Среди всех системных программ, с которыми приходится иметь дело пользователям компьютеров, особое место занимают операционные системы.
Операционная система - это программа, которая запускается сразу после включения компьютера и позволяет пользователю управлять компьютером.
Операционная система (ОС) управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее услуги. Таким образом, выбор ОС очень важен, так как он определяет, с какими программами Вы сможете работать на своем компьютере. От выбора ОС зависит также производительность Вашей работы, стапень защиты данных, необходимые аппаратные средства и т. д. Однако, выбор операционной системы также зависит от технических характеристик (конфигурации) компьютера. Чем более современнее операционная система, тем она не только предоставляет больше возможностей и более наглядна, но также тем больше она предъявляет требований к компьютеру (тактовая частота процессора, оперативная и дисковая память, наличие и разрядность дополнительных карт и устройств). С тем, что такое операционные системы и их особенностями в целом, мы разобрались, теперь самое время приступить к более детальному, конкретному рассмотрению многообразия ОС, которое обычно начинается с рассмотрения краткой истории появления и развития.
Операционная система Multics
Итак, все началось в далеком 1965-м... Четыре года компания American Telegraph & Telephone Bell Labs совместно с фирмой General Electric и группой исследователей из Масачусетского технологического института творила проект Os Multics (также именуемый MAC - не путать с МасOS). Целью проекта было создание многопользовательской интерактивной операционной системы, обеспечивающей большое число пользователей удобными и мощными средствами доступа к вычислительным ресурсам. Эта ОС основывалась на принципах многоуровневой защиты. Виртуальная память имела сегментно-страничную организацию, где с каждым сегментом связывался уровень доступа. Для того, чтобы какая-либо программа могла вызвать программу или обратиться к данным, располагающимся в некотором сегменте, требовалось, чтобы уровень выполнения этой программы был не ниже уровня доступа соответствующего сегмента. Также впервые в Multics была реализована полностью централизованная файловая система. То есть, даже если файлы находятся на разных физических устройствах, логически они как бы присутствуют на одном диске. В директории же указан не сам файл, а лишь линк на его физическое местонахождение. Если вдруг файла там не оказывается, умная система просит вставить соответствующий девайс. Помимо этого, в Multics наличествовал большой объем виртуальной памяти, что позволяло делать имэйджи файлов из внешней памяти в виртуальную. Увы, но все попытки наладить в системе относительно дружественный интерфейс провалились. Было вложено много денег, а результат был несколько иной, нежели хотелось ребятам из Bell Labs. Проект был закрыт. Кстати, участниками проекта значились Кен Томпсон и Денис Ритчи. Несмотря на то, что проект был закрыт, считается, что именно ОС Multics дала начало ОС Unix.
Операционная система Unix
Считается, что в появлении Юникса в частности виновата... компьютерная игра. Дело в том, что Кен Томпсон (смотрите фото слева) непонятно чего ради создал игрушку «Space Travel». Он написал ее в 1969 году на компьютере Honeywell-635, который использовался для разработки Multics. Но фишка в том, что ни вышеупомянутый Honeywell, ни имевшийся в лаборатории General Electric-645 не подходили для игрушки. И Кену пришлось найти другую ЭВМку - 18-разрядный компьютер РDР-7. Кен с ребятами разрабатывал новую файловую систему, дабы облегчить себе жизнь и работу. Ну и решил опробовать свое изобретение на новенькой машине. Опробовал. Весь отдел патентов Bell Labs дружно радовался. Томпсону этого показалось мало и он начал ее усовершенствовать, включив такие функции как inodes, подсистему управления процессами и памятью, обеспечивающую использование системы двумя пользователями в режиме TimeSharing"а (разделения времени) и простой командный интерпретатор. Кен даже разработал несколько утилит под систему. Собственно, сотрудники Кена еще помнили, как они мучались над ОС Multics, поэтому в честь старых заслуг один из них - Брайан Керниган - решил назвать ее похожим именем - UNICS. Через некоторое время название сократили до UNIX (читается так же, просто писать лишнюю букву настоящим нрограммистам во все времена было лень). ОС была написана на ассемблере.
Вот мы и подбираемся к тому, что известно в мире как «Первая редакция UNIX». В ноябре 1971 года был опубликован первый выпуск полноценной доки по Юниксу. В соответствии с этим и ОС была названа «Первой редакцией UNIX». Вторая редакция вышла довольно быстро - меньше, чем через год. Третья редакция ничем особенным не отличалась. Разве что заставила Дениса Ритчи (смотрите фото слева) «засесть за словари», вследствие чего тот написал собственный язык, известный сейчас как С. Именно на нём была написана 4-я редакция UNIX в 1973 году. В июле 1974 года вышла 5-я версия UNIX. Шестая редакция UNIX (аkа UNIX V6), выпущенная в 1975 году, стала первым коммерчески распространяемым Юниксом. Большая ее часть была написана на С.
Позже была полностью переписана подсистема управления оперативной и виртуальной памятью, заодно изменили интерфейс драйверов внешних устройств. Все это позволило сделать систему легко переносимой на другие архитектуры и было названо «Седьмая редакция» (aka UNIX version 7). Когда в 1976 году в Университет Беркли попала «шестерка», там возникли местные юникс-гуру. Одним из них был Билл Джой.
Собрав своих друзей-программистов, Билли начал разработку собственной системы на ядре UNIX .Запихнув помимо основных функций кучу своих (включая компилятор Паскаля), он назвал всю эту сборную солянку Distribution (BSD 1.0). Вторая версия BSD почти ни чем не отличалась от первой. Третья версия BSD основывалась на переносе UNIX Version 7 на компьютеры семейства VAX, что дало систему 32/V, легшую в основу BSD 3.x. Ну, и самое главное - при этом был разработан стек протоколов ТСР/IР; разработка финансировалась Министерством Безопасности США.
Первая коммерческая система называлась UNIX SYSTEM III и вышла она в 1982 году. В этой ОС сочетались лучшие качества UNIX Version 7.
Далее Юниксы развивались примерно так:
Во-первых, появились компании, занимавшиеся коммерческим переносом UNIX на другие платформы. К этому приложила руку и небезызвестная Microsoft Corporation, совместно с Santa Cruz Operation произведшая на свет UNIX-вариацию под названием XENIX.
Во-вторых, Bell Labs создала группу по развитию Юникса и объявила о том, что все последующие коммерческие версии UNIX (начиная с System V) будут совместимы с предыдущими.
К 1984-му году был выпущен второй релиз UNIX System V, в котором появились: возможности блокировок файлов и записей, копирования совместно используемых страниц оперативной памяти при попытке записи (сору-on-write), страничного замещения оперативной памяти и т. д. К этому времени ОС UNIX была установлена на более чем 100 тыс. компьютеров.
В 1987-м году выпущен третий релиз UNIX System V. Было зарегистрировано четыре с половиной миллиона пользователей этой эпической операционной системы...Кстати, что касается Linux’а, то он возник лишь в 1990 году, а первая официальная версия ОС вышла лишь в октябре 1991 . Как и BSD, Linux распространялся с исходниками, чтобы любой пользователь мог настроить ее себе так, как ему хочется. Настраивалось практически ВСЕ, чего не может себе позволить, например, Windows 9x.
Операционная система DOS
ДОСы были всегда. Первые - от IВМ, году в 1960-х, они были весьма ограничены функционально. Нормальные, дошедшие и до наших времен, и пользовавшиеся относительной известностью, ведут свой счет с QDOS...
Эта менее длинная история, нежели развитие UNIX, началась в 1980 году в фирме Seattle Computer Products. Первоначально названная QDOS, ОС была модифицирована и, переименовавшись к концу года в MS-DOS, была продана нашей всенародно любимой Microsoft. Корпорация IВМ поручила Microsoft работу над ОС для новых моделей компьютеров «Голубого Гиганта» - IВМ-РС. В конце 1981 года вышла первая версия новой ОС - РС-DOS 1.0. Проблема операционной системы была в том, что под каждую конкретную машину ее приходилось настраивать заново. РС-DOS"ом занялась сама IВМ, а Микрософту досталась ее собственная модификация, именуемая MS-DOS. В 1982-м одновременно появились РС-DOS и МS-DOS версии 1.1 с некоторыми добавленными и расширенными возможностями. К 1983-му году были разработаны версии 2.0, в которых появилась поддержка винчестеров, а также улучшенная система администрирования файлов. Третья версия MS-DOS, выпущенная в 1984-м году, дала лишь некоторые улучшения. Последующие версии были направлены на управление базовой и виртуальной памятью вплоть до версии 6.22, после которой появилась жутко урезанная 7.0, входящая в состав какой-то из Windows 9х. Больше Microsoft DOS"ами не занималась.
А тем временем, MS-DOS не умирала. Последняя версия включала в себя практически все, что могла МS-DOS 6.22 плюс такие функции, как средства резервного копирования и восстановления поврежденных данных, встроенные в систему средства антивирусного контроля, обеспечение синхронизации файлов на двух компьютерах и т. д. Еще из ДОСов была такая штука, как РТS-DOS производства одной из российских физических лабораторий. Последняя ее версия означена как 6.65. Но самой необычной является DR-ОреnDos 7.02. Изначально эту OC разрабатывала Digital Research, но потом по каким-то причинам от нее отказалась и продала ее компании Novell. Новелл встроил в нее свои сетевые штучки и продал дальше - фирме CALDERA, которая дополнила DR-DOS средствами доступа в Интернет и сейчас распространяет ее бесплатно.
Операционная система OS/2
Все началось с OC VM (Virtual Machine), что вышла в 1972 году. Выпущенный тогда продукт назывался VM/370 и был предназначен для поддержания сервера для определенного количества пользователей. Эта ОС, давно отметившая свой 25-летний юбилей, по истории которой можно изучать развитие технологий IВМ в области серверных операционных систем и сетевых решений, является надежной и мощной базой для организации корпоративной информационно-вычислительной cистемы, ориентированной на многопользовательскую среду крупной современной фирмы. Система VM/ESA очень эффективно использует возможности аппаратного обеспечения и несколько менее требовательна к вычислительным ресурсам компьютера по сравнению с OS/390, что делает ее хорошим вариантом для использования в качестве платформы для корпоративной системы, информационного сервера крупной организации или сервера в Интернете. Позже IBM организовала совместный проект компаний Microsoft и IВМ, нацеленный на создание операционной системы, лишенной недостатков. Первая версия 0S/2 вышла в конце 1987 года. Она была в состоянии использовать развитые вычислительные возможности процессора и обладала средствами обеспечения связи с большими машинами фирмы IВМ. В 1993 году фирма IВМ выпустила 0S/2 2.1, полностью 32-разрядную систему, обладавшую способностью выполнять приложения, созданные для Windows, имевшую высокую производительность и поддерживающую большое количество периферийных устройств. В 1994 году вышла 0S/2 WARP 3. В этой реализации, помимо дальнейшего повышения производительности и снижения требований к аппаратным ресурсам, появилась поддержка работы в Интернете. Сейчас же из последних версий следует отметить лишь 0S/2 Warp4, способная работать с 64-разрядными процессорами. Кроме того, в ней довольно полно представлены средства взаимодействия с Интернетом, позволяющие 0S/2 выполнять не только клиентские программы, но и выступать в качестве веб-сервера. Начиная с третьей версии, фирмой IВМ поставляются локализованные версии 0S/2 для России. Пройдя довольно большой и сложный путь, эта ОС для персональных компьютеров обладает сегодня такими особенностями, как реальная многозадачность, продуманные и надежные подсистемы управления памятью и администрирования процессов, встроенная поддержка работы в сети и дополнительные функции сетевого сервера, мощный язык программирования REXX, предназначенный для решения задач системного администрирования. Перечисленные возможности позволяют использовать 0S/2 в качестве операционной системы для мощных рабочих станций или сетевых серверов.
