Лекция: ВОПРОС 30. Операционные системы: назначение, классификация, примеры.
Операционные системы относятся к системному программному обеспечению. Все программное обеспечение разделяется на системное и прикладное. К системному программному обеспечению принято относить такие программы и комплексы программ, которые являются общими, без которых невозможно выполнение или создание других программ. История появления и развития системного программного обеспечения началась с того момента, когда люди осознали, что любая программа требует операций ввода-вывода данных. Это произошло в далекие 50-е годы прошлого столетия. Собственно операционные системы появились чуть позже.
Операционная система (ОС) — это упорядоченная последовательность системных управляющих программ совместно с необходимыми информационными массивами, предназначенная для планирования исполнения пользовательских программ и управления всеми ресурсами вычислительной машины (программами, данными, аппаратурой, и др.) с целью предоставления возможности пользователям эффективно (в некотором смысле) решать задачи, сформулированные в терминах вычислительной системы.
Вообще, ОС — это довольно расплывчатое понятие, опирающееся на определенные традиции, параметры оборудования, размеры программ, реализующих определенные функции, а также распределение
— обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение
— обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски и т.д.
Существуют ОС, функции которых этим и исчерпываются. Одна из хорошо известных систем такого типа — дисковая операционная система MS DOS.
Более развитые ОС предоставляют также следующие возможности:
параллельное (точнее, псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор) исполнение нескольких задач
распределение ресурсов компьютера между задачами
организация взаимодействия задач друг с другом
взаимодействие пользовательских программ с нестандартными внешними устройствами
организация межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов
защита системных ресурсов, данных и программ пользователя, исполняющихся процессов и самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ
Назначение операционной системы
Операционная система (ОС) — это комплекс программного обеспечения, предназначенный для снижения стоимости программирования, упрощения доступа к системе, повышения эффективности работы.
Цель создания операционной системы — получить экономический выигрыш при использовании системы, путем увеличения производительности труда программистов и эффективности работы оборудования.
Функции операционной системы:
— связь с пользователем в реальном времени для подготовки устройств к работе, переопределение конфигурации и изменения состояния системы.
— выполнение операций ввода-вывода; в частности, в состав операционной системы входят программы обработки прерываний от устройств ввода-вывода, обработки запросов к устройствам ввода-вывода и распределения этих запросов между устройствами.
— управление памятью, связанное с распределением оперативной памяти между прикладными программами.
— управление файлами; основными задачами при этом являются обеспечение защиты, управление выборкой и сохранение секретности хранимой информации.
— обработка исключительных условий во время выполнения задачи
— появление арифметической или машинной ошибки, прерываний, связанных с неправильной адресацией или выполнением привилегированных команд.
— вспомогательные, обеспечивающие организацию сетей, использование служебных программ и языков высокого уровня.
Вариантов классификации ОС может быт очень много, они зависят от признака, по которому одна ОС отличается от другой: - по назначению; - по режиму обработки; - по способу взаимодействия с системой; - по способу построения. Основным предназначением ОС является: - организация эффективных и надежных вычислений; - создание различных интерфейсов для взаимодействия с этими вычислениями и самой вычислительной системой. ОС разделяют по назначению: - ОС общего назначения; - ОС специально назначения. ОС специального назначения подразделяются на следующие: - для переносимых компьютеров и встроенных систем; - для организации и ведения баз данных; - для решения задач реального времени и т.д. ОС разделяют по режиму обработки задач: - однопрограммный режим; - мультипрограммный режим. Мультипрограммирование – способ организации вычислений, когда на однопроцессной вычислительной системе создается видимость одновременного выполнения нескольких задач. Любая задержка в выполнении одной программы используется для выполнения других программ. Мультипрограммный и многозадачный режимы близки по смыслу, но синонимами не являются. Мультипрограммный режим обеспечивает параллельное выполнение нескольких приложений, а программисты, создающие эти приложения, не должны заботиться о механизме организации их параллельной работы. Эти функции выполняет ОС, которая распределяет между выполняющимися приложениями ресурсы вычислительной системы, обеспечивает необходимую синхронизацию вычислений и взаимодействие. Мультизадачный режим предполагает, что забота о параллельном выполнении и взаимодействии приложений ложится на прикладных программистов. Современные ОС для ПК реализуют и мультипрограммный, и многозадачный режимы. По организации работы в диалоговом режиме ОС делятся на следующие: - однопользовательские (однотерминальные); - мультитерминальные. В мультитерминальных ОС с одной вычислительной системой одновременно могут работать несколько пользователей, каждый со своего терминала, при этом у пользователей возникает иллюзия, что у него имеется своя собственная вычислительная система. Для организации мультитерминального доступа необходим мультипрограммный режим работы вычислительной системы. Основная особенность операционных систем реального времени (ОСРВ) – обеспечение обработки поступающих заданий в течение заданных интервалов времени, которые нельзя превышать. Поток заданий не является планомерным и не регулируется оператором, т.е. задания поступают в непредсказуемые моменты времени и без всякой очередности. В ОСРВ в общем случае отсутствуют накладные расходы процессорного времени на этап инициирования (загрузку программы, выделение ресурсов), так как набор задач обычно фиксирован и вся информация о задаче известна до поступления запроса. Для реализации режима реального времени необходим режим мультипрограммирования, который является основным средством повышения производительности вычислительной системы, а для задач реального времени производительность – решающий фактор. Лучшие по производительности характеристики для систем реального времени обеспечивают однотерминальные ОСРВ. По способам построения (архитектуре) ОС подразделяются на следующие: - микроядерные; - монолитные. Это деление условно. К микроядерным ОС относится ОСРВ QNX, а к монолитным – Windows 9x и Linux. Для ОС Windows 9x пользователь не может изменить ядро, так как не располагает исходными кодами и программой сборки ядра. Для ОС Linux такая возможность предоставлена, пользователь может сам собрать ядро, включив в него необходимые программные модули и драйверы.