Операционная система (ОС) — это совокупность программных средств, обеспечивающая
управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их
взаимодействие между собой и пользователем.
При включении компьютера ОС автоматически загружается с жесткого диска в оперативную память и занимает там определенное место. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.
Действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из
нескольких тысяч элементарных операций. ОС скрывает от пользователя эти сложные
подробности.
Назначение операционной системы — получить экономический выигрыш при использовании системы, путем увеличения производительности труда программистов и эффективности работы оборудования.
В функции операционной системы входит:
· выполнение процедуры начальной загрузки;
· осуществление диалога с пользователем;
· управление файловой системой;
· ввод-вывод и управление данными;
14. Понятие программного обеспечения компьютера. Системное программное обеспечение
· планирование и организация процесса обработки программ;
· запуск программ на выполнение;
· распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств) между одновременно работающими прикладными программами;
· всевозможные вспомогательные операции обслуживания, например, поиск файла (папки) по его имени или другим признакам;
· передача информации между различными внутренними устройствами;
· программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).
Большинство операционных систем состоит из ядра и оболочки. Внутренняя часть таких ОС, называемая ядром, включает компоненты программного обеспечения, выполняющие основные функции в процессе приведения компьютера в рабочее состояние. К основным компонентам относятся:
· менеджер файлов, который координирует использование памяти компьютера, т.е. хранит информацию о том, где располагаются файлы, каким пользователям они доступны, какая часть памяти может быть занята новыми файлами;
· драйверы устройств — программы, предназначенные для управления периферийными устройствами;
· менеджер памяти — программа, которая координирует распределение памяти компьютера.
Оболочка — часть ОС, отвечающая за интерфейс между ОС и пользователем. Современные операционные системы реализуют эту задачу с помощью графического пользовательского интерфейса, в котором каждый объект (диск, папка, файл) представлен пиктограммой (значком) на экране монитора. Основным компонентом оболочки является менеджер окон, который сопоставляет любому открытому объекту фрагмент экрана, называемый окном. Классификация ОС. Операционные системы можно разделить на группы (классифицировать) по следующим признакам:
· по количеству пользователей: однопользовательская ОС (обслуживает только одногопользователя); многопользовательская (работает со многими пользователями);
· по числу процессов: однозадачные (обрабатывают только одну задачу — уже не используются); многозадачные (располагает в оперативной памяти одновременно несколько задач, которые попеременно обрабатывает процессор);
Программное обеспечение ПК
· по типу средств вычислительной техники: однопроцессорные, многопроцессорные (задачи могут выполняться на разных процессорах; серверы, как правило, многопроцессорные), сетевые (обеспечивают совместное использование ресурсов всеми выполняемыми в сети задачами).
· по типу интерфейса (способа взаимодействия с пользователем) операционные системы делятся на 2 класса: ОС с интерфейсом командной строки и ОС с графическим интерфейсом. Развитие графических возможностей дисплеев привело к коренному изменению принципов взаимодействия человека и компьютера. Командная строка была безвозвратно вытеснена графическим интерфейсом.
В распоряжение ОС предоставляются как пассивные, так и активные ресурсы. Пассивные ресурсы являются управляемыми, а активные — управляющими. К пассивным ресурсам относятся: процессоры, память, устройства ввода/вывода, данные. В число активных ресурсов входят: операторы ЭВМ, программисты, административный персонал, программы пользователя. От эффективности алгоритмов управления пассивными ресурсами компьютера во многом зависит эффективность всей ОС в целом.
Ресурсы распределяются между процессами. Процесс (задача) представляет собой базовое понятие большинства современных ОС и часто кратко определяется как программа в стадии выполнения. Программа — это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными.
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. Для ОС процесс — заявка на потребление системных ресурсов.
Чтобы процесс мог быть выполнен, ОС должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Кроме того, процессу может понадобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.