Операционная система Windows
Windows была, наверное, первой операционной системой, которую Биллу Гейтсу (смотрите фото слева) никто не заказывал, а разрабатывать ее он взялся на свой страх и риск. Что в ней такого особенного? Во-первых, графический интерфейс. Такой на тот момент был только у пресловутой Мас 0S. Во-вторых, многозадачность. В общем, в ноябре 1985 вышла Windows 1.0. Основной платформой ставились 286-е машины.
Ровно через два года, в ноябре 87-го вышла Windows 2.0, через полтора года вышла 2.10. Ничего особенного в них не было. И вот, наконец, революция! Май 1990-го года, вышла Windows 3.0. Чего там только не было: и ДОС-приложения выполнялись в отдельном окне на полном экране, и Сору-Paste работал для обмена с данными ДОС - приложений, и сами Винды работали в нескольких режимах памяти: в реальном (базовая 640 Кб), в защищенном и расширенном. При этом можно было запускать приложения, размер которых превышает размер физической памяти. Имел место быть и динамический обмен данными (DDE). Через пару лет вышла и версия 3.1, в которой уже отсутствовали проблемы с базовой памятью. Также была введена новомодная функция, поддерживающая шрифты True Туре. Обеспечена нормальная работа в локальной сети. Появился Drag&Drop (перенос мышкой файлов и директорий). В версии 3.11 была улучшена поддержка сети и введено еще несколько малозначительных функций. Параллельно вышла Windows NT 3.5, которая была на тот момент сбором основных сетевых примочек, взятых из 0S/2.
В июне 1995 вся компьютерная общественность была взбудоражена сообщением Microsoft о релизе в августе новой операционной системы, существенно иной, нежели Windows 3.11.
24 августа - дата официального релиза Windows 95 (другие названия: Windows 4.0, Windows Chicago).Теперь это была не просто операционная среда - это была полноценная операционная система. 32-битное ядро позволяло улучшить доступ к файлам и сетевым функциям. 32-битные приложения были лучше защищены от ошибок друг друга, имелась и поддержка многопользовательского режима на одном компьютере с одной системой. Множество отличий в интерфейсе, куча настроек и улучшений.
Чуть позже вышла новая Windows NT с тем же интерфейсом, что и 95-е. Поставлялась в двух вариантах: как сервер и как рабочая станция. Системы Windows NТ 4.x были надежны, но не столько потому, что у Microsoft проснулась совесть, сколько потому, что NТ писали программисты, когда-то работавшие над VАХ/VMS.
В 1996-м году вышла Windows-95 OSR2 (это расшифровывается как Open Service Relase). В дистрибутив входил Internet Explorer 3.0 и какая-то древняя версия Outlook’а (тогда называемая просто Exchange). Из основных функций - поддержка FАТ32, улучшенный инициализатор оборудования и драйверов. Некоторые настройки (в том числе и видео) можно менять без перезагрузки. Имелась и встроенная DOS 7.10 с поддержкой FАТ32.
Год 1998. Вышла Windows-98 со встроенным Internet Explorer 4.0 и Outlook. Появился так называемый Active Desktop. Улучшена поддержка универсальных драйверов и DirectX. Встроена поддержка нескольких мониторов. Опционально можно было добавить замечательную утилиту по переводу жестких дисков из FАТ16 в FАТ32. Встроенный DOS датировался все тем же 7.10.
Через год вышла Windows 98 Special Edition. С оптимизированным ядром. Internet Explorer добрался до версии 5.0, который по большому счету мало чем отличался от 4.x. Интеграция с Всемирной Паутиной, заключающаяся в поставке нескольких слабеньких утилит типа FrontPage и Web Publisher. DOS был все тем же - 7.10.
Год 2000. Выходит полная версия Windows Millenium. Интернет Explorer стал версией 5.5, DOS вроде умер, но умные лица утверждают, что он был, но назывался 8.0. Досовские приложения просто игнорируются. Интерфейс улучшился за счет графических функций и акселерации всего, что может двигаться (включая курсор мышки), плюс пара сетевых функций. Ну и совсем недавно, можно сказать в наше время вышли ОС Windows Vista и Windows server 2008.
Понятие операционной системы; эволюция развития операционных систем; функции операционных систем и подходы к построению операционных систем.
В основном эволюцию развития ОС разделяют на 5 поколений:
Первое поколение (1940 – 50). Только появились ламповые вычислительные устройства. Разработан принцип программы. ОС отсутствуют, вся работа по управлению ведется разработчиками.
Второе поколение (1950 – 60). Вычислительные устройства работают на полупроводниковых элементах. Появляется прообраз ОС - системы пакетной обработки , которые просто автоматизируют запуск одной программы из пакета за другой и тем самым увеличивают коэффициент загрузки процессора.
Третье поколение (1960 - 70) . Полупроводниковые элементы объединяются в интегральные микросхемы. Появляются ОС с поддержкойаппарата прерывания,планирования заданий, мультипрограммирования. Одна и та жеОС начинает работать на различных устройствах, но она по-прежнему остается пакетной. Также появляетсяоперационная система реального времени (ОСРВ), в которой ЭВМ применяется для управления техническими объектами. Характерным свойством для ОСРВ является реактивность- готовность системы вырабатывать управляющие воздействия незамедлительно.
Четвертое поколение (1970-80) . ОС были многорежимными системами, обеспечивающими пакетную обработку, разделение времени, режим реального времени и мультипроцессорный режим. Появляется вытесняющая многозадачность и приоритетное планирование, а также выделение квот на использование ограниченных ресурсов компьютеров. Реализуется механизм виртуальной памяти и развитых файловых систем.
Пятое поколение (с середины 1980-х гг. по н.в.) . ОС используют возможности сетевых технологий, в том числе технологии клиент – сервер, интерфейс становится графическим и дружественным.
Также существует 5 основных подходов к построению ОС
Монолитное ядро
Микроядернаяархитектура
Многоуровневая система
Виртуальная машина
Смешанная система
Архитектура операционной системы. Классификация операционных систем. Эффективность и требования, предъявляемые к ОС.
Монолитное ядро -
это такая схема операционной системы, при которой все ее компоненты являются составными частями одной программы, используют общие структуры данных и взаимодействуют друг с другом путем непосредственного вызова процедур. Для монолитной операционной системы ядро совпадает со всей системой.Примером систем с монолитным ядром является большинство Unix-систем.
Многоуровневые системы.
Всю вычислительную системуможно разбить на ряд более мелких уровней с хорошо определенными связями между ними, так чтобы объекты уровня N могли вызывать только объекты уровня N-1. Нижним уровнем в таких системах обычно является hardware, верхним уровнем – интерфейс пользователя. Чем ниже уровень, тем более привилегированные команды и действия может выполнять модуль, находящийся на этом уровне.
Виртуальными машинами
называют программную или аппаратную среду, исполняющую некоторый код. Зачастую виртуальная машина эмулирует работу реального компьютера. Примерами служит VMWareWorkstation и VirtualBox.
Микроядерная архитектура.
Это такая архитектура, когда большинство составляющих ОCявляются самостоятельными программами.Взаимодействие между ними обеспечивает микроядро, которое работает в привилегированном режиме. Также оно осуществляет планирование использования процессора, первичную обработку прерываний, операции ввода-вывода и базовое управление памятью.
Смешанные системы. В большинстве случаев современные операционные системы используют различные комбинации вышеприведенных подходов.
У ОС сформировалась своя классификация:
по назначению (общего, специального),
по режиму обработки задач (однозадачные, мультипрограммные),
по способу взаимодействия с системой (диалоговые, с пакетной обработкой)
по способам построения (рассмотрены выше)
Эффективность.
Надежность и отказоустойчивость.
Безопасность (защищенность).
Предсказуемость.
Расширяемость.
Переносимость.
Совместимость.
Удобство.
Масштабируемость.
Понятие процесса, его состояния, модель представления процесса в операционной системе и операции, которые могут выполняться над процессами операционной системой.
Процессы могут находиться в пяти основных состояниях:
рождение,
готовность,
исполнение,
ожидание,
закончил исполнение
состояние, в котором находится процесс;
адрес команды, которая должна быть выполнена для него следующей;
содержимое регистров процессора;
данные, необходимые для планирования использования процессора и управления памятью;
учетные данные;
сведения об устройствах ввода-вывода, связанных с процессом.
создание процесса - завершение процесса,
приостановка процесса - запуск процесса,
блокирование процесса - разблокирование процесса,
изменение приоритета процесса.
Уровни планирования процессов в операционных системах. Основные цели и критерии планирования и параметры, на которых оно основывается. Алгоритмы планирования.
При построении алгоритмов планирования выделяют три различных уровня:
долгосрочное;
краткосрочное;
среднесрочное.
Справедливость.
Эффективность.
Сокращение полного времени выполнения.
Сокращение времени ожидания.
Сокращение времени отклика.
Предсказуемость.
Минимальные накладные расходы.
Равномерная загрузка ресурсов вычислительной системы
Масштабируемость
Статические – предельные значения ресурсов системы: размер оперативной памяти, максимальное количество памяти на диске для осуществления свопинга, количество подключенных устройств ввода-вывода и т.п.
Динамические – значения ресурсов системы на текущий момент.
FCFS. Работает по принципу первым пришел, первым обслужен. Преимуществом алгоритма FCFS является легкость его реализации, недостатками – среднее время ожидания и среднее полное время выполнения для этого алгоритма существенно зависят от порядка расположения процессов в очереди.
RoundRobin. По сути, это алгоритм FCFS , только реализованный в режиме вытесняющего планирования (очередной процесс передается на исполнение по таймеру по истечении определенного кванта времени).
ShortestJobFirst. Если выбирать процесс не по порядку (как в FCFS и RR ), а основываясь на его минимальном времени непрерывного использования процессора, то это позволит повысить производительность алгоритма планирования использования процессора. Описанный алгоритм получил название «кратчайшая работа первой» (англ. ShortestJobFirst , SJF ).
Основную сложность при реализации алгоритма SJF представляет невозможность точно знать в каждом случае время исполнения очередного процесса.
Кооперация процессов и основные аспекты ее логической организации (санкционированное взаимодействие процессов)
Повышение скорости работы.
Совместное использование данных.
Модульная конструкция какой-либо системы.
Удобства работы пользователя
Сигнальные.
Канальные.
Разделяемая память.
Установление связи. При использовании прямой адресации связь между процессами в классической операционной системе устанавливается автоматически, без дополнительных инициализирующих действий. При использовании непрямой адресации инициализация средства связи может и не требоваться. Информация, которой должен обладать процесс для взаимодействия с другими процессами, – это некий идентификатор промежуточного объекта для хранения данных, если он, конечно, не является единственным и неповторимым в вычислительной системе для всех.
