Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Операционные системы: основные функции и типы

Операционные системы (ОС) в настоящее время являются обязательной составляющей системного ПО ЭВМ. Без ОС функционирование ЭВМ и выполнение ею пользовательских задач невозможны.

Операционная система − это комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих интерфейс между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера − с другой, и реализующих рациональное управление ресурсами компьютера (в соответствии с некоторыми критериями).

Таким образом, с точки зрения обычного пользователя (не являющегося профессионалом в области информационных тех­нологий), ОС выполняет две основные функции:

− предоставляет пользователю дружественный интерфейс;

− обеспечивает эффективное использование аппаратно-программных ресурсов ЭВМ.

Интерфейс, предоставляемый пользователю, действует как интерфейс между приложениями и пользователем, с одной сто­роны, и аппаратурой ЭВМ — с другой.

Типичными объектами, с которыми манипулирует обычный пользователь, работая в среде той или иной ОС, являются дис­ки, папки и файлы, окна и различные графические (если ис­пользуется графический интерфейс пользователя) элементы окон (кнопки и т. п.). ОС обеспечивает для манипуляций с эти­ми объектами интерфейс пользователя. Зада­ча ОС — обеспечить максимально дружественный, т. е. требую­щий в минимальном объеме специальных знаний, интуитивно понятный пользовательский интерфейс. В настоящее время для решения этой задачи широко используется графика. Такой интерфейс получил название графического интерфейса пользова­теля.

Программисту ОС предоставляет программный интерфейс (ин­терфейс прикладного программирования). Он представляет собой стандартизированный набор функций, процедур, других программных компонентов, ко­торый освобождает программиста от выполнения рутинных опера­ций. При помощи указанного набора функций приложение запра­шивает функции нижнего уровня (как правило, функции операци­онной системы). Чем богаче этот набор, чем шире возможности той или иной функции из этого набора, тем проще программисту реа­лизовать рутинные, типичные функции приложения при взаимо­действии его с ОС.

Решение любой задачи на ЭВМ требует определенных ин­формационных, программных и аппаратных средств, которые выступают по отношению к решаемой задачи как ресурсы. В об­щем случае какой-либо процесс (процедура) решаемой про­граммы либо другая программа (при выполнении на ЭВМ не­скольких программ одновременно) могут потребовать доступа к ресурсу, который уже занят другой процедурой (программой). Возникает проблема оптимального, исходя из определенных критериев, распределения ограниченных ресурсов между про­цессами (программами). Именно эту проблему и должна решать ОС.

Наряду с указанными выше двумя основными функциями ОС выполняет и ряд других, в том числе сервисных, основными из которых являются:

− обработка нештатных (аварийных) ситуаций, возникаю­щих при решении задач;

− диагностика и сервисное обслуживание дисков − исправ­ление ошибок в адресации данных, расположенных на дисках, оптимизация расположения данных на диске;

− конфигурирование аппаратных средств ЭВМ под нужды пользователя.

В настоящее время специфика той или иной ОС во многом определяется типом аппаратуры (аппаратной платформы), на которую она ориентирована. Поэтому по типу аппаратных средств, для которых предназначена ОС, различают ОС мейнфреймов (больших ЭВМ) и ОС персональных ЭВМ.

ОС персональных ЭВМ можно разделить на:

− однозадачные и многозадачные (в зависимости от допус­тимого числа одновременно решаемых задач);

− однопользовательские и многопользовательские (в зави­симости от допустимого числа одновременно обслуживаемых пользователей);

− одно- и многопроцессорные (в зависимости от допусти­мого количества процессоров в аппаратуре компьютера);

− локальные и сетевые (по ориентации на возможность ра­боты в локальных вычислительных сетях; локальные ОС пред­назначены для автономного компьютера; сетевые ОС ориенти­рованы на обеспечение работы компьютеров в локальной сети).

