Назначение операционных систем
Тема 1. История, назначение и функции операционных систем
История операционных систем
Первые (1945-1955г.г.) компьютеры работали без операционных систем, как правило, на них работала одна программа.
Когда скорость выполнения программ и их количество стало увеличиваться, простои компьютера между запусками программ стали составлять значительное время. Появились первые системы пакетной обработки (1955-1965г.г.), которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий.
Многозадачность (1965 - 1980) - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько задач. Пока одна задача выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении задач, а выполняет другую задачу. Для этого создали систему распределения памяти, когда каждая задача загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.
Спулинг (spooling-подкачка) в то время задания считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся раздел.
|
|
|
Системы разделения времени - вариант многозадачности, при котором у каждого пользователя есть свой диалоговый терминал. Это было сделано, чтобы каждый программист мог отлаживать свою программу в реальном времени. Фактически это была многопользовательская система. Естественно стали возникать проблемы защиты задач друг от друга.
В это время была разработана многопользовательская система MULTICS, которая должна была обеспечивать одновременную работу сотни пользователей.
В это время также стали бурно развиваться мини-компьютеры (первый был выпущен в 1961 г.), на которые была перенесена система MULTICS. Эта работа в дальнейшем развилась в систему UNIX.
Появилось много разновидностей несовместимых UNIX, основные из них были System V и BSD. Чтобы было возможно писать программы, работающие в любой системе UNIX, был разработан стандарт POSIX. Стандарт POSIX определяет минимальный интерфейс системного вызова, который должны поддерживать системы UNUX.
В 1974г. был выпущен центральный процессор Intel 8080, для него была создана операционная система CP/M. В 1977г. она была переработана для других процессоров, например, Z80.
В начале 80-х была разработана система MS-DOS, и стала основной системой для микрокомпьютеров.
|
|
|
В 80-х годах стало возможным реализовать графический интерфейс пользователя (GUI - Graphical User Interface), теория которого была разработана еще в 60-е годы. Первой реализовала GUI корпорация Macintosh.
С 1985 года выпустили Windows, в то время она была графической оболочкой к MS-DOS вплоть до 1995 г., когда вышла Windows 95.
Уже тогда было ясно, что DOS с ее ограничениями по памяти и по возможностям файловой системы не может воспользоваться вычислительной мощностью появляющихся компьютеров. Поэтому IBM и Microsoft начинали совместно разрабатывать операционную систему OS/2. Она должна была поддерживать вытесняющую многозадачность, виртуальную память, графический пользовательский интерфейс, виртуальную машину для выполнения DOS-приложений. Первая версия вышла 1987г.
В дальнейшем Microsoft отошла от разработки OS/2, и стала разрабатывать Windows NT. Первая версия вышла в 1993г.
В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных операционных систем.
Сетевая операционная система не имеет отличий от операционной системы однопроцессорного компьютера. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сетевого адаптера), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам.
|
|
|
Распределенная операционная система, напротив, представляется пользователям простой системой, в которой пользователь не должен беспокоиться о том, где работают его программы или где расположены файлы, все это должно автоматически обрабатываться самой операционной системой.
В 1987г. была выпущена операционная система MINIX, она была построена на схеме микроядра.
В 1991г. была выпущена LINUX, в отличии от микроядерной MINIX она стала монолитной.
Чуть позже вышла FreeBSD (основой для нее послужила BSD UNIX).
Назначение операционных систем
Операционная система (ОС) - это комплекс взаимосвязанных системных программ для организации взаимодействия пользователя с компьютером и выполнения всех других программ.
Операционная система (ОС) - комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы (ВС) (Вычислительная система - взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки информации) и удобства работы с ней.
|
|
|
Назначение операционной системы - организация вычислительного процесса в вычислительной системе (ВС), рациональное распределение вычислительных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса (Интерфейс - совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых для подключения периферийных устройств к ПЭВМ) между пользователем и ВС, т.е. ОС предоставляет пользователю виртуальную ВС. Это означает, что ОС в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях ВС, удобстве работы с ней, ее пропускной способности. Различные ОС на одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю различные возможности для организации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных.
Функции операционных систем
Основные функции:
· Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
· Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.
· Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
· Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
· Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
· Обеспечение пользовательского интерфейса.
· Сохранение информации об ошибках системы.
Дополнительные функции:
· Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
· Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.
· Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
· Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.
· Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
· Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
· Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа.
Виды операционных систем
По числу одновременно обслуживаемых пользователей ОС подразделяют на однопользовательские (одновременно поддерживается не более одного сеанса пользователя) и многопользовательские (одновременно поддерживается множество сеансов пользователя).
Многопользовательские системы, кроме обеспечения защиты данных пользователей от несанкционированного доступа других пользователей, предоставляют средства разделения общих данных между многими пользователями. Рассмотрим особенности этих типов ОС более подробно.
По числу одновременно выполняемых процессов ОС подразделяют на однозадачные (не более одного работающего процесса) и многозадачные (множество работающих процессов). Одним из основных отличий многозадачных систем от однозадачных является наличие средств управления доступом к ресурсам - разделения ресурсов и блокировки используемых ресурсов.
Однопользовательские ОС. Этот тип ОС обеспечивает единовременную поддержку только одного сеанса работы пользователя. Новый сеанс работы пользователя может быть начат только после завершения предыдущего сеанса. При этом новый сеанс пользователя имеет то же самое информационное окружение.