Информационная валентность процессов и сре дств св язи. При прямой адресации только одно фиксированное средство связи может быть задействовано для обмена данными между двумя процессами, и только эти два процесса могут быть ассоциированы с ним. При непрямой адресации может существовать более двух процессов, использующих один и тот же объект для данных, и более одного объекта может быть использовано двумя процессами.
Особенности передачи информации с помощью линий связи
Буферизация
Буфер нулевой емкости или отсутствует.
Буфер ограниченной емкости.
Буфер неограниченной емкости.
Поток ввода-вывода. Операции передачи/приема не интересуются содежимим данных
Сообщения. Процессы налагают на передаваемые данные некоторую структуру. Весь поток информации они разделяют на отдельные сообщения.
Завершение связи. Для способов связи, которые не подразумевали никаких инициализирующих действий, обычно ничего специального для окончания взаимодействия предпринимать не надо. Если установление св. требовало некоторой инициализации, то необходимо выполнить операции освобождения ресурса.
Алгоритмы синхронизации (алгоритмы корректной организации взаимодействия процессов).
Критическая секция – часть программы, результат выполнения которой может непредсказуемо меняться, если переменные, относящиеся к ней, изменяются другими потоками в то время, когда выполнение этой части еще не завершено. В примере критическая секция – файл “заказов”, являющийся разделяемым ресурсом для процессов R и S.
Алгоритм Деккера - первое известное корректное решение проблемы взаимного исключения.
Если два процесса пытаются перейти в критическую секцию одновременно, алгоритм позволит это только одному из них, основываясь на том, чья в этот момент очередь. Если один процесс уже вошёл в критическую секцию, другой будет ждать, пока первый покинет её. Это реализуется при помощи использования двух флагов (индикаторов "намерения" войти в критическую секцию) и переменной turn (показывающей, очередь какого из процессов наступила).
Процессы объявляют о намерении войти в критическую секцию; это проверяется внешним циклом «while». Если другой процесс не заявил о таком намерении, в критическую секцию можно безопасно войти (вне зависимости от того, чья сейчас очередь). Взаимное исключение всё равно будет гарантировано, так как ни один из процессов не может войти в критическую секцию до установки этого флага (подразумевается, что, по крайней мере, один процесс войдёт в цикл «while»). Это также гарантирует продвижение, так как не будет ожидания процесса, оставившего «намерение» войти в критическую секцию. В ином случае, если переменная другого процесса была установлена, входят в цикл «while» и переменная turn будет показывать, кому разрешено войти в критическую секцию. Процесс, чья очередь не наступила, оставляет намерение войти в критическую секцию до тех пор, пока не придёт его очередь (внутренний цикл «while»). Процесс, чья очередь пришла, выйдет из цикла «while» и войдёт в критическую секцию.
Не требует специальных Test-and-set инструкций, по этому легко переносим на разные языки программирования и архитектуры компьютеров
Действует только для двух процессов
Алгоритм Петерсона - программный алгоритм взаимного исключения потоков исполнения кода.
Перед тем как начать исполнение критической секции кода (то есть кода, обращающегося к защищаемым совместно используемым ресурсам), поток должен вызвать специальную процедуру (назовем ее EnterRegion) со своим номером в качестве параметра. Она должна организовать ожидание потока своей очереди входа в критическую секцию. После исполнения критической секции и выхода из нее, поток вызывает другую процедуру (назовем ее LeaveRegion), после чего уже другие потоки смогут войти в критическую область. Если оба процесса подошли к прологу практически одновременно, то они оба объявят о своей готовности и предложат выполняться друг другу. При этом одно из предложений всегда следует после другого. Тем самым работу в критическом участке продолжит процесс, которому было сделано последнее предложение.
Как и алгоритм Деккера, действует только для 2 процессов
Более простая реализация, чем у алгоритма Деккера
Алгоритм булочной. Алгоритм Петерсона дает нам решение задачи корректной организации взаимодействия двух процессов. Давайте рассмотрим теперь соответствующий алгоритм для n взаимодействующих процессов.
Каждый вновь прибывающий процесс получает метку с номером. Процесс с наименьшим номером метки обслуживается следующим. К сожалению, из-за неатомарности операции вычисления следующего номера алгоритм булочной не гарантирует, что у всех процессов будут метки с разными номерами. В случае равенства номеров меток у двух или более процессов первым обслуживается клиент с меньшим значением имени (имена можно сравнивать в лексикографическом порядке). Разделяемые структуры данных для алгоритма – это два массива
Специальные механизмы синхронизации – семафоры Дейкстры, мониторы Хора, очереди сообщений.
Для устранения этого недостатка во многих ОС предусматриваются специальные системные вызовы (аппарат для работы с критическими секциями.
В разных ОС аппарат событий реализован по своему, но в любом случае используются системные функции, которые условно называют WAIT(x) и POST(x), где x – идентификатор некоторого события (например, освобождение ресурса).
Обобщающее средство синхронизации процессов предложил Дейкстра, который ввел новые примитивы, обозначаемые V (“открытие”) и P (“закрытие”), оперирующие над целыми неотрицательными переменными, называемыми семафорами.
Доступ любого процесса к семафору, за исключением момента его инициализации, может осуществляться только через эти две атомарные операции.
Смысл P(S) заключается в проверке текущего значения семафора S, и если S>0, то осуществляется переход к следующей за примитивом операции, иначе процесс переходит в состояние ожидания.
Процесс блокируется; S=S-1;
Операция V(S) связана с увеличением значения S на 1 и переводом одного или нескольких процессов в состояние готовности к исполнению процессором.
В простом случае, когда семафор работает в режиме 2-х состояний (S>0 и S=0), ео алгоритм работы полностью совпадает с алгоритмом работs мьютекса, а S выполняет роль блокирующей переменной.
“+”: пассивное ожидание (постановка в очередь и автоматическая выдача ресурсов)
возможность управления группой однородных ресурсов
некорректное использование операций может привести к нарушению работоспособности (например, переставив местами операции P(e) и P(b) в функции Writer()).
Для облегчения работы программистов при создании параллельных программ без усилий на доказательства правильности алгоритмов и отслеживание взаимосвязанных объектов (что характерно при использовании семафоров) предложено высокоуровневое средство синхронизации, называемое мониторами.
Мониторы – тип данных, обладающий собственными переменными, значения которых могут быть изменены только с помощью вызова функций-методов монитора.
Функции-методы могут использовать в работе только данные, находящиеся внутри монитора, и свои параметры.
Доступ к мониторам в каждый момент времени имеет только один процесс.
Для организации не только взаимоисключений, но и очередности процессов, подобно семафорам f(full) и e(empty), было введено понятие условных переменных, над которыми можно совершать две операции wait и signal, отчасти похожие на операции P и V над семафорами.
Функция монитора выполняет операцию wait над какой-либо условной переменной. При этом процесс, выполнивший операцию wait, блокируется, становится неактивным, и другой процесс получает возможность войти в монитор.
Когда ожидаемое событие происходит, другой процесс внутри функции совершает операцию signal над той же самой условной переменной. Это приводит к пробуждению ранее заблокированного процесса, и он становится активным.
Исключение входа нескольких процессов в монитор реализуется компилятором, а не программистом, что делает ошибки менее вероятными.
Требуются специальные языки программирования и компиляторы (встречаются в языках, “параллельный Евклид”,”параллельный Паскаль”,Java).
Следует отметить, что условные переменные мониторов не запоминают предысторию, поэтому операцию signal всегда должна выполняться после операции wait(иначе выполнение операции wait всегда будет приводить к блокированию процесса).
Очереди сообщений
Механизм очередей сообщений позволяет процессам и потокам обмениваться структурированными сообщениями. Один или несколько процессов независимым образом могут посылать сообщения процессу – приемнику.
Очередь сообщений представляет возможность использовать несколько дисциплин обработки сообщений (FIFO, LIFO, приоритетный доступ, произвольный доступ).
При чтении сообщения из очереди удаления сообщения из очереди не происходит, и сообщение может быть прочитано несколько раз.
В очереди присутствуют не сами сообщения, а их адреса в памяти и размер. Эта информация размещается системой в сегменте памяти, доступном для всех задач, общающихся с помощью данной очереди
Основные функции управления очередью:
Создание новой очереди
Открытие существующей очереди
Чтение и удаление сообщений из очереди
Чтение без последующего удаления
Добавление сообщения в очередь
Завершение использование очереди
Удаление из очереди всех сообщений
Определение числа элементов в очереди
Взаимоблокировки, тупиковые ситуации, "зависания" системы
страница 1
Краткая история развития операционных систем
Возникновение и основные этапы развития операционных систем
Первые ЭВМ были построены и нашли практическое применение в 40-е годы XX века. Первоначально они использовались для решения единственной частной задачи – расчет траектории артиллерийских снарядов в системах ПВО. В силу специфики применения (решение единственной задачи), первые ЭВМ не использовали ни какой операционной системы. В тот период времени, решением задач на ЭВМ занимались в основном сами же разработчики ЭВМ, а процесс использования ЭВМ представлял собой не столько решение прикладной задачи, сколько исследовательскую работу в области вычислительной техники.
BIOS – первый шаг к созданию операционных систем
Вскоре ЭВМ начали успешно применять для решения других задач: анализ текстов и решение сложных прикладных задач из области физики. Круг потребителей услуг ЭВМ несколько расширился. Однако, для решения каждой конкретной задачи в то время необходимо было написать заново не только код, реализующий алгоритм решения, но и процедуры ввода-вывода и другие процедуры управления процессом вычисления. Существенные издержки такого подхода вскоре стали очевидными:
- код процедур ввода вывода обычно является довольно объемным и сложным в отладке (нередко он оказывался самым большим фрагментом программы), а в случае ошибки в процедуре ввода-вывода могли быть легко потеряны результаты длительных и дорогостоящих вычислений;
- необходимость каждый раз заново писать довольно большой вспомогательный код затягивает время и повышает трудоемкость разработки прикладных программ.
Поэтому для разрешения указанных проблем были созданы специальные библиотеки процедур ввода-вывода (BIOS – Base Input-Output System). Тщательно отлаженные и эффективные процедуры из BIOS можно было легко использовать с любыми новыми программами, не затрачивая время и силы на разработку и отладку стандартных процедур для ввода и вывода данных.
Таким образом, с появлением BIOS программное обеспечение разделилось на системное и прикладное программное обеспечение. Причем прикладное программное обеспечение непосредственно ориентировано на решение полезных задач, в то время как системное программное обеспечение ориентировано исключительно на поддержку работы и упрощение разработки прикладного программного обеспечения.
Однако, BIOS еще не является операционной системой, т.к. не выполняет важнейшую для любой операционной системы функцию – управление процессом вычислений прикладной программы. Кроме того, BIOS не обеспечивает и другие важные функции операционной системы – хранение и запуск прикладных программ. BIOS и библиотеки математических процедур, которые появились примерно в то же время, просто облегчали процесс разработки и отладки прикладных программ, делали их более простыми и надежными. Тем не менее, создание BIOS стало первым шагом на пути к созданию полноценной операционной системы.
Система пакетной обработки – прообраз современной операционной системы
По мере дальнейшего развития электронно-вычислительных машин, с расширением сферы их применения, на первый план быстро вышла проблема недостаточной эффективности использования дорогостоящей ЭВМ.