Всякий новый процесс, появляющийся в системе, попадает в состояние готовность. Операционная система, пользуясь каким-либо алгоритмом планирования, выбирает один из готовых процессов и переводит его в состояние исполнение. В этом состоянии происходит непосредственное выполнение программного кода процесса. Покинуть это состояние процесс может по трем причинам:
· либо он заканчивает свою деятельность;
· либо он не может продолжать свою работу, пока не произойдет некоторое событие, и операционная система переводит его в состояние ожидание;
· либо в результате возникновения прерывания в вычислительной системе (например, прерывания от таймера по истечении дозволенного времени выполнения) его возвращают в состояние готовность.
Каждый раз, когда процесс завершается, подсистема управления процессами закрывает все файлы, с которыми работал процесс, освобождает области оперативной памяти, отведенные под коды, данные и системные информационные структуры процесса. Выполняется коррекция всевозможных очередей ОС и список ресурсов, в которых имелись ссылки на завершающий процесс.
Мультипрограммирование — это способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находится несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре.
Мультипрограммная операционная система организует одновременное выполнение сразу нескольких процессов на одном компьютере, поочередно переключая процессор с одного процесса на другой, исключая простои процессора, вызываемые обращениями процессов к вводу-выводу. 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.
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.
Управление ресурсами включает решение следующих общих, не зависящих от типа ресурса задач:
· 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.
Чтобы процессы не могли вмешиваться в распределение ресурсов, а также повредить коды и данные друг друга, ОС решает важнейшую задачу: изолирует один процесс от другого. Для этого операционная система обеспечивает каждый процесс отдельным адресным пространством, так что ни один процесс не может получить прямого доступа к командам и данным другого процесса.
Планирование процессов. Существует достаточно большой набор разнообразных алгоритмов планирования, которые предназначены для достижения различных целей и эффективны для разных классов задач.
1. Пусть процессы, находящиеся в состоянии готовность, организованы в очередь. Выбор нового процесса для исполнения осуществляется из начала очереди с удалением оттуда обслуженного процесса. Очередь подобного типа имеет в программировании специальное название: первым вошел, первым вышел, а алгоритм выбора процесса называется невытесняющим планированием.
2. Планировщик выбирает для очередного исполнения процесс, расположенный в начале очереди, и устанавливает таймер для генерации прерывания по истечении определенного кванта времени.
При выполнении процесса возможны два варианта:
1. Время непрерывного использования процессора, требующееся процессу, меньше или равно продолжительности кванта времени. Тогда процесс по своей воле освобождает процессор до истечения кванта времени, на исполнение выбирается новый процесс из начала очереди и таймер начинает отсчет кванта заново.
2. Продолжительность остатка выполнения текущего процесса больше, чем квант времени. Тогда по истечении этого кванта процесс прерывается таймером и помещается в конец очереди процессов, готовых к исполнению, а процессор выделяется для использования процессу, находящемуся в ее начале.
Выполнение этого алгоритма подобно вертящейся карусели и называется вытесняющим планированием.
3. Выбирается процесс не из начала очереди, а процесс с минимальной длительностью. Такой алгоритм называется краткосрочным планированием, и он может быть как вытесняющим, так и невытесняющим.
4. При приоритетном планировании каждому процессу присваивается определенное числовое значение — приоритет, в соответствии с которым ему выделяется процессор. Процессы с одинаковыми приоритетами планируются в порядке общей очереди. Планирование с использованием приоритетов может быть как вытесняющим, так и невытесняющим. При вытесняющем планировании процесс с более высоким приоритетом, появившийся в очереди готовых процессов, вытесняет исполняющийся процесс с более низким приоритетом. В случае невытесняющего планирования он просто становится в начало очереди готовых процессов.
5. Для систем, в которых процессы могут быть легко рассортированы на разные группы, был разработан многоуровневый алгоритм планирования. Для каждой группы процессов создается своя очередь процессов, находящихся в состоянии готовность. Этим группам очередей приписываются фиксированные приоритеты. За каждой группой стоит конкретный пользователь, например, студент или преподаватель. Само собой, у преподавателя приоритет выше, чем у студента.
Для полного описания этого алгоритма планирования необходимо указать:
· Количество очередей для процессов, находящихся в состоянии готовность.
· Алгоритм планирования, действующий между очередями.
· Алгоритмы планирования, действующие внутри очередей.
