Операционная система как постоянно функционирующее ядро

Наконец, можно дать и такое определение:

операционная система это программа, ядро которой постоянно работает на компьютере и взаимодействует со всеми выполняемыми прикладными программами.

Во многих современных операционных системах постоянно работает на компьютере лишь часть операционной системы, которую принято называть ее ядром. В одноядерных или небольших ОС постоянно работает вся ОС. При работе ОС используется оперативная память, которая иначе могла бы быть использована прикладными программами.

Ключевые понятия.

Для операционных систем к базовым понятиями являются:

• — процессы
• — память
• — файлы

Процессы Ключевое понятие операционной системы — процесс. Процессом называют программу (возможно подпрограмму материнской программы) в момент ее выполнения.

Посмотреть, какие процессы выполняет в данный момент ОС WIN, можно открыв окно диспетчера задач во вкладке «процессы».

Если мы запустим очередную программу на выполнение и ещё раз просмотрим список процессов, то увидим, что их стало больше. Программа может запустить один или несколько процессов.

С каждым процессом связывается его адресное пространство — список адресов в памяти от некоторого минимума (обычно нуля) до некоторого максимума, которые процесс может прочесть и в которые он может писать. Адресное пространство содержит:

• — саму программу,
• — данные к ней
• — и ее стек.

Стек это аппаратный регистр, где хранится информация о вложенных вызовах, необходимых для выполнения процесса.

Аппаратный регистр — это значит в самом процессоре есть схемы, называемые ещё сверхбыстрой памятью, в которые грузится команда на выполнение.

С каждым процессом связывается некий набор регистров, включая:

счетчик команд, указатель стека и.

другие аппаратные регистры,.

плюс вся остальная информация, необходимая для запуска программы.

Операционные системы, работающие в режиме разделения времени выполняют несколько задач «одновременно». Реально это означает, что каждому процессу выделяется «квант» времени в секунде, когда он может использовать процессор.

Чтобы организовать такую работу, ОС периодически останавливают работу одного процесса и запускают другой, потому что первый израсходовал отведенную для него часть рабочего времени центрального процессора в прошедшую секунду.

Если процесс был приостановлен подобным образом, позже он должен быть запущен заново из того же состояния, в каком его остановили. Поэтому всю информацию о процессе нужно где-либо сохранить на время его приостановки.

Например, процесс может иметь открытыми для чтения несколько файлов одновременно. Связанный с каждым файлом указатель дает текущую позицию (то есть номер байта или записи, которые будут прочитаны следующими). При временном прекращении процесса все указатели нужно сохранить так, чтобы команда чтения, выполненная после возобновления процесса, прочла правильные данные.

Во многих операционных системах вся информация о каждом процессе, дополнительная к содержимому его собственного адресного пространства, хранится в таблице операционной системы. Эта таблица называется таблицей процессов и представляет собой массив (или связанный список) структур, по одной на каждый существующий в данный момент процесс.

Таким образом, приостановленный процесс состоит из собственного адресного пространства, обычно называемого образом памяти (core image, core в переводе означает «сердечник», в честь использовавшейся давным-давно памяти на магнитных сердечниках), и компонентов таблицы процесса, содержащей, помимо других величин, его регистры.

Управление памятью В каждом компьютере есть оперативная память, используемая для хранения выполняющихся программ. В очень простых операционных системах в конкретный момент времени в памяти может находиться только одна программа. Для запуска второй программы сначала нужно удалить из памяти первую и загрузить на ее место вторую.

Обычные ОС позволяют одновременно находиться в памяти нескольким программам. Для того чтобы они не мешали друг другу (и операционной системе), необходим некий защитный механизм. Хотя этот механизм располагается в аппаратуре, он управляется операционной системой, которая управляет адресным пространством процессов. В простейшем случае максимальная величина адресного пространства для процесса меньше основной памяти. Тогда процесс может заполнить свое адресное пространство, и памяти хватит на то, чтобы содержать его целиком.

Если памяти нужно больше, то испольщуется виртуальная память, и операционная система держит часть адресов в оперативной памяти, а часть на диске и меняет их местами при необходимости.

Ввод-вывод данных Во всех компьютерах есть устройства для получения входных данных и вывода информации. Существует много видов устройств ввода-вывода, например клавиатуры, мониторы, принтеры и т. д. Всеми ими должна управлять операционная система.

Каждая операционная система имеет свою подсистему ввода-вывода для управления устройствами ввода-вывода. Некоторые из программ ввода-вывода являются независимыми от устройств, то есть их можно применить ко многим или ко всем устройствам ввода-вывода. Другая часть программного обеспечения ввода-вывода, в которую входят драйверы устройств, предназначена для определенных устройств ввода-вывода.

Файлы Файловая система — это еще одно ключевое понятие, поддерживаемое всеми операционными системами. Основной функцией операционной системы является скрытие особенностей дисков и других устройств ввода-вывода и предоставление пользователю понятной и удобной абстрактной модели независимых от устройств файлов. Система обеспечивает создание, удаление, чтение и запись файлов. Перед тем как прочитать файл, его нужно разместить на носителе и открыть, а после прочтения его нужно закрыть. Все эти функции осуществляют системные вызовы.

Безопасность Компьютеры содержат большое количество информации, конфиденциальность которой пользователи зачастую хотят сохранить: электронную почту, бизнес-планы и многое другое. В задачу операционной системы входит управление системой защиты подобных файлов, так чтобы они, например, были доступны только пользователям, имеющим на это права.