В 50-е годы персональных компьютеров еще не было, и любая ЭВМ была очень дорогой, громоздкой и относительно редкой машиной. Для доступа к ней со стороны различных научных учреждений составлялось специальное расписание. К указанному времени программист должен был прийти в машинный зал, загрузить свою задачу с колоды перфокарт, дождаться завершения вычислений и распечатать результаты.
При использовании жесткого расписания, если программист не успевал закончить расчеты за отведенное время, он все равно должен был освободить машину, так как для нее была запланирована новая задача. Но это означает, что машинное время было затрачено впустую – результатов то не получено! Если же по какой либо причине расчеты завершались раньше ожидаемого срока, то машина просто простаивала.
Для того, чтобы избежать потерь процессорного времени, неизбежных при работе по расписанию, была разработана концепция пакетной обработки заданий, сущность которой поясняет следующий рисунок (Рисунок 1).
Рисунок 1 Структура вычислительной системы с пакетной обработкой
Впервые, пакетная система была разработана в середине 50-х компанией General Motors для машин IBM 701. По-видимому, это была первая операционная система. Основная идея пакетной обработки состоит в том, чтобы управление загрузкой программ и распечатку результатов поручить маломощным и относительно дешевым машинам-сателлитам, которые подключаются к большой (основной) машине через высокоскоростные электронные каналы. При этом большая ЭВМ будет только решать задачу, полученную от машины-сателлита, и после завершения задачи передавать результаты по высокоскоростному каналу другой машине-сателлиту для распечатки.
Машины сателлиты работают самостоятельно, освобождая центральный процессор от необходимости управления медленными внешними устройствами. При этом распечатка результатов предыдущей задачи может происходить в ходе решения текущей задачи, и одновременно в электронную память машины-сателлита может считываться следующая задача. Такая организация системы пакетной обработки заданий известна как простая пакетная система.
Системы пакетной обработки заданий, реализованные в 50-е годы, стали прообразом современных операционных систем. В них впервые было реализовано программное обеспечение, используемое для управления исполнением прикладных программ.
Заметим здесь также, что описанный подход к построению H/W вполне сохранился до настоящего времени. Современные периферийные устройства, и, прежде всего, это накопители на жестких магнитных дисках, способны передавать большие объемы данных без участия центрального процессора. Забегая вперед, укажем, что только благодаря такому свойству аппаратуры компьютера существуют и эффективно работают современные многозадачные операционные системы.
Многозадачные операционные системы
Первые многозадачные операционные системы появились в 60-е годы в результате дальнейшего развития систем пакетной обработки заданий. Основным стимулом к их появления стали новые аппаратные возможности ЭВМ.
Во-первых, появились новые эффективные носители информации, на которых можно было легко автоматизировать поиск требуемых данных: магнитные ленты, магнитные цилиндры и магнитные диски. Это, в свою очередь, изменило структуру прикладных программ – теперь они могли в процессе работы загрузить дополнительные данные для вычислений или процедуры из стандартных библиотек.
Заметим теперь, что простая пакетная система, приняв задачу, обслуживает ее вплоть до полного завершения, а это значит, что во время загрузки дополнительных данных или кода процессор простаивает, при этом стоимость простоя процессора возрастает с ростом его производительности, так как более производительный процессор мог бы сделать за время простоя большее количество полезной работы.
Во-вторых, производительность процессоров существенно возросла, и потери процессорного времени в простых пакетных системах стали недопустимо велики.
В этой связи логичным шагом стало появление многозадачных пакетных систем. Необходимым условием для создания многозадачных систем является достаточный объем памяти компьютера. Для многозадачности объем памяти должен быть достаточен для размещения, по крайней мере, двух программ одновременно.
Основная идея многозадачности вполне очевидна – если текущая программа приостанавливается в ожидании завершения ввода-вывода, то процессор переходит к работе с другой программой, которая в данный момент готова к выполнению.
Однако, переход к другой задаче должен быть сделан так, чтобы сохранить возможность вернуться к брошенной задаче спустя некоторое время и продолжить ее работу с точки останова. Для реализации такой возможности в операционную систему потребовалось ввести специальную структуру данных, определяющую текущее состояние каждой задачи – контекст процесса. Контекст процесса определен в любой современной операционной системе таким образом, чтобы данных из него было бы достаточно для полного восстановления работы прерванной задачи.
Появление многозадачности потребовало реализации в составе операционной системы сразу нескольких фундаментальных подсистем, которые также представлены в любой современной операционной системе. Перечислим их:
1) подсистема управления процессорами – определяет какую задачу и в какое время следует передать процессору для обслуживания;
2) подсистема управления памятью – обеспечивает бесконфликтное использование памяти сразу несколькими программами;
3) подсистема управления процессами – обеспечивает бесконфликтное разделение ресурсов компьютера (например, магнитных дисков или общих подпрограмм) сразу несколькими программами.
В рамках этого курса будет подробно рассмотрена реализация указанных подсистем в современных операционных системах.
Почти сразу после появления многозадачных операционных систем, было замечено, что многозадачность полезна не только для повышения коэффициента использования процессора. Например, на основе многозадачности можно реализовать многопользовательский режим работы компьютера, т.е. подключить к нему несколько терминалов одновременно, причем для пользователя за каждым терминалом будет создана полная иллюзия, что он работает с машиной один. До эпохи массового использования персональных компьютеров, многопользовательский режим был основным режимом работы практически для всех ЭВМ. Повсеместная поддержка многопользовательского режима резко расширила круг пользователей компьютеров, сделала его доступным для людей различных профессий, что в конечном итоге и привело к современной компьютерной революции и появлению ПК.
При этом в зависимости от алгоритмов, положенных в основу работы подсистемы управления процессорами, операционная система, а с ней и вся ЭВМ, приобретает различные свойства. Например, многозадачная пакетная система, переключающаяся на другую задачу только при невозможности продолжить текущую, способна обеспечить максимальную пропускную способность компьютера, т.е. максимизировать среднее число задач, решаемых в единицу времени, но из-за непредсказуемости времени ответа многозадачная пакетная система совершенно не подходит для интерактивной системы, немедленно реагирующей на пользовательский ввод.
Многозадачная система с принудительным вытеснением задачи по истечению кванта времени идеально подходит для интерактивной системы, но не обеспечивает максимальной производительности для вычислительных задач.
При изучении темы "управление процессорами" в рамках данного курса будут рассмотрены особенности многих конкретных алгоритмов, показаны компромиссные решения, подходящие для универсальных операционных систем, ориентированных на решение широкого круга задач.
В качестве вывода отметим, что появление многозадачности было вызвано желанием максимально использовать процессор, исключив по возможности его простои, и в настоящее время многозадачность является неотъемлемым качеством практически любой современной операционной системы.
Операционные системы с поддержкой виртуальной памяти
Появление системы виртуальной памяти в конце 60-х, стало последним шагом на пути к современным операционным системам. Появление в дальнейшем графических пользовательских интерфейсов и даже поддержка сетевого взаимодействия уже не были столь революционными решениями, хотя и существенно повлияли и на развитие аппаратуры компьютеров, и на развитие самих операционных систем.
Толчком к появлению виртуальной памяти стали сложности управления памятью в многозадачных операционных системах. Основные проблемы здесь следующие:
- Программы, как правило, требуют для своего размещения непрерывную область памяти. В ходе работы, когда программа завершается, она освобождает память, но этот регион памяти далеко не всегда пригоден для размещения новой программы. Он или слишком мал, и тогда для размещения программы приходится искать участок в другой области памяти, или слишком велик, и тогда после размещения новой программы останется неиспользуемый фрагмент. При работе операционной системы, вскоре образуется очень много таких фрагментов – суммарный объем свободной памяти велик, но разместить новую программу не удается так как нет ни одной достаточно длинной непрерывной свободной области. Такое явление называется фрагментацией памяти.
- В случае, когда несколько программ одновременно находятся в общей памяти, ошибочные или преднамеренные действия со стороны какой-либо программы могут нарушить выполнение других программ, кроме того, данные или результаты работы одних программ могут быть несанкционированно прочитаны другими программами.
Как будет показано в рамках данного курса дальше, виртуальная память не только идеально решает подобные проблемы, но также предоставляет новые возможности для дальнейшей оптимизации работы всей вычислительной системы.
Решающей предпосылкой для появления системы виртуальной памяти стал механизм свопинга (от англ. to swap – менять, обменивать).
Идея свопинга состоит в том, чтобы выгружать из ОЗУ во вторичную память (на магнитный диск) программы, временно снятые с выполнения, и загружать их обратно в ОЗУ, когда они становятся готовыми к дальнейшему выполнению. Таким образом, происходит постоянный обмен программами между ОЗУ и вторичной памятью.
Свопинг позволяет освободить место в оперативной памяти для загрузки новых программ за счет выталкивания во вторичную память программ, которые не могут выполняться в данный момент. Свопинг достаточно эффективно решает проблему нехватки оперативной памяти и фрагментации, но не решает проблемы защиты.
Виртуальная память также основана на выталкивании части программ и данных из оперативной памяти во вторичную память, но реализуется гораздо сложнее и требует обязательной поддержки от аппаратных средств процессора. Конкретные механизмы работы виртуальной памяти будут рассмотрены в дальнейшем.
В конечном итоге, система виртуальной памяти организует собственное адресное пространство для каждой запущенной программы, которое называется виртуальное адресное пространство. При этом участки виртуального адресного пространства, по усмотрению операционной системы, могут отображаться либо на участки оперативной памяти, либо на участки вторичной памяти (см. Рисунок 2).
Рисунок 2 Отображение виртуального адресного пространства
При использовании виртуальной памяти, программы не смогут ошибочно или преднамеренно обратиться к данным других программ или самой операционной системы – подсистема виртуальной памяти гарантирует защиту данных. Кроме того, неиспользуемые в данный момент области виртуального адресного пространства отображаются во вторичную память, т.е. данные из этих областей хранятся не в ОЗУ, а во вторичной памяти, что решает проблему нехватки оперативной памяти. Наконец, области виртуального адресного пространства могут отображаться на произвольные участки ОЗУ, при этом соседние участки виртуального адресного пространства не обязательно должны быть соседними в ОЗУ, что решает проблему фрагментации.
Как уже было сказано, виртуальная память впервые была использована в реальных операционных системах в конце 60-х, но широкое распространение виртуальная память получила только в 80-х (UNIX, VAX/VMS), а повсеместно стала применяться в персональных компьютерах лишь в середине 90-х годов (OS/2, Linux, Windows NT). В настоящее время, виртуальная память, наряду с многозадачностью, является неотъемлемой частью практически любой современной операционной системы.
Графические интерфейсы пользователя
С конца 80-х, персональные компьютеры получили повсеместное распространение, и в сообщество пользователей ПК оказалось вовлечено множество людей различных специальностей. Многие из них не имели специальной компьютерной подготовки, но хотели использовать компьютер в своей работе, т.к. использование компьютера давало ощутимые преимущества в их деле.
С другой стороны, усложнение операционных систем и прикладных программ сделало управление ими достаточно сложной задачей даже для специалистов, и интерфейс командной строки, который к этому времени стал стандартом для операционных систем, перестал удовлетворять практическим запросам.
Наконец, появились новы аппаратные возможности: цветные графические мониторы, высокопроизводительные графические контроллеры и манипуляторы типа мышь.
