загружается в несколько этапов:

1. Вначале встроенная система компьютера (

Функции

Основные функции:

Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск , оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе .
Обеспечение пользовательского интерфейса .
Сохранение информации об ошибках системы.

Дополнительные функции:

Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами .
Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.
Взаимодействие между процессами : обмен данными, взаимная синхронизация.
Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см.: аутентификация , авторизация).

Компоненты операционной системы:

Командный процессор (интерпретатор)
Драйверы устройств
Интерфейс

Понятие

Существуют две группы определений операционной системы: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который связан с вопросом, в каких случаях требуется операционная система.

Есть приложения вычислительной техники, для которых операционные системы излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры , содержащиеся во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), простейших сотовых телефонах, постоянно исполняют лишь одну программу, запускающуюся по включении. Многие простые игровые приставки - также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры - могут обходиться без операционной системы, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске .

Операционные системы нужны, если:

вычислительная система используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев операционная система отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные системы, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;
различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция - тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, операционные системы предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);
между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;
необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);
оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды - оболочка и наборы утилит - они могут являться частью операционной системы.

Таким образом, современные универсальные операционные системы можно охарактеризовать, прежде всего, как:

использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),
многопользовательские (с разделением полномочий),
многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой операционной системе. В составе операционной системы различают три группы компонентов:

ядро , содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система;

Большинство программ, как системных (входящих в операционную систему), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов . Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что система (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав операционной системы включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

Ядро

Ядро - центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время , память и устройства ввода-вывода . Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

Как основополагающий элемент операционной системы, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.

Пакетный режим

Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

Разделение времени и многозадачность

Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.

Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.

Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) - в пакетном режиме.

Разделение полномочий

Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой системы прикладной программой.

Реализация разделения полномочий в операционных системах была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора - «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы на исполнение).

Реальный масштаб времени

Применение универсальных компьютеров для управления производственными процессами потребовало реализации «реального масштаба времени» («реального времени») - синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.

Включение функции реального масштаба времени позволило создавать решения, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и/или в режиме разделения времени).

Файловые системы и структуры

Постепенная замена носителей с последовательным доступом (перфолент , перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных дисках).

Файловая система - способ хранения данных на внешних запоминающих устройствах.

Существующие операционные системы

UNIX, стандартизация операционных систем и POSIX

Благодаря конкурентности реализаций архитектура UNIX стала вначале фактическим отраслевым стандартом, а затем обрела статус и стандарта юридического - ISO/IEC 9945 (POSIX).

Только системы, отвечающие спецификации Single UNIX Specification , имеют право носить имя UNIX. К таким системам относятся AIX , HP-UX , IRIX , Mac OS X , SCO OpenServer , Solaris , Tru64 и z/OS .

Операционные системы, следующие стандарту POSIX или опирающиеся на него, называют «POSIX-совместимыми» (чаще встречается словоупотребление «UNIX-подобные » или «семейство UNIX», но оно противоречит статусу торгового знака «UNIX», принадлежащего консорциуму The Open Group и зарезервированному для обозначения только операционных систем, строго следующих стандарту). Сертификация на совместимость со стандартом платная, из-за чего некоторые системы не проходили этот процесс, однако считаются POSIX-совместимыми по существу.

К UNIX-подобным относятся операционные системы, основанные на последней версии UNIX, выпущенной Bell Labs (System V), на разработках университета Беркли (FreeBSD , OpenBSD , NetBSD), на основе Solaris (OpenSolaris , BeleniX , Nexenta), а также Linux , разработанная в части утилит и библиотек проектом GNU и в части ядра - сообществом, возглавляемым Линусом Торвальдсом .

Стандартизация операционных систем преследует цель упрощения замены самой системы или оборудования при развитии вычислительной системы или сети и упрощении переноса прикладного программного обеспечения (строгое следование стандарту предполагает полную совместимость программ на уровне исходного текста; из-за профилирования стандарта и его развития некоторые изменения бывают всё же необходимы, но перенос программы между POSIX-совместимыми системами обходится на порядки дешевле, чем между альтернативными), а также преемственность опыта пользователей.

Самым заметным эффектом существования этого стандарта стало эффективное разворачивание Интернета в 1990-х годах .

