Операционные системы, оболочки, среды

Цель: раскрыть понятия — операционная система, операционная оболочка, операционная среда; изучить функции операционных систем, примеры операционных систем.

Операционная система в наибольшей степени определяет облик всей вычислительной системы в целом. При работе с диском программисту-пользователю достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Работа с файлом заключается в его открытии, выполнении чтения или записи, а затем в закрытии файла. Вопросы подобные таким, как следует ли при записи использовать усовершенствованную частотную модуляцию или в каком состоянии сейчас находится двигатель механизма перемещения считывающих головок, не должны волновать пользователя. Программа, которая скрывает от программиста все реалии аппаратуры и предоставляет возможность простого, удобного просмотра указанных файлов, чтения или записи — это, конечно, операционная система. Точно также как ОС ограждает программистов от аппаратуры дискового накопителя и предоставляет ему простой файловый интерфейс, операционная система берет на себя все малоприятные дела, связанные с обработкой прерываний, управлением таймерами и оперативной памятью, а также другие низкоуровневые проблемы.

Таким образом, под 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 ПО обязательно работает под управлением ОС (пользователи взаимодействуют со своими программами через интерфейс ОС. Любые команды, прежде чем попасть в прикладную программу, проходят через ОС).

Операционная система — программа, которая управляет программными и аппаратными средствами компьютера, предназначенными для выполнения задач пользователя.

ОС можно разделить на три компонента:

• — ядро;
• — системная среда;
• — файловая система.

Ядро — это основная программа, которая управляет выполнением других программ и аппаратными средствами.

Системная среда — обеспечивает функционирование интерфейса пользователя. Она принимает от пользователя команды и посылает их в ядро для исполнения.

Файловая система — представляет собой систему хранения файлов на запоминающем устройстве. Файлы организованы в каталоги. Любой каталог может содержать произвольное число подкаталогов, в каждом из которых хранятся файлы.

В совокупности ядро, системная среда и файловая система образуют базовую структуру ОС. Эти компоненты позволяют пользователю выполнять программы, управлять файлами и взаимодействовать с системой.

Основные функции, которые выполняет ОС:

• — прием от пользователя заданий или команд, сформулированных на соответствующем языке и их обработка;
• — прием и исполнение программных запросов на запуск, приостановку и остановку других программ;
• — загрузка в ОП подлежащих использованию программ;
• — инициация программы (т.е. передача ей управления);
• — идентификация всех программ и данных;
• — обеспечение работы систем управления файлами или СУБД;
• — обеспечение режима мультипрограммирования, т. е. выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающие видимость их одновременного исполнения;
• — обеспечение функций по организации и управлению всеми операциями ввода/вывода;
• — распределение памяти, и другие.

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

Параллельное существование терминов ОС и операционная среда вызвано тем, что ОС в общем случае может поддерживать несколько операционных сред. Операционная среда может включать несколько интерфейсов: пользовательских и программных Классификация ОС. Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами.

Ниже приведена классификация ОС по нескольким наиболее основным признакам.

По режиму обработки задач различают ОС:

• — однозадачные (например, MS-DOS, MSX);
• — многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

• — однопользовательские (MS-DOS, Windows 3. x, ранние версии OS/2);
• — многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

По способу построения ядра.

• — однопользовательские (MS-DOS, Windows 3. x, ранние версии OS/2);
• — многопользовательские (UNIX).

Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС — серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой — ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.