Таким образом, в конце 80-х сложились все условия для повсеместного перехода на графический интерфейс пользователя: с одной стороны возникла потребность в более простом и удобном механизме управления компьютером, с другой стороны, развитие аппаратных средств позволяло построить такой механизм.
Основная идея графического интерфейса пользователя состоит в следующем:
- пользователю, в зависимости от текущей ситуации, предлагается выбрать один из нескольких альтернативных вариантов дальнейших действий;
- возможные варианты действий пользователя представлены на экране ЭВМ в виде текстовых строк (меню) или схематичных рисунков (пиктограмм);
- для выбора одного из вариантов дальнейших действий достаточно совместить на экране монитора указатель (курсор) с элементом меню или пиктограммой и нажать заранее определенную клавишу (обычно это <пробел>, <ввод> или кнопка мышки), чтобы проинформировать систему о сделанном выборе.
Первый графический интерфейс был разработан в 81 году в компании Xerox. Говорят, что посещение главой компании Microsoft Билом Гейтсом компании Xerox и знакомство с ее разработками в области графических пользовательских интерфейсов, подвигли Microsoft на создание собственных графических интерфейсов пользователя.
В настоящее время наиболее совершенным графическим интерфейсом обладает, по-видимому, операционные системы семейства Windows, эти графические интерфейсы являются как бы стандартов де-факто для графических интерфейсов пользователя.
Использование графического интерфейса оказалось настолько простым и интуитивно понятным, что компьютеры в настоящее время стали эффективно использовать в своей работе люди, которые даже не имеют никакого представления об архитектуре самого компьютера, операционной системы или прикладной программы.
В конечном итоге, появление графических интерфейсов пользователя в составе операционных систем и прикладных программ оказало колоссальное влияние на компьютеризацию современного общества.
Встроенная поддержка сети
Встроенная сетевая поддержка в составе операционных системах общего назначения впервые появилась в середине 90-х, и первоначально обеспечивала только доступ к удаленным файлам, расположенным на дисках другого компьютера. Первоначально, поддержка сети требовалась только в небольших офисах для совместной работы нескольких компьютеров над одним документом.
Однако развитие сети Интернет быстро привело к необходимости встроить сетевую поддержку даже в операционные системы для домашних компьютеров. Кроме того, интересно отметить, что постоянное снижение стоимости домашних компьютеров в последние годы вызвало к жизни домашние компьютерные сети, когда в одной семье используется несколько компьютеров с возможностью совместного использования общего принтера, сканера или другого оборудования.
Вершиной интеграции при сетевом взаимодействии являются сетевые операционные системы, объединяющие ресурсы всех компьютеров сети в общий сетевой ресурс, доступный любому компьютеру сети. Разумное использование сетевой операционной системы позволяет решать сложные переборные или оптимизационные задачи при наличии в сети достаточно большого количества ЭВМ, каждая из которых в отдельности не в состоянии решить задачу за приемлемое время.
История наиболее распространенных операционных систем
Операционная система UNIX
Операционная система UNIX является первой современной операционной системой. Технические решения, заложенные даже в самые первые версии UNIX, в последствии стали стандартными решениями для многих более поздних операционных систем, причем не только для семейства UNIX. Многие алгоритмы, заложенные в подсистему управления ресурсами UNIX, до настоящего времени являются наилучшими и тиражируются в различных операционных системах.
Рассмотрим историю возникновения и развития UNIX более подробно.
Проект операционной системы Multics
В проекте Multics в период 1965 – 1969 гг. совместно участвовали компании Bell Labs и General Electric. Целью проекта Multics было создание новой многопользовательской многозадачной интерактивной операционной системы, сочетающей удобство использования с мощной и эффективной системой управления ресурсами. В основу Multics были положены следующие технические решения:
- виртуальная память с сегментно-страничной организацией, контролирующая права доступа на запись, чтение или исполнение для каждого сегмента;
- централизованная файловая система, обеспечивающая организацию данных, даже находящихся на разных физических устройствах, в виде единой древовидной структуры каталогов/файлов;
- отображение содержимого файла в виртуальное адресное пространство процесса с использованием механизмов управления виртуальной памятью.
Все эти решения характерны и для современных операционных систем. Однако проект Multics не был завершен. Руководство компании Bell Labs приняло решение о выходе из проекта, посчитав дальнейшее финансирование проекта нецелесообразным, так как большие средства, уже вложенные в проект, не приносили отдачи.
Несмотря на досрочное прекращение, в ходе проекта Multics были определены базовые принципы управления ресурсами и архитектуры операционных систем, которые успешно используются до настоящего времени, а специалисты, участвующие в проекте, получили бесценный опыт. Среди участников проекта Multics были Кен Томпсон и Деннис Ритчи, будущие авторы первой версии UNIX.
Возникновение операционной системы UNIX
После прекращения проекта Multics, Кен Томпсон, Деннис Ритчи и некоторые другие сотрудники Bell Labs продолжили исследовательскую работу в области операционных систем, и вскоре предложили идею усовершенствованной файловой системы. По счастливому стечению обстоятельств, компания Bell Labs в то время испытывала острую потребность в удобных и эффективных средствах ведения документации, и новая файловая система могла здесь оказаться полезной.
В 1969 Кен Томпсон реализовал на машине PDP-7 операционную систему, включающую в себя новую файловую систему, а также специальные средства управления процессами и памятью, позволяющие работать на одной машине PDP-7 сразу двум пользователям в режиме разделения времени. Первыми пользователями новой операционной системы стали сотрудники патентного отдела Bell Labs.
Брайан Керниган предложил назвать новую систему UNICS – Uniplexed Information and Computing System. Название понравилось разработчикам, отчасти еще и потому, что напоминало Multics. Вскоре название стали записывать как UNIX – произносится также, но запись короче на одну букву. Это название дошло до настоящего времени.
В 1971 году, после переноса UNIX на PDP-11, была выпущена первая редакция документации, и новая операционная система появилась уже официально.
Первая редакция UNIX была написана на ассемблере, что накладывало определенные трудности при переносе операционной системы на другие платформы, поэтому для работы над второй редакцией UNIX, Кен Томпсон разработал собственный язык программирования B. Вторая редакция вышла в 1972 году и содержала программные каналы, позволяющие устанавливать взаимодействие между программами, одновременно выполняющимися на ЭВМ.
Появление операционной системы, написанной не на ассемблере, было революционным шагом в области системного программирования, но язык B содержал в себе ряд ограничений, сдерживающих его применение. Поэтому в 1973 году Деннис Ритчи разработал язык C, и операционная система была переписана на новом языке.
В 1975 году появилась первая коммерческая версия UNIX, известная как UNIX v.6 и UNIX начала свое триумфальное шествие по миру.
Основные этапы развития UNIX
1976. В университете г. Беркли сложилась группа студентов и профессоров, серьезна занявшаяся системой UNIX. В последствие группой университета Беркли основала собственную ветвь развития ОС UNIX – BSD UNIX (Berkeley Software Distribution). В ветви BSD впервые появились такие известные компоненты UNIX, как текстовый редактор vi, стек протоколов TCP/IP, страничный механизм в системе управления виртуальной памятью.
1977. Первый опыт по переносу UNIX на другую аппаратную платформу (отличную от PDP-11). В университете Воллонгонга в Австралии профессор Джюрис Рейндфельдс частично перенес UNIX на 32 разрядную машину.
1978. Томпсон и Ритчи в Bell Labs осуществили полный перенос UNIX на 32 разрядную машину. Перенос сопровождался существенными изменениями в организации системы, которые позволили упростить последующие переносы UNIX на другие платформы. Одновременно язык C был расширен практически до современного состояния.
1978. Специально для поддержки UNIX в Bell Labs создано подразделение USG (UNIX Support Group).
1982. USG выпустила UNIX System III, которая аккумулировала лучшие решения, представленные в различных версиях UNIX, известных к тому времени. Впервые представлены именованные программные каналы.
1983. Выход Unix System V. В ней впервые представлены семафоры, средства разделения памяти и очереди сообщений, а для повышения производительности использовано кэширование данных.
1984. USG преобразована в лабораторию по развитию UNIX – USDL (UNIX System Development Laboratories). Выпущена версия UNIX System V Release 2 (SVR2). В системе реализована возможность блокировки файлов и копирования совместно используемых страниц памяти при записи.
1986. Появление графического интерфейса для UNIX-подобных операционных систем – графическая система X Windows.
1987. USDL выпустила UNIX System V Release 3 (SVR3). Впервые представлены современные возможности межпроцессного взаимодействия, разделение удаленных файлов, обработка сигналов.
1989. Выход UNIX System V Release 4 (SVR4). UNIX впервые реализована на основе концепции микроядра. Введена поддержка процессов реального времени, и легковесных процессов.
Операционная система Linux
В настоящее время операционная система Linux переживает этап бурного развития. И хотя это молодая операционная система, возраст которой всего чуть более 10 лет, она уже успела получить признание многих тысяч пользователей.
У истоков операционной системы Linux стоял Линус Торвальдс, в то время студент-первокурсник, который в конце 1991 г. поместил в Интернет разработанную им микро операционную систему Linux и пригласил всех желающих принять участие в развитии этой системы. В результате к проекту подключилось множество талантливых программистов, и совместными усилиями большого числа людей, взаимодействующих через Интернет, была разработана весьма совершенная операционная система.
В основу Linux легли некоторые решения из UNIX BSD 4.2, и поэтому Linux обычно рассматривают как самостоятельную ветвь UNIX-подобных операционных систем.
В настоящее время Linux развивается в рамках технологии Open Source – открытых исходных текстов, доступных всем желающим. Любой человек может разработать и послать свои изменения или дополнения к Linux, а инсталляцию Linux можно получить бесплатно через Интернет.
В настоящее время Linux также разделился на несколько самостоятельных ветвей, между которыми все еще много общего, но есть отличия в реализации некоторых компонентов, как в ядре системы, так и в различных утилитах.
Операционная система Linux сейчас рассматривается многими людьми как серьезная альтернатива операционным системам семейства Windows. Система Linux устойчиво работает и обеспечивает высокую производительность. Единственное, что все еще сдерживает распространение Linux, это недостаточное число офисных прикладных программ, таких как текстовые процессоры или электронные таблицы. Но в последнее время количество таких программ неуклонно растет, а качество их пользовательских интерфейсов приближается к привычному для пользователей Windows.
Еще одна проблема системы Linux состоит в том, что она обычно отстает с поддержкой новейших аппаратных средств, но это тоже имеет свое объяснение. Разработчики этих аппаратных средств всегда предоставляют ведущим производителям операционных систем сведения о них еще до появления данного аппаратного средства на рынке, поэтому, например, Windows обычно обеспечивает поддержку новых аппаратных средств сразу же при их появлении на рынке. Авторитет системы Linux в среде разработчиков аппаратных средств неуклонно растет, поэтому можно надеяться, что проблема поддержки аппаратных средств скоро решиться.
Операционная система Windows
В настоящее время семейство операционных систем Windows – это наиболее массовые операционные система для персональных компьютеров. Все эти операционные системы имеют весьма схожий (и весьма совершенный!) графический интерфейс пользователя, но существенно различаются по внутреннему строению.
В семействе Windows, операционные системы Windows 95/98/Me представляют ветвь потребительских операционных систем, ориентированных, прежде всего, на домашнее использование, а система Windows XP в первую очередь ориентирована на 64-х битную платформу, и в 32-х битной реализации отличается от Windows 2000 в основном интерфейсом.
