Операционные системы. 
Информатика и информационные технологии

Понятие операционной системы

Система (греч. systema — целое, составленное из частей; объединение) — совокупность взаимосвязанных, регулярно взаимодействующих объектов, образующих определенную целостность для выполнения единой цели, каких-либо функций и задач.

Компьютерная система состоит из устройств (внутренних и периферийных) и программ, которые, взаимодействуя, выполняют процессы обработки информации на одном или нескольких компьютерах. Может включать в себя различные подсистемы и входить в качестве подсистемы в более крупную систему. Часть программного обеспечения, отвечающая за готовность компьютерной системы к работе, образует в общей вычислительной системе операционную систему.

Операционная система (ОС) — комплекс программ, обеспечивающих функционирование компьютера и работу пользователя с ресурсами.

Без операционной системы доступ пользователя к аппаратуре и прикладным программам компьютера, а также обращение к нему по сети с другого компьютера был бы невозможен (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Взаимодействие пользователя с персональным компьютером.

Ресурс — любой элемент, востребованный операционной системой, программой и пользователем: устройство в составе компьютера и сети (диск, принтер, память), а также системные программы, к которым обращаются прикладные программы. Термин употребляется в таких сочетаниях, как сетевые, информационные, аппаратные, системные ресурсы.

Операционная система обеспечивает выполнение прикладных программ, распределение ресурсов компьютерной системы, ввод, вывод, сохранение данных, управление данными, предоставляет интерфейс (средство взаимодействия) с пользователем и другими компьютерами, выдает сообщения.

Ядро операционной системы — ее основная часть — загружается в оперативную память после включения компью тера на время работы и управляет всей операционной системой, памятью, выполнением прикладных программ, их взаимодействием с аппаратурой, определяет порядок и время работы различных программ с процессором, обрабатывает сбои аппаратуры и программ.

Другая часть операционной системы загружается в память по мере необходимости и выполняет задачи более высокого уровня — обеспечивает интерфейс пользователя с прикладными программами (англ. Application Program Interface, API).

Функции операционной системы:

• • обеспечение автоматической загрузки ядра ОС в оперативную память по программному коду в специальной (системной) области диска;
• • организация файловой системы для хранения данных на диске, обеспечение к ним доступа и возможности обработки;
• • загрузка программ в оперативную память и управление выполнением.

Большинство современных ОС многозадачные — управляют распределением ресурсов компьютера между несколькими приложениями (прикладными программами, задачами) так, что:

• • несколько приложений могут работать одновременно, совместно использовать ресурсы;
• • приложения могут обмениваться данными между собой.

Когда открыты несколько программ (например, текстовый редактор, веб-обозреватель, музыкальный проигрыватель компакт-дисков), то вычислительная система работает в многозадачном режиме: выделяет процессорное время, память, выполняет команды, посылает сообщения каждому приложению или пользователю о состоянии, возможных ошибках и сбоях. Центральный процессор быстро переключается от выполнения одной программы к другой, что создает впечатление одновременного выполнения программ, на самом деле выполняющихся вперемежку. В многопроцессорных системах или многоядерном процессоре программы действительно выполняются параллельно.

Операционная система выделяет каждой прикладной программе часть оперативной памяти, программы используют совместно другие аппаратные ресурсы: жесткий диск, принтер, удаленный доступ к сети.

Многозадачность не означает, что можно с успехом открывать неограниченное число задач. Чем больше задач открыто, тем медленнее работает система, труднее выделить свободное место в памяти, «поделить» ресурсы устройств или установить на них очередь. Иногда многозадачный режим невозможен: некоторые программы и компьютерные игры требуют монопольного доступа к ресурсам, отсекая другие приложения.

В многозадачных операционных системах работает блокировка файла — механизм, запрещающий нескольким задачам обращаться к одному файлу одновременно. Пользователь, пытающийся открыть для редактирования или удалить файл, уже открытый другим пользователем или программой, получает сообщение о невозможности выполнить эту задачу.

Операционная система и программы могут создавать в оперативной памяти буфер обмена, или просто буфер, — защищенную область временного неизменного хранения данных для выполнения копирования и переноса между окнами документов, программ или между программой и устройством ввода/вывода. Буфер — часть оперативной памяти, защищенная операционной системой, поскольку хранит копированный фрагмент, но некоторые программы могут накапливать в буфере несколько фрагментов. Графический интерфейс предоставляет возможности графического выделения и переноса данных между окнами папок (перетаскивание файла) и прикладными программами (например, диаграмму из Excel, рисунок с веб-сайта можно вставить в документ Word).

Виртуальная память — области оперативной памяти и внешней памяти (на жестком диске), которые оперативная система создает, чтобы выполнять на компьютере несколько больших программ, обрабатывать данных, имеющих больший размер, чем емкость реально (физически) установленной оперативной памяти.

При запуске нескольких больших программ одновременно, редактировании больших документов и графических изображений операционная система организует на жестком диске дополнительную виртуальную память большого объема. Для нее на диске создается специальный файл подкачки временного хранения части данных в ожидании их перекачки в физическую оперативную память по мере затребования процессором. Данные, в ближайшее время не востребованные, отправляются в файл подкачки.

У современных компьютеров оперативная память 1 Гбайт и выше, для файла подкачки на диске требуется несколько гигабайт свободного места. Если места не хватает и операционная система «перегружает» диск разбухшим файлом подкачки виртуальной памяти, то возрастает число обращений к жесткому диску, работа тормозится, система функционирует нестабильно. Рекомендуется, не дожидаясь сбоя, иногда принудительно сохранять обрабатываемый документ, а в графическом редакторе применять команду Очистить память от «истории» команд, перезагружать операционную систему.

При правильном завершении программ операционная система удаляет временные файлы с жесткого диска, но в случае сбоя, зависания системы и аварийного завершения работы на диске могут остаться фрагменты файлов.

Драйвер устройства — программа, позволяющая конкретному устройству, такому как модем, мышь, монитор, взаимодействовать с операционной системой. Операционная система позволяют себе «абстрагирование от аппаратного обеспечения» и управляет некоторым «виртуальным устройством», применяя стандартный набор команд. Именно драйвер переводит эти команды в понимаемые установленным устройством конкретного изготовителя.

Драйверы устройств, выпускаемых разными фирмами и включенных в список допустимого оборудования, содержатся на инсталляционном компакт-диске операционной системы. Инсталляция операционной системы сопровождается установкой и настройкой драйверов всех подключенных к компьютеру устройств или драйвера предлагается установить с компакт-диска, прилагаемого к приобретаемому устройству.

В старых операционных системах пользователь должен был сам конфигурировать систему — указывать, какое устройство установлено, определять его настройки, правила работы с другими устройствами.

В современных операционных системах существует набор правил Plug and Play (англ. - включил и работай), позволяющих при установке автоматически обнаруживать устройства, распознавать и настраивать. Операционная система, обнаружив новый принтер или модем, сама устанавливает драйвер, обслуживающий работу устройства.