· Правила помещения родившегося процесса в одну из очередей.
· Правила перевода процессов из одной очереди в другую.
Изменяя какой-либо из перечисленных пунктов, можно существенно менять поведение вычислительной системы.
Рассмотрим случай, когда несколько процессов конкурируют за обладание конечным числом ресурсов. Если запрашиваемый процессом ресурс недоступен, процесс переходит в состояние ожидания. Но если требуемый ресурс удерживается другим ожидающим процессом (а он ждет выделения дополнительных ресурсов, которые при этом удерживаются другими процессами), то первый процесс не сможет сменить свое состояние. Такая ситуация называется тупиком. Говорят, что в мультипрограммной системе процесс находится в состоянии тупика, дедлока (deadlock) или клинча, если он ожидает события, которое никогда не произойдет.
Системная тупиковая ситуация или зависание системы является следствием того, что один или более процессов находятся в состоянии тупика. Событие, которого ждет процесс в тупиковой ситуации, — освобождение ресурса. Если ресурса нет в наличии, когда он требуется, то процесс вынужден ждать. В некоторых ОС процесс автоматически блокируется, когда получает отказ на запрос к ресурсу и «просыпается», когда ресурс оказывается в наличии.
Проблема тупиков включает в себя решение следующих задач: предотвращение тупиков, распознавание тупиков, восстановление системы после тупиков. Существует несколько способов борьбы с тупиками.
1. Тупики могут быть предотвращены на стадии написания программ.
2. Существуют формальные, программно реализованные методы распознавания тупиков, основанные на ведении таблиц распределения ресурсов и таблиц запросов к занятым ресурсам. Анализ таких таблиц позволяет обнаружить взаимные блокировки.
3. Если тупиковая ситуация возникла, то необязательно снимать с выполнения все заблокированные процессы. Можно снять только часть из них, при этом освобождаются ресурсы, ожидаемые другими процессами. После их выполнения можно вернуть к готовности снятые процессы.
4. Можно совершить откат некоторых процессов до так называемой контрольной точки, в которой запоминается вся информация, необходимая для восстановления выполнения программы с данного места. Контрольные точки расставляются в программе в тех местах, после которых возможно возникновение тупика.
Драйвер внешних устройств представляет собой специализированный программный модуль, управляющий внешним устройством. Драйверы обеспечивают единый интерфейс к различным устройствам, тем самым освобождая прикладные программы и ядро ОС от особенностей аппаратур. Еще одна важная функция драйвера — это разделение доступа к устройству в системах с вытесняющим планированием очереди. Допускать одновременный неконтролируемый доступ к устройству для нескольких параллельно исполняющихся процессов просто нельзя, потому что для большинства внешних устройств даже простейшие операции ввода/вывода должны быть либо успешно выполнены, либо блокированы с сообщением о занятости устройства.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Понятие, назначение, функции операционной системы. Классификация операционных систем.
Операционная система — это совокупность программных средств, осуществляющих управление ресурсами ЭВМ, запуск прикладных программ, а также обеспечивающих диалог пользователя с компьютером.
Можно сказать, что это некий буфер между аппаратной частью ЭВМ и пользователем, предназначенный для осуществления взаимодействия пользователя с компьютером и управления его ресурсами. Операционные системы можно классифицировать по различным признакам: числу решаемых задач, одновременно работающих пользователей, количеству поддерживаемых процессоров, по поддержке сетевой работы, базовому общению пользователя с системой, типу аппаратной платформы, числу разрядов адресной шины и др.
По числу параллельно решаемых на компьютере задач ОС разделяют на: однозадачные (например, MSDOS); многозадачные (например, OS/2, UNIX, Windows 95 и выше). В настоящее время на смену однозадачным ОС пришли многозадачные, которые обеспечивают одновременное решение нескольких задач и управляют распределением совместно используемых ими ресурсов (процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства).
По числу одновременно работающих пользователей: однопользовательские (например, MSDOS, Windows 3.х); многопользовательские (например, Unix, Linux, Windows 2000). Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других.