Современная операционная система Windows 2000 является типичной многозадачной операционной системой, поддерживающей виртуальную память, файловую систему, сеть, графический интерфейс пользователя, средства мультимедиа. Она прямо происходит от Windows NT и практически не имеет ничего общего с операционной системой MS-DOS, широко распространенной около десятилетия назад. Тем не менее, развитие операционных систем Microsoft происходило последовательно, и их историю логичнее всего начать именно от DOS.
1983. Выходит операционная система MS-DOS 2.0, включающая поддержку накопителя на жестком диске, файловой системы с иерархической структурой имен файлов, загружаемых драйверов устройств. В дальнейшем, все версии Windows, вплоть до Windows NT работали как надстройка над DOS версии не ниже 2.0, используя его файловую систему и системные функции для работы с аппаратурой компьютера.
1985. Выходит первая версия Windows – Windows 1.01. В то время Windows еще не является полноценной операционной системой и требует для своей работы операционную систему DOS 2.0. Система Windows 1.01 поддерживает только не перекрывающиеся окна и позволяет пользователям переключаться между программами без их перезапуска. К моменту появления Windows 1.01, на рынке уже представлено несколько графических оболочек для DOS, однако все они, как и Windows, не пользуются особой популярностью из-за отсутствия программ. Кроме того, работа в не перекрывающихся окнах неудобна.
1987. Выходит версия Windows 2.0, поддерживающая перекрывающиеся окна. Одновременно с выходом Windows 2.0 на рынке появляется электронная таблица Microsoft Excel и текстовый процессор Word 1.0 – по настоящему удобное программное обеспечение для Windows. Благодаря удобному графическому интерфейсу и наличию полезных прикладных программ, версия Windows 2.0 становится популярной, за пол года продано миллион копий.
1988. Выходит версия Windows 2.1, поддерживающая расширенную память на процессоре 80286 и многозадачность на процессоре 80386. Для этой версии становится обязательным наличие в составе компьютера накопителя на жестком магнитном диске (до этого достаточно было дискет).
1990. Выходит версия Windows 3.0. Она запускается в защищенном режиме процессора и поддерживает свопинг для программ и данных, основанный на дескрипторах блоков памяти. При этом, пока данные из некоторого блока памяти не требуются, система может по своему усмотрению перемещать этот блок в памяти и даже сбрасывать на диск его данные. Но когда эти данные понадобятся какой либо программе, она должна указать это системе и передать ей дескриптор блока памяти для идентификации требуемого блока (при выделении блока памяти система возвращает его дескриптор). Получив требование на доступ к памяти, система блокирует данный блок в памяти и передает приложению указатель на начало блока. Система больше не может перемещать этот блок памяти, пока приложение не проинформирует ее, что обращение к данным из этого блока памяти больше не требуется. Начиная с версии Windows 3.0 программы MS-DOS могут запускаться в окне.
1992. Выходит версия Windows 3.1, которая представляет собой просто дальнейшее усовершенствование Windows 3.0, но это первая версия Windows, получившая широкое распространение в России. Вскоре Windows 3.1 становится самой популярной по числу инсталляций системой в США и удерживает первенство вплоть до 1997 года.
1993. Выходит версия Windows 3.11, дополненная поддержкой сети (электронная почта, совместный доступ к файлам, рабочие группы).
1993. Выходит операционная система Windows NT (NT – New Technology) – первая полноценная операционная система семейства Windows, не требующая для своей работы базиса в виде MS-DOS. Для работы Windows NT требуется процессор не ниже 80386, в ней реализована полноценная виртуальная память, вытесняющая многозадачность, новая файловая система. Начиная с Windows NT, разделились потребительская и профессиональная ветви.
1995. Выходит операционная система Windows 95, являясь дальнейшим развитием Windows 3.11, она становится первой потребительской версией Windows, не требующей для своей работы DOS. В Windows 95 впервые представлен новый графический интерфейс пользователя, очень удобный, интуитивно понятный, он выводит Windows на первое место в мире по удобству использования и качеству пользовательского интерфейса.
1996. Выходит операционная система Windows NT4. Она является дальнейшим развитием Windows NT и получает пользовательский интерфейс Windows 95. В скором времени операционная система Windows NT4 станет одной из самых популярных для профессиональной работы.
2000. Выходит операционная система Windows 2000. Она в основном унаследовала внутреннюю архитектуру Windows NT, но было введено ряд дополнительных сервисов, например, поддержка распределенных вычислений.
2000. Выходит операционная система Windows Me, являющаяся дальнейшим развитием Windows 95/98. Однако объявлено, что она станет последней потребительская версией Windows. Отделившаяся в 1993 году потребительская ветвь вновь сливается с профессиональной, и дальше будет развиваться единая ветвь Windows XP.
и т.д. и т.п.
2006. Vista
ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАТИКИ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Информатика »
«Назначение, эволюция и классификация операционных систем»
Исполнитель:
Смертин Николай Олегович
Специальность Менеджмент организации
Группа 2 (ФНО)
№ зачетной книжки 10ММД46177 Руководитель:
Хохлова Ольга Александровна
Архангельск – 2011
Введение…………………………………………………………………………… 3
1. Назначение, эволюция и классификация операционных систем…………… 4
Введение……………………………………………………………………… 4
1.1. Назначение операционных систем…………………………………….. 5
1.2. Классификация операционных систем………………………………… 11
1.3. Эволюция операционных систем………………………………………. 13
Заключение…………………………………………………………………… 15
2. Практическая часть……………………………………………………………...16
2.1. Общая характеристика задачи………………………………………….. 16
2.2. Описание алгоритма решения………………………………………….. 18
Список литературы…………………………………………………………………21
Приложения………………………………………………………………………. 22
Введение
Выбор темы контрольной работы «Назначение, эволюция и классификация операционных систем» обусловлен тем, что операционные системы являются одним из важнейших компонентов современных компьютеров, и, в случае отсутствия данного компонента, персональный компьютер, каким мы его знаем сегодня, превращается в обычную печатную машинку. Благодаря новейшим операционным системам, работа на персональном компьютере становится легкой и доступной всем.
В ходе контрольной работы будут раскрыты вопросы назначения операционных систем, как комплекса взаимосвязанных системных программ; определены основные требования, предъявляемые к операционным системам; выделены те функции, которые присущи всем операционным системам; проведена основная классификация и раскрыт вопрос истории создания систем.
В практической части контрольной работы на основании исходных данных будет сформирована ведомость зарплаты организации. В ходе выполнения практической части будут использованы табличный процессор MS Excel, мастер сводных таблиц и диаграмм, изучены возможности функции ПРОСМОТР().
Работа выполненана ПКIntelPentiumIV – 2,4 ГГц/ 1024 МbRAM/ 80 GbHDD/ RW/DVD 52x32x52x/ FDD 1,44
Для выполнения работы использовались следующие программы:
1. Операционнаясистема – Microsoft Windows XP Professional
2. Текстовый редактор «MSWord – 2007»
3. Табличный процессор «MSExcel– 2007»
1. Назначение, эволюция и классификация операционных
систем.
План
Введение
1.1. Назначение операционных систем
1.2. Классификация операционных систем
1.3. Эволюция операционных систем
Заключение
Введение
Первые ПК не имели операционной системы и были похожи на игровые приставки: при включении компьютера в сеть процессор обращался к ПЗУ, в котором была записана программа поддержки несложного языка программирования. Подключив к компьютеру магнитофон можно было загрузить постороннюю программу. Загруженная программа отключала ПЗУ и далее работа компьютера происходила под управлением загруженной программы.
Серьезная необходимость в операционных системах возникла, когда к персональным компьютерам стали подключать дисководы. Дисковод отличается от магнитофона тем, что это устройство свободного доступа, а магнитофон – устройство последовательного доступа. С магнитного диска можно загрузить любую программу. Поэтому команды загрузки стали очень сложными. Надо было указывать номер дорожки и номер сектора, в котором находится то, что надо загрузить. Выход был найден. Была написана программа, которая переводит названия программ и файлов в номера дорожек и секторов. Человек мог загружать то, что ему нужно, пользуясь только названиями. Эта программа и стала дисковой операционной системой.
В дальнейшем операционные системы развивались параллельно с аппаратным обеспечениеми стали представлять собой совокупность программ, выполняющих две функции: предоставление пользователю удобств виртуальной машины и повышение эффективности использования компьютера при рациональном управлении его ресурсами. В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами.
1.1 Назначение операционных систем
Операционная система - это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого - организация взаимодействия пользователя с компьютером, управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования. Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны. Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Операционная система скрывает от пользователя сложные ненужные подробности управления аппаратурой, образуя прослойку между ними, в результате чего люди освобождаются от очень трудоёмкой работы по организации взаимодействия с аппаратурой компьютера.
Главным требованием, предъявляемым к операционной системе, являетсясложная задача организации эффективного совместного использования ресурсов несколькими процессами, 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.
Современная ОС, как правило, должна поддерживать мультипрограммную обработку, виртуальную память, многооконный графический интерфейс пользователя, а также выполнять многие другие необходимые функции и услуги. Кроме этих требований функциональной полноты к операционным системам предъявляются не менее важные эксплуатационныетребования:
· Расширяемость. В то время как аппаратная часть компьютера устаревает за несколько лет, полезная жизнь операционных систем может измеряться десятилетиями. Поэтому операционные системы всегда изменяются со временем эволюционно, и эти изменения более значимы, чем изменения аппаратных средств. Изменения ОС обычно заключаются в приобретении ею новых свойств, например поддержке новых типов внешних устройств или новых сетевых технологий. Если код ОС написан таким образом, что дополнения и изменения могут вноситься без нарушения целостности системы, то такую ОС называют расширяемой. Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС, при которой программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через функциональный интерфейс;
· Переносимость. В идеале код ОС должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которые различаются не только типом процессора, но и способом организации всей аппаратуры компьютера) одного типа на аппаратную платформу другого типа. Переносимые ОС имеют несколько вариантов реализации для разных платформ, такое свойство ОС называют также многоплатформенностъю;
· Совместимость. Существует несколько «долгоживущих» популярных операционных систем, для которых наработана широкая номенклатура приложений. Некоторые из них пользуются широкой популярностью. Поэтому для пользователя, переходящего по тем или иным причинам с одной ОС на другую, очень привлекательна возможность запуска в новой операционной системе привычного приложения. Если ОС имеет средства для выполнения прикладных программ, написанных для других операционных систем, то про нее говорят, что она обладает совместимостью с этими ОС. Следует различать совместимость на уровне двоичных кодов и совместимость на уровне исходных текстов. Понятие совместимости включает также поддержку пользовательских интерфейсов других ОС;
· Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда предсказуемыми, а приложения не должны иметь возможности наносить вред ОС. Надежность и отказоустойчивость ОС прежде всего определяются архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также качеством ее реализации (отлаженностью кода). Кроме того, важно, включает ли ОС программную поддержку аппаратных средств обеспечения отказоустойчивости, таких, например, как дисковые массивы или источники бесперебойного питания;
· Безопасность. Современная ОС должна защищать данные и другие ресурсы вычислительной системы от несанкционированного доступа. Чтобы ОС обладала свойством безопасности, она должна как минимум иметь в своем составе средства определения легальности пользователей, предоставления легальным пользователям дифференцированных прав доступа к ресурсам, а так же обладать фиксации всех «подозрительных» для безопасности системы событий. Свойство безопасности особенно важно для сетевых ОС. В таких ОС к задаче контроля доступа добавляется задача защиты данных, передаваемых по сети;
· Производительность. Операционная система должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. На производительность ОС влияет много факторов, среди которых основными являются архитектура ОС, многообразие функций, качество программирования кода, возможность исполнения ОС на высокопроизводительной (многопроцессорной) платформе;
Первый период (1945 -1955)
Создание первых цифровых вычислительных машин произошло после второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа в области вычислительной техники, а не использование компьютеров в качестве инструмента решения каких-либо практических задач из других прикладных областей. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. Не было никакого другого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм. Первые машины были очень дорогими, и было важно использовать их как можно эффективней. Первые системы имели основные проблемы:
– машинное время стоило очень дорого, и возникали трудности с определением необходимого количества машинного времени для выполнения той или иной задачи. Необходимо было рассчитать время работы компьютера, таким образом, чтоб его хватило на выполнение программы, и при этом компьютер не простаивал бы, если выполнение программы заканчивалось быстрее, чем было запланировано.
