Теоретические сведения. 
Создание POSIX-совместимой операционной системы для встраиваемых устройств

Предшественником операционных систем следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940;х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).

В 1950;1960;х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы 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.

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.

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).

Классификация По количеству одновременных пользователей:

Однопользовательские — один пользователь во все время работы ОС Многопользовательские — переключение между пользователями По выполнению задач Однозадачные — следующую задачу можно выполнить, лишь полностью остатовив предыдущую Многозадачные — задачи выполняются попеременно или одновременно, каждой задаче выделяется квант времени процессора, и каждый процессор выполняет отдельную задачу.

По структуре ядра:

• 1. С монолитным ядром
• 2. С модульным ядром
• 3. С экзоядром
• 4. Гибридные

ОСРВ (операционные системы реального времени) применяются там, где требуется синхронизация между внешними физическими процессами и программами в ОС. ОСРВ может гарантировать завершение определенных внутренних операций за конкретное время.

Распределенные ОС:

РОС управляют несколькими компьютерами одновременно (обычно связанными сетью) так, что они выглядят как одна единая система.

Встраиваемые ОС:

Предназначены для использования во встраиваемых системах, таких как бортовые компьютеры автомобилей, бытовая техника, мобильные устройства. Оперируют очень ограниченными ресурсами и имеют компактный дизайн.

POSIX (Portable Operating System Interface for Unix — Переносимый интерфейс операционных систем Unix) — набор стандартов, описывающих интерфейсы между операционной системой и прикладной программой. Стандарт создан для обеспечения совместимости различных UNIX-подобных операционных систем и переносимости прикладных программ на уровне исходного кода, но может быть использован и для не-Unix систем. Серия стандартов POSIX была разработана комитетом 1003 IEEE. Международная организация по стандартизации (ISO) совместно c Международной электротехнической комиссией (IEC) приняли данный стандарт (POSIX) под названием ISO/IEC 9945.

Стандарт состоит из четырёх основных разделов:

Основные определения (Base definitions) — список основных определений и соглашений, используемых в спецификациях, и список заголовочных файлов языка Си, которые должны быть предоставлены соответствующей стандарту системой.

Оболочка и утилиты (Shell and utilities) — описание утилит и командной оболочки sh, стандарты регулярных выражений.

Системные интерфейсы (System interfaces) — список системных вызовов языка Си.

Обоснование (Rationale) — объяснение принципов, используемых в стандарте [2].