Пост-UNIX-архитектуры

Коллектив, создавший UNIX, развил концепцию унификации объектов операционной системы, включив в исходную концепцию UNIX «устройство - это тоже файл» также и процессы, и любые другие системные, сетевые и прикладные сервисы, создав новую концепцию: «что угодно - это файл». Эта концепция стала одним из основных принципов системы Plan 9 (название было позаимствовано из фантастического триллера «План 9 из открытого космоса » Эдварда Вуда-младшего), призванной преодолеть принципиальные недостатки дизайна UNIX и сменившей «рабочую лошадку» UNIX System V на компьютерах сети Bell Labs в 1992 году .

Кроме реализации всех объектов системы в виде файлов и размещения их на едином и персональном для каждого терминала вычислительной сети пространстве (namespace), были пересмотрены другие архитектурные решения UNIX. Например, в Plan 9 отсутствует понятие «суперпользователь», и, соответственно, исключаются любые нарушения режима безопасности, связанные с нелегальным получением прав суперпользователя в системе. Для представления (хранения, обмена) информации Роб Пайк и Кен Томпсон разработали универсальную кодировку UTF-8 , на сегодняшний день ставшую стандартом де-факто. Для доступа к файлам используется единый универсальный протокол 9P, по сети работающий поверх сетевого протокола (TCP или UDP). Таким образом, для прикладного ПО сети не существует - доступ к локальным и к удалённым файлам единообразен. 9P - байт-ориентированный протокол, в отличие от других подобных протоколов, являющихся блок-ориентированными. Это также результат работы концепции: доступ побайтно - к унифицированным файлам, а не поблочно - к разнообразным и сильно изменяющимися с развитием технологий устройствам. Для контроля доступа к объектам не требуется иных решений, кроме уже существующего в операционной системе контроля доступа к файлам. Новая концепция системы хранения избавила администратора системы от изнурительного труда по сопровождению архивов и предвосхитила современные системы управления версиями файлов.

Операционные системы, созданные на базе или идеях UNIX, такие как всё семейство BSD и системы GNU/Linux, постепенно перенимают новые идеи из Bell Labs. Возможно, эти новые идеи ждёт большое будущее и признание ИТ-разработчиков.

Новые концепции были использованы Робом Пайком в Inferno .

См. также

Примечания

Литература

Гордеев А. В. Операционные системы: Учебник для вузов. - 2-е изд. - СПб. : Питер , 2007. - 416 с. - ISBN 978-5-94723-632-3
Деннинг П. Дж., Браун Р. Л. Операционные системы // Современный компьютер. - М ., 1986.
Иртегов Д. В. Введение в операционные системы. - 2-е изд. - СПб. : BHV-СПб, 2007. - ISBN 978-5-94157-695-1
Керниган Б. У. , Пайк Р. У. UNIX - универсальная среда программирования = The UNIX Programming Environment. - М ., 1992.
Олифер В. Г., Олифер Н. А. Сетевые операционные системы. - СПб. : Питер , 2002. - 544 с. - ISBN 5-272-00120-6
Столлингс У. Операционные системы = Operating Systems: Internals and Design Principles. - М .: Вильямс, 2004. - 848 с. - ISBN 0-1303-1999-6
Таненбаум Э. С. Многоуровневая организация ЭВМ = Structured Computer Organization. - М .: Мир, 1979. - 547 с.
Таненбаум Э. С. Современные операционные системы = Modern Operating Systems. - 2-е изд. - СПб. : Питер , 2005. - 1038 с. - ISBN 5-318-00299-4
Таненбаум Э. С. , Вудхалл А. С. Операционные системы. Разработка и реализация = Operating Systems: Design and Implementation. - 3-е изд. - СПб. : Питер , 2007. - 704 с. - ISBN 978-5-469-01403-4
Шоу А. Логическое проектирование операционных систем = The Logical Design of Operating Systems. - М .: Мир, 1981. - 360 с.
Рэймонд Э. С. Искусство программирования для UNIX = The Art of UNIX Programming. - М .: Вильямс, 2005. - 544 с. - ISBN 5-8459-0791-8
Mark G. Sobell. UNIX System V. A Practical Guide. - 3rd ed. - 1995.

Ссылки

Операционная система в каталоге ссылок Open Directory Project (dmoz).
Отставнов М. Е. Свободное программное обеспечение в школе . Свободное ПО для школы (2003).(недоступная ссылка - история ) Проверено 16 апреля 2010.