Запуск программы (задание – job) требовал большой подготовительной работы – загрузки в память компилятора и программы, сохранения, загрузки и компоновки объектного кода с библиотечными функциями. При возникновении ошибки на одном из этапов весь подготовительный процесс приходилось начинать заново.
Такой режим работы назывался последовательной обработкой данных.
Второй период (1955 - 1965)
С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов. Компьютеры второго поколения стали более надежными, теперь они смогли непрерывно работать настолько долго, чтобы на них можно было возложить выполнение действительно практически важных задач. Чтобы повысить эффективность работы была предложена концепция пакетной обработки данных. Суть концепции состоит в том, что все программы на перфоносителе (карте или ленте) передавались оператору компьютера, который собирал задания в пакеты и помещал их в устройства ввода данных. Программы передавались в управление монитору (monitor), который автоматизировал запуск одной программы за другой. Его работа основана на возможности процессора выбирать команды из различных областей основной памяти. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем и стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Первые пакетные системы были разработаны в середине 50-х годов компанией General Motors для машин IBM 701. В начале 60-х годов была разработана пакетная операционная система IBSYS фирмы IBM, разработанная для компьютеров 7090/7094.
Третий период (1965 - 1981)
В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что дало гораздо большие возможности новому, третьему поколению компьютеров. Для этого периода характерно также создание семейств программно-совместимых машин. Первым семейством программно-совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, явилась серия машин IBM/360. Построенное в начале 60-х годов это семейство значительно превосходило машины второго поколения по критерию цена/производительность. Вскоре идея программно-совместимых машин стала общепризнанной. Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразных периферийных устройств. Первые подобные ОС создавались на машинно-ориентированных языках и содержали огромное количество ошибок. Однако, несмотря на огромные размеры исходных кодов и множество проблем, OS/360 и другие ей подобные операционные системы машин третьего поколения действительно удовлетворяли большинству требований потребителей. Важнейшим достижением ОС данного поколения явилась реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ . Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.
Другое нововведение - спулинг (spooling). Спулинг в то время определялся как способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым 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.
Наряду с мультипрограммной реализацией систем пакетной обработки появился новый тип ОС - системы разделения времени . Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины. Одной из первых ОС разделения времени была система CTSS, разработанная в Массачусетском технологическом университете. Первоначально разработана для IBM 709.
Четвертый период (1981 - настоящее время)
Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В эти годы произошло резкое возрастание степени интеграции и удешевление микросхем. Компьютер стал доступен каждому пользователю - наступила эра персональных компьютеров. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры ничем не отличались от класса миникомпьютеров типа PDP-11, но их цена была значительно ниже. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения, то есть такого пользовательского интерфейса, который удовлетворил бы большинство пользователей - неспециалистов.
На рынке операционных систем доминировали две системы: MS-DOS и UNIX. Однопрограммная однопользовательская ОС MS-DOS широко использовалась для компьютеров, построенных на базе микропроцессоров Intel 8088, а затем 80286, 80386 и 80486. Мультипрограммная многопользовательская ОС UNIX доминировала в среде компьютеров, построенных на базе высокопроизводительных RISC-процессоров.
В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС. При работе сетевых ОС на первый план выходит задача реализации пользовательского интерфейса и подмена реальной аппаратуры компьютерной сети.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Конспект лекций по дисциплине Операционные системы и среды
Астраханской области среднего профессионального образования.. Астраханский колледж вычислительной техники.. Конспект лекций по дисциплине Операционные системы и среды семестр..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Определение операционной системы
Операционная система определяет облик всей вычислительной системы. Сегодня существует большое количество операционных систем, каждая из которых обладает своими особенностями реализации пользователь
Требования к современным операционным системам
Современные операционные системы отвечают требованиям постоянно развивающегося аппаратного и программного обеспечения. Они способны управлять работой мультипроцессорных систем, сетевых компонентов
Ядро и вспомогательные модули ОС
Современные ОС имеют архитектуру, основанную на разделении всех ее модулей на две группы:
- ядро – модули, выполняющие основные функции ОС;
- модули, выполняющие вспомог
Работа ядра в привилегированном режиме
Для того чтобы обеспечить высокую надежность и стабильность работы операционная системадолжна занимать более привилегированное положение по отношению к обычным приложениям. Операционная система дол
Многослойная структура ОС
Вычислительная система, работающая под управлением ОС на основе ядра, может быть изображена в виде трех иерархически расположенных слоев: нижний слой - аппаратура, промежуточный - ядро, а верхний -
Концепция микроядерной архитектуры
Микроядерная архитектура является альтернативой рассмотренному выше способу построения операционной системы, в соответствии с которой все основные функции операционной системы, составляющие многосл
Понятия вычислительного процесса и ресурса
Процесс (или задача) - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. После
Создание процессов и потоков
К созданию процесса могут привести следующие события - необходимость выполнения некоторой функции, которая требуется для программы пользователя (создание процесса операционной системой) или распара
Управляющая информация процесса
o Информация по планированию и состоянию – включает информацию о состоянии процесса, приоритете процесса, об используемом алгоритме планирования, информация о событии, из-за которого процесс находи
Состояния процессов
В многозадачной (многопроцессной) системе процесс может находиться в одном из пяти основных состояний (рис.2.2.):
- ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого процесс обла
Вытесняющие и невытесняющие алгоритмы планирования
Non-preemptive multitasking - невытесняющая многозадачность - это способ планирования процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он по собственной инициативе, не от
Алгоритмы планирования, основанные на квантовании
В основе многих вытесняющих алгоритмов планирования лежит концепция квантования. В соответствии ней каждому процессу поочередно для выполнения предоставляется ограниченный непрерывный период процес
Алгоритмы планирования, основанные на приоритетах
Обслуживание процессов на основании приоритетов предполагает наличие у потоков некоторой изначально известной характеристики – приоритета, на основании которой определяется порядок их выполнения.
Управление процессами и потоками в Windows 2000
Процессы в ОС W2K организованы так, чтобы обеспечить поддержку различных операционных сред. К важным характеристикам процессов в ОС относят реализацию процессов как объектов, возможность порождения
Процессы в Linux
В ОС Linux используются две категории процессов: системные и пользовательские. Для их выполнения требуются два режима - пользовательский и режим ядра. Пользовательские процессы выполняются как в по
Типы прерываний
Во всех компьютерах предусмотрена реализация механизма прерываний, с помощью которого устройства могут прервать нормальную работу процессора.
В зависимости от источника прерывания делятся
Обработка прерываний
Прерывание вызывает ряд событий, которые происходят как в аппаратном, так и в программном обеспечении. На рис. 1.6 показана типичная последовательность этих событий. После завершения работы устройс
Цели и средства синхронизации
Основные вопросы, возникающие перед разработчиками операционных систем, связаны, в основном, с управлением процессами и потоками. Необходимо учитывать, что к современным ОС предъявляются, как миним
Методы борьбы с тупиками
Проблема тупиков является чрезвычайно серьезной и сложной. Борьба с тупиковыми ситуациями основывается на одной из трех стратегий:
- предотвращение тупиков;
- обход тупиков;
Типы адресов
Для идентификации переменных и команд используются символьные имена (метки), виртуальные адреса и физические адреса.
Символьные имена присваивает пользователь при написании программ
Понятие виртуальной памяти
Необходимым условием для того, чтобы программа могла выполняться, является ее расположение в оперативной памяти. Большое количество задач, необходимое для высокой загрузки процессора, требует больш
Страничное распределение памяти
На рисунке 3.3. показана схема страничного распределения памяти. Виртуальное адресное пространство каждого процесса делится на части одинакового, фиксированного размера, называемые виртуальными стр
Сегментное распределение памяти
При страничной организации виртуальное адресное пространство процесса делится механически на равные части. Это не позволяет дифференцировать способы доступа к разным частям программы (сегментам), а
Организация ввода - вывода данных
Конфигурация памяти компьютера определяется тремя основными параметрами: объем, быстродействие и стоимость. Объем памяти является такой характеристикой, что в любом случае хотелось бы иметь ее как
Принцип действия кэш-памяти
Рассмотрим одну из возможных схем кэширования (рис. 1.8.). Содержимое кэш-памяти представляет собой совокупность записей обо всех загруженных в нее элементах данных из основной памяти. Каждая запис
Внутреннее устройство кэша
Рассмотрим основные элементы кэша. При изучении вопросов внутреннего устройства кэша имеет значение:
- размер кэша;
- размер блока;
- функция отображения;
- алго
Ввод-вывод с использованием прерываний
Проблема программируемого ввода-вывода состоит в том, что процессор должен долго ждать, пока контроллер ввода-вывода будет готов читать или принимать новые данные. Во время ожидания процессор долже
Прямой доступ к памяти
Хотя ввод-вывод, управляемый прерываниями, более эффективен, чем простой программируемый ввод-вывод, он все еще занимает много процессорного времени для передачи данных между памятью и контроллером
Физическая организация устройств ввода-вывода
Устройства ввода-вывода делятся на два типа: блок-ориентированные устройства и байт-ориентированные устройства. Блок-ориентированные устройства хранят информацию в блоках фиксированного разм
Согласование скоростей обмена и кэширование данных
При обмене данными всегда возникает задача согласования скорости. Например, если один пользовательский процесс вырабатывает некоторые данные и передает другому процессу через оперативную память, то
Физическая организация накопителей на МД
Любой накопитель на магнитном диске имеет один или несколько физических дисков на одной оси с перемещающимся вдоль радиуса блоком головок, по одной на каждую рабочую поверхность (рис. 4.4).
Принципы записи информации на МД
Дисковая память для файлов не резервируется, а выделяется по мере необходимости. Такоймеханизм распределения памяти называется динамическим. Чем больше размер кластера, тем нерациональнее используе
Системы управления файлами
Файл - это именованная область памяти на каком-либо физическом носителе, предназначенная для хранения информации.
