Операционные системы

1. Операционные системы. Классификация операционных систем

Операционная система (ОС) - это комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.

Основные функции операционных систем.

1. Прием от пользователя (или от оператора системы) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка.

Задания могут передаваться в виде текстовых директив (команд) оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (получить перечень файлов в текущем каталоге, создать, переименовать, скопировать, переместить тот или иной файл и др.), хотя имеются и иные команды.

2. Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.

3. Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти.

4. Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).

5. Идентификация всех программ и данных.

6. Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений.

7. Обслуживание всех операций ввода-вывода.

8. Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения.

9. Обеспечение режима мультипрограммирования, то есть организация параллельного выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения.

10. Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания.

11. Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами.

12. Для сетевых операционных систем характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров.

13. Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений.

14. Аутентификация и авторизация пользователей (для большинства диалоговых операционных систем).

Под аутентификацией понимается процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права (привилегии), определяющие, что он может, а что не может делать на компьютере

15. Удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для операционных систем реального времени).

16. Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.

17. Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.

Классификация операционных систем

Основывается на режимах управления процессами обработки информации:

-По количеству пользователей, обслуживающих одновременно обслуживаемых системой (однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2), многопользовательские (UNIX, Windows NT));

-По количеству процессов одновременно выполняемых системой (однозадачные (например, MS-DOS, MSX), многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95));

-В зависимости от режима доступа к ресурсам (ОС пакетной обработки, ОС реального времени, ОС разделения времени);

-По типу средств вычислительной техники (однопроцессорные, многопроцессорные, сетевые, виртуальные, распределенные ОС и т. д.).

Основывается на видах интерфейса:

ОС с графическим интерфейсом (Windows, Linux, MacOS);

ОС с командным интерфейсом (MS-DOS, Unix, Linux);

ОС с интерфейсом в виде текстовых меню (Farmanager, NC, VC, C, DN).

Основывается на разрядности процессора: По данной классификации различают 8, 16, 32, 64 и 128-разрядные процессоры.

2. Ресурсы вычислительной системы. Классификация ресурсов

операционный вычислительный прерывание

Ресурс - это любой потребляемый (расходуемый) объект, который может быть выделен процессу на определенный интервал времени.

По запасам ресурсы подразделяются на исчерпаемые и неисчерпаемые.

Потребители ресурсов - процессы

Ресурс - это средство вычислительной машины или вычислительной системы, которое может быть выделено процессу на определенный интервал времени

Управление ресурсами водится к выполнению следующих функций:

1)управление доступа к ресурсам;

2)распределение ресурсов между имеющимися задачами.

Общая схема выделения ресурсов

Вычислительный процесс обращения к супервизору (supervisor) операционной системы посредством специальных вызовов (команд, директив) сообщает о необходимости использовать какой ибо ресурс (оперативную память, устройство ввода-вывода и т. п.).

При этом указывается вид ресурса и, если надо, его объем.

Например, при запросе оперативной памяти указывается количество адресуемых ячеек, необходимое для дальнейшей работы.

Команда обращения к операционной системе передает ей управление, переводя процессор в привилегированный режим работы, если такой существует.

Большинство компьютеров имеют два (и более) режима работы: привилегированный (режим супервизора) и пользовательский. Кроме того, могут быть режимы для эмуляции какой-нибудь другой ЭВМ или для организации виртуальной машины, защищенной от остальных вычислений, осуществляемых на этом же компьютере, и т. д

Ресурс может быть выделен вычислительному процессу (задаче), обратившемуся к операционной системе с соответствующим запросом, если:

ресурс свободен и в системе нет запросов от задач более высокого приоритета к этому же ресурсу;

текущий запрос и ранее выданные запросы допускают совместное использование ресурсов;

ресурс используется задачей низшего приоритета и может быть временно отобран (разделяемый ресурс).

Получив запрос, операционная система либо удовлетворяет его и возвращает управление задаче, выдавшей данный запрос, либо, если ресурс занят, ставит задачу в очередь к ресурсу, переводя ее в состояние ожидания (блокируя).

Очередь к ресурсу может быть организована несколькими способами, но чаще всего она реализуется с помощью списковой структуры.

После окончания работы с ресурсом задача опять с помощью специального вызова супервизора (посредством соответствующей команды) сообщает операционной системе об отказе от ресурса, либо операционная система забирает ресурс сама, если управление возвращается супервизору после выполнения какой-либо системной функции.

Супервизор операционной системы, получив управление по этому обращению, освобождает ресурс и проверяет, имеется ли очередь к освободившемуся ресурсу.

Если очередь есть, то в зависимости от принятой дисциплины обслуживания и приоритетов заявок он выводит из состояния ожидания задачу, ждущую ресурс, и переводит ее в состояние готовности к выполнению, после чего либо передает управление ей, либо возвращает управление задаче, только что освободившей ресурс.

При выдаче запроса на ресурс задача может указать, хочет ли она владеть ресурсом монопольно или допускает совместное использование с другими задачами.

Например, с файлом можно работать монопольно, а можно и совместно с другими задачами.

Дисциплина распределения ресурса определяет порядок использования несколькими процессами того или иного ресурса, который в каждый момент времени может обслуживать только один процесс.

Классификация ресурсов

-Аппаратные (процессор, помять, устройства ввода-вывода и др.)

-Программные (все доступные пользователю программные средства управления вычислительными процессами и данными)

-по признаку реальности - на физические и виртуальные (последние только в отдельных свойствах схожи с физическими ресурсами);

-по возможности расширения свойств - на эластичные и жесткие (не допускающие расширяемости);

-по степени активности - на пассивные и активные (способные выполнять действия по отношению к другим ресурсам);

-по времени существования - на постоянные (доступные на протяжении всего времени существования процесса, а также до и после его работы) и временные;

-по степени важности - на основные и второстепенные (допускающие альтернативное развитие процесса);

-по функциональной избыточности при распределении - на дорогие (но предоставляемые быстро) и дешевые (но предоставляемые с ожиданием);

-по структуре - на составные и простые (которые не содержат составных элементов и могут находиться только в одном из двух состояний: «доступен» или «занят»);

-по характеру использования - на потребляемые и воспроизводимые (допускающие многократное использование и освобождение), а также - на используемые последовательно и используемые параллельно (использующиеся несколькими процессами);

-по форме реализации - на жесткие (не допускающие копирования) и мягкие (допускающие тиражирование и в свою очередь подразделяющиеся на программные и информационные ресурсы).

3. Программы операционной системы

Программы ОС постоянно (резидентно)занимают в оперативной памяти объем, установленный при конфигурации системы. Остальные части операционной системы по мере необходимости вызываются из внешней памяти на магнитных дисках. Операционная система обеспечивает осуществление в вычислительной системе следующих процессов:

-обработки задач;

-работы системы в режиме диалога и квантования времени;

-работы системы в реальном масштабе времени в составе многопроцессорных и многомашинных комплексов;

-связи оператора с системой;

-протоколирования хода выполнения вычислительных работ;

-обработки данных, поступающих по каналам связи;

-функционирования устройств ввода-вывода;

-использования широкого набора средств отладки и тестирования программ;

-планирования прохождения задач в соответствии с их приоритетами;

-ведения учета и контроля за использованием данных, программ и ресурсов ЭВМ.

Основные компоненты операционных систем -- управляющие и обрабатывающие программы. Управляющие программы управляют работой вычислительной системы, обеспечивая в первую очередь, автоматическую смену заданий для поддержания непрерывного режима работы ЭВМ при переходе от одной программы к другой без вмешательства оператора.

Поиск по сайту: