Лекция № 1. 1. Определение операционной системы (ОС)

ТЕМА: ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Вопросы:

1. Определение операционной системы (ОС). Место ОС в программном обеспечении.

2. Эволюция операционных систем.

3. Архитектуры ОС.

1.

2.

3.

4. Обзор ОС.

4.1. ОС Windows.

4.2. ОС React OS.

4.3. OC Kolibri OS.

4.4. OC QNX.

4.5. ОС Mac OS.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ. МЕСТО ОС В ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ

Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязан­ных программ, который действует как интерфейс между приложениями и поль­зователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны. В со­ответствии с этим определением ОС выполняет две группы функций (рис.1):

- предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппарату­ры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней рабо­тать и которую легче программировать;

- повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

ОС как виртуальная машина

Для того, чтобы успешно решать свои задачи, современный пользователь или даже прикладной программист может обойтись без досконального знания аппарат­ного устройства компьютера. Ему не обязательно быть в курсе того, как функ­ционируют различные электронные блоки и электромеханические узлы компью­тера. Более того, очень часто пользователь может не знать даже системы команд процессора. Пользователь-программист привык иметь дело с мощными высоко­уровневыми функциями, которые ему предоставляет операционная система.

В результате реальная компьютер, способный выполнять только небольшой набор элементарных действий, определяемых ее системой команд, превращается в вир­туальную машину, выполняющую широкий набор гораздо более мощных функ­ций. Виртуальная машина тоже управляется командами, но это уже команды другого, более высокого уровня.

Таким образом, назначение ОС состоит в предоставлении пользователю/программисту некоторой расширенной вирту­альной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальный компьютер или реальную сеть.

ОС как система управления ресурсами

Операционная система не только предоставляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является меха­низмом, распределяющим ресурсы компьютера.

К числу основных ресурсов современных вычислительных систем могут быть отнесены такие ресурсы, как

- процессоры,

- основная память,

- таймеры,

- наборы дан­ных,

- диски,

- накопители на магнитных лентах,

- принтеры,

- сетевые устройства и др.

Ресурсы распределяются между процессами.

Программа — это ста­тический объект, представляющий собой файл с кодами и данными.

Процесс (задача) представляет собой базовое понятие большинства современных ОС и часто кратко определяется как программа в стадии выполнения. Процесс — это динамический объект, который возникает в операционной системе после того, как пользователь или сама операционная система решает "запустить программу на выполнение", то есть создать новую единицу вычислительной работы. На­пример, ОС может создать процесс в ответ на команду пользователя run prgl.exe, где prgl.exe — это имя файла, в котором хранится код программы.

Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффектив­ного их использования является назначением операционной системы. ОС также отслеживает и разреша­ет конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода-вывода или к одним и тем же данным.

Критерий эффективности, в соответствии с которым ОС организует управление ресурсами компьютера, может быть различным. Например, в одних системах важен такой критерий, как пропускная способность вычислительной системы, в других — время ее реакции. Соответственно выбранному критерию эффектив­ности операционные системы по-разному организуют вычислительный процесс.

Управление ресурсами включает решение следующих общих, не зависящих от типа ресурса задач (рис.2):

- планирование ресурса — то есть определение, какому процессу, когда и в ка­ком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить данный ресурс;

- удовлетворение запросов на ресурсы;

- отслеживание состояния и учет использования ресурса — то есть поддержа­ние оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена;

- разрешение конфликтов между процессами.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, особенность которых, в конечном счете, и определяют об­лик ОС в целом, включая характеристики производительности, область приме­нения и даже пользовательский интерфейс.

Задача организации эффективного совместного использования ресурсов несколь­кими процессами является весьма сложной, и сложность эта порождается в ос­новном случайным характером возникновения запросов на потребление ресур­сов. В мультипрограммной системе образуются очереди заявок от одновременно выполняемых программ к разделяемым ресурсам компьютера: процессору, стра­нице памяти, к принтеру, к диску.

Операционная система организует обслужива­ние этих очередей по разным алгоритмам: в порядке поступления, на основе приоритетов, кругового обслуживания и т. д. Анализ и определение оптималь­ных дисциплин обслуживания заявок является предметом специальной области прикладной математики — теории массового обслуживания. Эта теория иногда используется для оценки эффективности тех или иных алгоритмов управления очередями в операционных системах. Очень часто в ОС реализуются и эмпири­ческие алгоритмы обслуживания очередей, прошедшие проверку практикой.

Вывод. Таким образом, управление ресурсами составляет важную часть функций любой операционной системы, в особенности мультипрограммной.

Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера

Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируют­ся либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресур­сам. Такие группы функций называют подсистемами. Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются (рис.3):

- Подсистемы управления процес­сами,

- Подсистемы управления памятью,

- Подсистемы управления файлами и внешними устройствами,

- Подсистемы защиты данных и администрирования,

- Интерфейс прикладного программирования,

- Подсистемы пользовательского интерфейса.

Дата добавления: 2014-01-20