С точки зрения однопользовательской ОС пользователи неразличимы, поэтому если такую ОС начинают использовать несколько пользователей, то каждому из них операционная система предоставляет доступ ко всем ресурсам и, возможно, к одному и тому же информационному окружению. При этом пользователь может работать и со своими уникальными данными, например, с данными на съемных дисках. При такой работе информационное окружение каждого сеанса работы пользователя различно.
Система управления сеансами однопользовательских ОС включает в себя только средства инициации и завершения сеанса и средства поддержки информационного окружения пользователя. Причем во многих однопользовательских ОС (например, DOS) момент инициации сеанса пользователя наступает сразу же после загрузки ядра и инициализационных сценариев. Момент завершения сеанса совпадает с моментом выгрузки ядра ОС из памяти (непосредственно перед или вследствие обесточивания оборудования). Таким образом, время жизни сеанса пользователя в однопользовательских ОС приблизительно равно времени жизни работающего ядра системы.
Вследствие неразличимости пользователей система управления сеансами и файловая система в значительной мере упрощаются. Система управления сеансами однопользовательских ОС не включает в себя средств идентификации и аутентификации пользователей, а также средств защиты информационного окружения их сеансов.
Файловая система однопользовательских ОС не содержит сложных механизмов разграничения доступа к файлам и каталогам, хотя в файловой системе могут существовать флаги, задающие режимы работы с файлами и каталогами - их атрибуты.
Поддержка ОС только одного сеанса работы пользователя не исключает возможности одновременного выполнения многих задач пользователя. Иными словами, однопользовательская ОС может быть многозадачной.
Многопользовательские ОС. Этот тип ОС обеспечивает одновременную работу большого количества пользователей, что в значительной мере расширяет набор функций, реализуемых системой поддержки сеансов и файловой системой. В несколько меньшей степени поддержка множества пользователей отражается на системе ввода/вывода и системе управления процессами.
Система управления сеансами пользователей должна включать в себя средства идентификации и аутентификации пользователей, обеспечивать связывание каждого сеанса с реальным или виртуальным терминалом, содержать средства инициализации начального информационного окружения сеанса, обеспечивать защиту данных сеанса.
Файловая система многопользовательских ОС обеспечивает разграничение доступа к файлам и каталогам на основании идентификаторов пользователей, полученных от системы управления сеансами. Каждый файл и каталог в файловой системе сопровождается информационным блоком, определяющим права доступа к нему пользователей. Пользователю предоставляется возможность определять права таким образом, чтобы только он имел доступ к данным, содержащимся в файлах и каталогам, а другие пользователи не могли не только изменить эти данные, но даже прочитать их. При необходимости в совместном доступе к одной и той же информации может быть определен доступ на чтение и запись для многих пользователей.
Система ввода/вывода многопользовательских ОС, кроме непосредственного доступа к устройствам и буферизации ввода/вывода, также управляет разделением доступа пользователей к устройствам, т.е. управляет устройствами как разделяемыми ресурсами.
Следует отметить, что многопользовательские ОС обычно являются еще и многозадачными, поскольку они должны обеспечивать одновременное выполнение большого количества программ различных пользователей.
Однозадачные ОС. Такие ОС предназначены для одновременного выполнения только одной задачи. Сразу после старта системы управление передается программе, играющей роль оболочки для работы пользователя. Как правило, одна из функций такой оболочки - запуск других программ.
Перед запуском программы сохраняется информационное окружение оболочки. После запуска программы ее процессу передается полное управление и предоставляется доступ ко всем ресурсам. По завершению программы освобождается память процесса, восстанавливается информационное окружение оболочки, после чего ОС берет управление на себя. Запуск программ в таких ОС чисто последовательный. В случае, если одной из программ требуется вызвать на выполнение другую программу, точно так же сохраняется окружение вызывающей программы и по завершению вызываемой программы окружение восстанавливается.
Система ввода/вывода однозадачных ОС не включает в себя средств разделения доступа к устройствам, поскольку устройство используется одновременно только одним процессом.
Однозадачные ОС могут быть и многопользовательскими. Примером таких систем являются ОС с пакетной обработкой. В таких ОС пользователи формируют очередь заданий на выполнение программ, при этом задания могут принадлежать различным пользователям. Система последовательно выполняет программы разных пользователей, перед сменой пользователя завершается сеанс работы предыдущего пользователя и начинается сеанс нового. Таким образом, при смене задания осуществляется смена информационных окружений каждой программы.
Многозадачные ОС. В многозадачных ОС в один момент времени в системе может быть запущено много программ (процессов). В этом случае система управления процессами включает в себя планировщик процессов, выполняющий следующие функции:
· создание и уничтожение процессов - загрузка программы в память, создание информационного окружения и передача управления процессу при его создании, удаление информационного окружения и выгрузка процесса из памяти при его уничтожении;
· распределение системных ресурсов между процессами - планирование выполнения процессов, формирование очереди процессов и управление приоритетами процессов в очереди;
· межпроцессное взаимодействие - распределение общих данных между процессами или пересылка управляющих воздействий между одновременно выполняемыми процессами;
· синхронизация выполнения процессов - приостановка выполнения процессов до достижения некоторых условий, например, посылки управляющего воздействия одним из процессов.
Система ввода/вывода в таких ОС сложнее, чем в однозадачных, так как любой ресурс (файл или устройство) может использоваться совместно несколькими процессами. Для предотвращения конфликтов доступа используется механизм блокировок, разрешающий доступ к неразделяемому ресурсу только одному процессу в один момент времени.
Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 171; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!