Систему управления файлами составляет программное обеспечение, пред
Файловая система FAT
Жесткий диск, имея значительно больший объем, чем гибкий МД, имеет и более сложную структуру - он может быть разбит на несколько разделов, выступающих в системе как самостоятельные (логические) дис
Основные логические области диска
Стартовый сектор (сектор начальной загрузки, Вооt - сектор),
Таблица размещения файлов (FAT - File Allocation Table),
Корневой Каталог (Root-Directory),
Область данных (о
Ключевые возможности NTFS
NTFS представляет собой гибкую и мощную файловую систему, которая, как мы увидим, построена на простой и элегантной модели. К наиболее достойным внимания особенностям NTFS относятся следующие:
Том NTFS и файловая структура
NTFS использует следующие концепции дискового хранения:
Сектор. Наименьшая единица физического хранения на диске. Размер данных в байтах является степенью двойки и почти всегда раве
Физическая организация s5 и ufs
Файловые системы s5 и ufs используют очень близкую физическую модель. Это не удивительно, так как ufs является развитием системы s5.
При изучении данной темы вместо понятия кластер будет и
Проверка доступности сетевых служб
В случае обнаружения проблем с той или иной сетевой службой, для проверки ее доступности используют различные средства диагностики, в зависимости от их наличия в данной ОС.
Настройка имени компьютера и рабочей группы
В сетевом окружении каждый компьютер имеет своё имя. Это имя можно Вы можете выбрать сами. Рекомендуется ассоциировать имя компьютера с Вашими именем или фамилией, никнеймом, однако, в общем случае
Диагностика сетевых настроек
В случае обращения пользователя в службу поддержки по какой либо причине связанной с функционированием сети, инженер службы поддержки может запросить у пользователя настройки его компьютера связанн
Системный подход к обеспечению безопасности
Построение и поддержка безопасной системы требует системного подхода. В соответствии с этим подходом прежде всего необходимо осознать весь спектр возможных угроз для конкретной сети и для каждой из
Политика безопасности
Важность и сложность проблемы обеспечения безопасности требует выработки политики информационной безопасности, которая подразумевает ответы на следующие вопросы:
Какую информацию защищать?
Обзор Windows 2000
Windows 2000 - это многоцелевая ОС со встроенной поддержкой одноранговых сетей и сетей с выделенным сервером. Реализованные в ней техтехнологии позволяют снизить совокупную стоимость владения (tota
Управление
Windows 2000 позволяет создать более согласованную среду для конечных пользователей, обеспечив их необходимыми программами, данными
и параметрами ОС. Следует отметить следующие новинки в у
Поддержка аппаратуры
Microsoft Windows 2000 Professional в настоящее время поддерживает более 7 тыс. моделей устройств, включая устройства инфракрасной связи, сканеры, цифровые камеры и современные мультимедийные устро
Асимметричная многопроцессорная обработка
Также существуют асимметричные многопроцессорные ОС, в которых процессоры используют разные области физической памяти или имеют другие отличия. Эти системы могут выполнять только отдельный процесс
Безопасность
Windows 2000 Professional - наиболее защищенная настольная ОС семейства Windows. Вот некоторые отличительные особенности и усовершенствования в области безопасности, которыми она отличается.
Домены и рабочие группы
Windows 2000 поддерживает защищенную сетевую среду, в которой пользователю может быть предоставлен доступ к общим ресурсам, вне зависимости от размера сети. Windows 2000 поддерживает сети двух типо
Перед началом установки
Прежде всего изучите аппаратные требования для установки Windows 2000 Professional и убедитесь, что ваш компьютер удовлетворяет этим требованиям; определите, входят ли ваши аппаратные средства в сп
Файловые системы
После создания установочного раздела Setup предложит выбрать файловую систему под которую будет отформатирован этот раздел. Windows 2000 поддерживает три файловые системы: NTFS, FAT и FAT32.
Лицензирование
Помимо лицензий на использование Windows 2000 Server и лицензий на использование ОС на каждом клиентском компьютере, каждое клиентское подключение к серверу должно быть также лицензировано.
Использование консоли управления и Task Scheduler
Основными средствами администрирования Microsoft Windows 2000 являются консоль управления (ММС), Task Scheduler (Планировщик задач) и Control Panel (Панель управления).
Консоль упр
Папка Administrative Tools
По умолчанию Windows 2000 сохраняет файлы пользовательских консолей с расширением.msc в папке Administrative Tools (Администрирование). Даже после того, как для нового пользователя, зарегистрирова
Оснастки
Оснастка- это средство администрирования, включенное в ММС. Существует два вида оснасток: изолированные и расширения. Изолированная оснастка применяется для выполнения задач
Создание и изменение профиля оборудования
Для создания и изменения профилей оборудования применяется программа System (Система) из Control Panel (Панель управления). Чтобы посмотреть список доступных профилей дважды щелкните значок System
Активизация профиля оборудования
Если в списке Available Hardware Profiles (Имеющиеся профили оборудования) присутствует два или более профилей, то во время загрузки вам будет предложено выбрать один из них. Вы можете задать время
Виртуальная память
Модель памяти Windows 2000 основана на плоском линейном 32-разряд- ном адресном пространстве. Для управления памятью Windows 2000 использует систему управления виртуальной памятью (virtual memory m
Виртуальное адресное пространство
Виртуальный адрес (virtual address) - это адресное пространство, которое приложение использует для ссылки на память. Когда в Windows 2000 запускается процесс, VMM предоставляет ему 4 Гб виртуальног
Подкачка
Процесс перемещения данных в ОЗУ и обратно называется подкачкой (paging). Когда физическая память заполняется и потоку требуется доступ к коду или данным, отсутствующим в настоящий момент в ОЗУ, VM
Размер файла подкачки
Когда вы устанавливаете Windows 2000, Setup создает файл подкачки виртуальной памяти Pagefile.sys; в системном разделе. Минимальный размер файла подкачки составляет 2 Мб, Рекомендуемый размер файла
Повышение производительности
Вы можете улучшить производительность вашей системы несколькими способами. Во-первых, если на компьютере установлено несколько жестких дисков, можно создать файл подкачки для каждого из них. Распре
Поддеревья реестра
Чтобы быстро найти определенные разделы и значения в реестре, следует знать назначение каждого поддерева. На рис. 5-3 редактором реестра отображаются следующие пять поддеревьев:
HKEY_LOCAL
Программа Regedt32.exe
Setup размещает редактор реестра (программу Regedt32.exe) в папке systemroot\&yst&m32. Однако, поскольку большинство пользователей не редактирует реестр, он не появляется в меню Stan (Пуск)
Базовая структура
Традиционный промышленный стандарт предусматривает разбиение жесткого диска на разделы (рис. 6-1). Раздел (partition) - это часть диска, функционирующая как самостоятельное хранилище данных. В Wind
Установка и конфигурирование сетевых протоколов
Пакет протоколов TCP/IP
Пакет протоколов TCP/IP обеспечивает межсетевое взаимодействие компьютеров с разной аппаратной архитектурой и операционными системами. Реализация протокола TCP/IP,
Совместное использование утилит ipconfig и ping
Совместно применяя ipconng и ping, можно проверять конфигурацию
компьютера и тестировать соединения с маршрутизатором.
Пространство имен
Active Directory, как и любая другая служба каталогов, прежде всего представляет собой пространство имен. Пространство имен (namespace) - это любая ограниченная область, в которой может быть разреш
Локальные учетные записи
Локальная учетная запись позволяет пользователю войти в систему и получить доступ к ресурсам только того компьютера, на котором создана эта запись (рис. 10-1). При создании локальной учетной записи
Правила именования учетных записей
Прежде всего, нужно знать, как пользователи идентифицируются в домене. Логичные и последовательные правила помогут вам и вашим пользователям запомнить имена для входа в систему и найти их в списках
Требования к паролям
Чтобы упорядочить доступ к ресурсам системы, каждой учетной записи надо сопоставить пароль. Перечислим основные принципы назначения паролей.
- Всегда назначайте пароль для учетной записи A
Локальные группы
Локальная группа (Local group) - это набор учетных записей пользователей на локальном компьютере, предназначенный для предоставления разрешений доступа к ресурсам на компьютере, где эта группа созд
Разрешения доступа к общим папкам
Change Создавать палки, добавлять к ним файлы, изменять и (Изменение) добавлять данные в файлах, изменять атрибуты файла, удалять папки (файлы) и выполнять действия, допускаемые разрешением Read.
Применение разрешений доступа к общей папке
Вид доступа к обшей папке зависит от разрешений, назначенных учетным записям пользователей и групп. Далее рассматриваются последствия применения разных разрешений.
- Несколько разрешений с
Основные правила назначения разрешений на доступ к общей папке
Основные правила назначения разрешений на доступ к общей папке можно сформулировать следующим образом.
Определите группы, которым необходим доступ к данному ресурсу, и требуемый уров
Папки программ
Общие папки программ (application folders) применяют для серверных приложений, к которым может обращаться компьютер клиента. Главный плюс общих приложений в том, что вам не нужно устанавливать и по
Назначение разрешений доступа к общей папке
Открыв доступ к папке, надо назначить соответствующие разрешения учетным записям пользователей и группам.
1. На вкладке Sharing (Доступ) диалогового окна свойств папки щелкните кнопку Perm
Подключение к общей папке
Подключаться к общей папке можно с помощью команды Run (Выполнить), значка My Network Places (Мое сетевое окружение) или мастера Map Network Drive (Подключение сетевого диска). В последнем случае с
Основы политики аудита
Планируя политику аудита, вы должны определить, на каких компьютерах будете устанавливать аудит. По умолчанию аудит отключен. По мере выбора компьютеров для аудита вы можете также запланировать, ка
Существуют следующие основные направления политики аудита
1. Определитесь, нужно ли отслеживать тенденции использования системы. Если да, то планируйте архивировать журналы событий. Это позволит, например, просмотреть, как используются системные ресурсы,
Архивация Windows
В Windows 2000 имеются инструменты архивации и восстановления - программа Backup. В состав программы входит Backup Wizard (Мастер архивации) - служебная программа, существенно облегчающая архивиров
Планирование архивации
Архивация планируется и проводится в соответствии с потребностями и нуждами предприятия. Основная цель резервного копирования - возможность при необходимости восстановить данные, поэтому любой план
Типы архивации
Backup Wizard (Мастер архивации) предоставляет пять типов архивии, отличающихся выбором данных. Например, можно архивировать только файлы, которые изменились со времени последнего резервного копиро
Восстановление данных
Обеспечить успешное восстановление данных можно, только придерживаясь определенных правил, например таких, как полное документирование всех мероприятий по архивации.
Подгот
Выбор архивов и подлежащих восстановлению данных
Перед запуском восстановления необходимо выбрать нужные данные.
Можно выбирать как отдельные файлы или папки, так и целое задание архивации или несколько наборов. Архивный набор (backup se
Изучение возможностей утилиты cmd
Командная оболочка - это отдельный программный продукт, который обеспечивает прямую связь между пользователем и операционной системой (ОС). Текстовый пользовательский интерфейс в виде командной стр
Режимы работы
COMMAND.COM имеет два режима работы. Первый режим - интерактивный, когда пользователь вводит с клавиатуры команды, которые немедленно выполняются. Второй режим -пакетный, когда COMMAND.COM выполняе
Создание командных файлов
До сих пор, приводя примеры, мы считали, что всякий раз вводим команды вручную. При обработке большого количества файлов или при систематическом выполнении одних и тех же команд это становится обре