Следует отметить, что современные ОС, как правило, явля­ются в той или иной степени сетевыми. Если в локальной сети выделен специальный компьютер (называемый сервером) для обслуживания сетевого взаимодействия, то ОС, ориентирован­ная на такое обслуживание всей сети, называется серверной. В таком случае ОС, установленные на других компьютерах (клиентах), называют клиентскими (или ОС рабочей станции).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой ОС. В составе ОС различают три группы компонентов:

- ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевую подсистему, файловую систему;

- системные библиотеки и

- оболочку с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в ОС), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ядерным ресурсам, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

Текущая редакция стандарта на ОС содержит определения около тысячи системных вызовов и других библиотечных подпрограмм (часть из которых должна реализоваться только в определённых классах систем; напр., в системах «реального времени») и около 200 команд оболочки и утилит ОС. Стандарт определяет лишь функции вызовов и команд, и не содержит указаний относительно способов их реализации.

Стандарт, кроме этого, определяет способ адресации файлов в системе, локализацию (установки, касающиеся национально-специфических моментов, таких, как язык сообщений или формат даты и времени), совместимый набор символов, синтаксис регулярных выражений, структуру каталогов в файловой системе, формат командной строки и некоторые другие аспекты поведения ОС.

В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включается и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков). Операциональной замкнутостью обладают системы, удовлетворяющие «разработческому» профилю в терминах стандарта.

С 1990-х наиболее распространёнными операционными системами для персональных компьютеров и серверов являются ОС семейства Microsoft Windows и Windows NT, Mac OS и Mac OS X, системы класса UNIX, и Unix‐подобные (особенно GNU/Linux).

Заключение

Основные достоинства персональной вычислительной техники проявляются в диалоговом режиме работы с пользователем. Диалоговый режим отличается от пакетного тем, что в ходе работы процессор регулярно приостанавливает выполне­ние текущих задач и обращается к другим устройствам и к программам, проверяя их состояние. Если пользователь использует какое-либо средство управления или извне поступает управляющий сигнал, процессор устанавливает этот факт и реаги­рует на него переходом на исполнение другой программы. Несмотря на то, что в любой момент времени процессор работает по жестко заданным программам, динамичное переключение между ними создает впечатление гибкого управления работой ком­пьютера.

Организацией работы процессора в таком режиме ведает относительно небольшая группа системных программ. Она образует ядро операционной системы. Дополни­тельно к ядру операционная система обладает средствами для:

− управления пользовательским интерфейсом компьютера;

− управления аппаратно-программными интерфейсами компьютера;

− обслуживания файловой системы;

− управления распределением оперативной памяти между процессами;

− установки программ и управления их работой;

− обеспечения надежности и устойчивости работы оборудования и программ.

Чем шире функциональные возможности операционной системы, тем большие тре­бования она предъявляет к техническим ресурсам компьютерной системы, но тем проще работа с компьютером с точки зрения пользователя. Вопрос ресурсной обес­печенности компьютера, универсальности операционной системы, ее надежности, обеспеченности прикладными программами и драйверами устройств, а также про­стоты и удобства ее использования, — это сложный вопрос баланса, который может по-разному решаться на каждом рабочем месте в зависимости от конкретных задач.

Программы, которые работают под управлением операционных систем, называ­ются их приложениями. В графических операционных системах принцип управле­ния приложениями состоит во взаимодействии активных и пассивных элементов управления. Активный элемент управления — указатель мыши (его предоставляет операционная система). Пассивные элементы управления — графические кнопки, поля, флажки, переключатели, меню, списки и прочие. Их предоставляют конкретные приложения. В момент взаимодействия активного и пассивного элементов управ­ления пользователь выдает управляющие сигналы с помощью органов управления графического манипулятора. В неграфических операционных системах управление приложениями ограниченно и осуществляется путем ручного ввода текстовых команд в поле командной строки. Органом управления в данном случае является клавиатура.