Каждая операционная система имеет свои средства для выполнения пользователем тех или иных действий (запуск прикладной программы, копирование файла, форматирование внешнего устройства и т.д.). Поэтому в качестве признака классификации можно назвать пользовательский интерфейс с ОС.
Различают ОС, обеспечивающие взаимодействие с пользователем посредством: командного интерфейса (например, MS DOS); графического интерфейса (например,Windows). На характеристики операционных систем, как правило, влияет специфика аппаратных средств, на которые она ориентирована.
По типу аппаратуры различают операционные системы для персональных компьютеров различных платформ (IBM-совместимых, AppleMacintosh), мини-компьютеров, мэйнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди этих типов компьютеров могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные.
По числу разрядов адресной шины компьютеров, на которые ориентирована ОС, операционные системы разделяют на 16-ти (MSDOS), 32-х (Windows 2000) и 64-разрядные (Windows 2003,Windows7). На рынке операционных систем представлены разработки различных фирм, которые различаются ориентацией на аппаратные средства, решение определенного круга задач, потребности потребителя и пр.
Можно выделить операционные системы, обладающие определенными общими чертами: один производитель, единый подход к организации и функционированию и пр., что позволяет классифицировать их по семействам и линейкам. Например, можно выделить такие семейства как Windows (Microsoft), Unix (различные разработчики), Solaris (SunMicrosystems) и другие.
В семействе Windows принято различать линейку Windows 9.х (Windows 95, 98, Мillenium), Windows NT (Windows 2000, XP, 2003, Vista), Windows 7. Операционная система должна обеспечить работу пользователя с информацией на внешних носителях (в том числе и прикладными программами) и с внешними устройствами. В соответствии с этими функциями структура любой ОС состоит из следующих компонентов: 1. Файловая система (Файловая система предназначена для работы с информацией, хранящейся на внешних носителях.
Файловая система включает в себя файлы, структуру (линейную или иерархическую древовидную) хранения файлов на диске, правила образования имен файлов и способов обращения к ним. Первые файловые системы имели линейную структуру, современные — иерархическую. 2. Драйверы внешних устройств — специальные программы, управляющие работой внешних устройств. 3. Интерпретатор команд — осуществляет взаимодействие пользователя с компьютером: принимает и анализирует команды, введенные пользователем, и выполняет только корректные.
Ограничение
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
Источник: studfile.net
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЭВМ. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ПОНЯТИЯ
Операционная система — это совокупность программ, обеспечивающий организацию вычислительного процесса на ЭВМ. Основные задачи ОС следующие:
- • увеличение пропускной способности ЭВМ (за счет организации непрерывной обработки потока задач с автоматическим переходом от одной задачи к другой и эффективного распределения ресурсов ЭВМ по нескольким задачам);
- • уменьшение времени реакции системы на запросы пользователей пользователями ответов от ЭВМ;
- • упрощение работы разработчиков программных средств и сотрудников обслуживающего персонала ЭВМ (за счет предоставления им значительного количества языков программирования и разнообразных сервисных программ).
Классы, функции и состав операционных систем
Функции ОС
Операционные системы могут классифицироваться по следующим показателям:
- • количеству пользователей: однопользовательские ОС (MS DOS, Windows) и многопользовательские ОС (VM, Unix);
- • доступу: пакетные (OS/360), интерактивные (Windows, Unix), системы реального времени (QNX, Neutrino, RSX);
- • количеству решаемых задач: однозадачные ОС (MS DOS) и многозадачные ОС (Windows, Unix).
Операционная система предназначена для выполнения следующих основных (тесно взаимосвязанных) функций (рис. 1.1):
- • управление данными;
- • управление задачами (заданиями, процессами);
- • связь с человеком-оператором.
Рис. 1.1. Основные функции операционных систем (ОС)
В различных ОС эти функции реализуются в различных масштабах и с помощью разных технических, программных, информационных методов и средств.
Системное программное обеспечение ЭВМ предназначено для осуществления адаптируемости программ пользователей к изменениям состава ресурсов ЭВМ. Высокая производительность вычислительной системы обеспечивается операционной системой благодаря применению мультипрограммирования и наличию специальных программных средств для выполнения трудоемких операций ввода-вывода информации. Высокая производительность труда программиста достигается за счет предоставления ему большого числа языков программирования; специальных библиотек программ; удобных средств ввода-вывода, средств отладки программ и оформления заданий.
К числу наиболее известных первых управляющих программ относятся комплексы SAGE, SABRE, MERCURY, реализованные на ЭВМ второго поколения. Для ЭВМ IBM/360 были разработаны операционные системы, обеспечивающие пакетную технологию обработки данных и работу в реальном масштабе времени, а также реализацию многомашинных и мультипроцессорных комплексов.
Первая функционально полная ОС (OS/360) была предложена фирмой IBM в качестве оболочки ЭВМ IBM/360. Разработка и внедрение ОС позволили разграничить функции операторов, администраторов, программистов, пользователей, а также существенно (в десятки и сотни раз) повысить производительность ЭВМ и степень загрузки технических средств.
Ранние версии OS/360 были ориентированы на пакетную (batch processing) обработку информации — входной поток заданий (на МЛ, МД или перфокартах) подготавливался заранее и поступал на обработку в непрерывном режиме. В дальнейшем возникли расширения OS/360/375, допускающие диалоговую обработку данных с терминалов пользователя, последняя из версий (OS SVM) фактически предоставляла в распоряжение пользователя «виртуальную персональную ЭВМ» с полной мощностью вычислительной установки IBM/360/375. Операционные системы других семейств (поколений), например RSX (для PDP/11 DEC) или Unix, с самого возникновения ориентировались на интерактивное взаимодействие с пользователями.
Одно из основных требований к разработке программного обеспечения ЭВМ — модульность. Модульная структура программ и программных комплексов облегчает организацию работы больших коллективов программистов по созданию программного обеспечения. Другое важное требование к программному обеспечению — возможность развития программной системы.
Выполнению этого требования способствует модульная организация программ. Существенным является требование простоты освоения, поддержания, эксплуатации и совершенствования возможностей программного обеспечения. Это позволяет обходиться небольшим числом специалистов, обслуживающих принятое к эксплуатации программное обеспечение.
Система программного обеспечения предназначена для эксплуатации многочисленными группами пользователей в различных организациях и предприятиях, поэтому она должна обладать свойствами гибкости, адаптируемости. Эти требования обеспечиваются применением принципов открытости, машинной независимости обрабатывающих программ, унификации использования периферийного оборудования и т. д. По возможности должна достигаться совместимость программного обеспечения различных ЭВМ и систем обработки данных. Как правило, совместимость программ обеспечивается в рамках ЭВМ одной аппаратной платформы. Программная совместимость для различных семейств ЭВМ достигается на уровне языков программирования.
Требование минимальности вмешательства человека в процесс обработки информации на ЭВМ удовлетворяется путем автоматизации различных этапов вычислительного процесса. В частности, автоматическое распределение ресурсов повышает эффективность использования вычислительной системы. Программное обеспечение должно удовлетворять также требованиям параметрической универсальности, функциональной избыточности (наличия в системе нескольких программ, реализующих одну и ту же функцию), функциональной избирательности (возможность конфигурирования программного обеспечения в соответствии с потребностями и возможностями конкретного пользователя).
Техническая документация на программные средства, являющаяся одним из важнейших элементов программного обеспечения, должна оформляться по единым стандартам. К технической документации относятся графические и текстовые документы, определяющие назначение, состав и структуру созданного программного средства.
В них должны содержаться сведения, необходимые для тестирования, приемки, обучения пользователей, эксплуатации и наращивания возможностей программ. Выпуск документации является трудоемким процессом, поэтому желательно его автоматизировать. Документация на программное обеспечение должна удовлетворять требованиям единства терминологии, номенклатуры и наименования документов, единой системы обозначений в документах, идентичности документов независимо от места их разработки. Кроме того, должны соблюдаться единые правила внесения изменений, учета и хранения документации. Детальность описания отдельных модулей программного обеспечения должна соответствовать уровню подготовки потенциальных пользователей (системного программиста, программиста-пользователя, оператора и т. д.).
Источник: studref.com