Список вопросов к экзамену по дисциплине ОС 2013/14 уч. Год 1. Определение ОС. Назначение и функции операционной системы.
Операционная система – комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих взаимодействие пользователя с вычислительной системой, а также управления ресурсами вычислительной системы. Функции:
Предоставление пользователю вместо реальной аппаратуры виртуальной машины (виртуальной аппаратуры);
Повышенная эффективность использования аппаратуры путём рационального использования
ресурсов.
Ресурсы: память, процессорное время, устройства ввода\вывода.
ОС регулирует конфликты, возникающие между процессами при разделении ресурсов. ОС удовлетворяет запросы на ресурсы, учитывая их свободность или занятость.
2. Место ОС в структуре вычислительной системы.
Вычислительная система – программно-аппаратный комплекс, который предоставляет услуги пользователю.
Рисунок 1. Структура вычислительной системы
Прикладные программы
Системы программирования
Управление логическими устройствами
Управление физическими устройствами
Аппаратные средства
Таблица 1. Вычислительная система
Аппаратные средства – нижний уровень - это аппаратура, то, что делается из металла, пластика и прочих материалов, используемых для производства «железа» компьютера.
Управление физическими устройствами осуществляют программы, ориентированные на качества и свойства аппаратуры, взаимодействующие с аппаратными структурами, знающие «язык» аппаратуры.
Реактивность (гарантированное время реакции системы на то или иное событие)
Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, т.е. решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требования к системным ресурсам; из этого пакета формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие разные требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины. Выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающийся в системе. Следовательно, в вычислительных системах, работающих под управлением пакетных ОС, невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.
Цель планирования в системах разделения времени - повышение удобства и эффективности работы пользователя. В системах разделения времени пользователям (или одному пользователю) предоставляется возможность интерактивной работы сразу с несколькими приложениями. ОС принудительно периодически приостанавливает приложения, не дожидаясь, когда они добровольно освободят процессор. Всем приложениям попеременно предоставляется квант процессорного
Интерактивные ОС (ОС разделения времени)
ОС реального времени
Класс ОС
ОС пакетной обработки
Удобство работы пользователя
Критерии эффективности и классы ОС.
разрешение конфликтов между процессами
отслеживание состояния и учёт использования ресурса
удовлетворение запросов на ресурсы
планирование ресурса (когда, кому и в каком объёме)
например, компакт-диск)
Управление ресурсами включает в себя решение следующих задач:
Уровень управления логическими устройствами ориентирован на пользователя, предназначен для сглаживания аппаратных особенностей устройств. Команды этого уровня обращены к предыдущему слою.
Система программирования – это комплекс программ для поддержки всего технологического цикла разработки программного обеспечения.
Прикладные программы предназначены для решения некоторых задач в конкретных областях знаний. К ОС относят второй и третий уровень пирамиды.
3. Понятие ресурса. Управление ресурсами в вычислительной системе.
Ресурс – всякий объект, который может распределяться внутри ОС.
процессоры (процессорное время)
периферийные устройства (диски, таймеры, наборы данных, принтеры, сетевые устройства и
Ресурсы могут быть:
разделяемые (несколько процессов используют их одновременно) и неделимые
выгружаемые (могут быть отобраны у процесса без негативных последствий – например, оперативная память) и невыгружаемые (принудительная выгрузка приводит к сбою –
времени, таким образом, что пользователи, запустившие программы на выполнение, получают возможность поддерживать с ними диалог.
ОС реального времени предназначены для управления различными техническими объектами или технологическими процессами. В таких системах мультипрограммная смесь обычно представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется по прерываниям (исходя из состояния управляемого объекта) или в соответствии с расписанием плановых работ. Критерий эффективности работы ОС реального времени – способность системы выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (реактивность системы).
5. Эволюция ОС.
Первый период (1945 -1955). В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства (в США и Великобритании), в СССР первая ламповая вычислительная машина появилась в 1951 году. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Элементная база – электронные лампы и коммуникационные панели. Операционных систем не было, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную программистом с пульта управления. Системное программное обеспечение - библиотеки математических и служебных подпрограмм.
Второй период (1955 - 1965). С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов (транзисторы). В эти годы появились первые алгоритмические языки и, следовательно, первые системные программы - компиляторы. Стоимость процессорного времени возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработки, увеличивающие коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. Был разработан формальный язык управления заданиями. Появился механизм виртуальной памяти.
Третий период (1965 - 1975). Переход к интегральным микросхемам. Создание семейств программно-совместимых машин (серия машин IBM System/360, советский аналог - машины серии ЕС). В этот период времени были реализованы практически все основные концепции, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, многотерминальный режим, виртуальная память, файловая система, разграничение доступа и сетевая работа. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режим работы, специальные регистры для переключения контекстов, средства защиты областей памяти и система прерываний. 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. Появился новый тип ОС - системы разделения времени. В конце 60-х годов начаты работы по созданию глобальной сети ARPANET, ставшей отправной точкой для Интернета. К середине 70-х годов широкое распространение получили мини-компьютеры. Их архитектура была значительно упрощена по сравнению с мейнфреймами, что нашло отражение и в их ОС. Экономичность и доступность мини-компьютеров послужила мощным стимулом к созданию первых локальных сетей. С середины 70-х годов началось массовое использование ОС UNIX. В конце 70-х был создан рабочий вариант протокола TCP/IP, в 1983 году он был стандартизирован.
Четвертый период (1980 - настоящее время). Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В эти годы произошел резкий рост степени интеграции и удешевление микросхем. Наступила эра персональных компьютеров. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами. Реализован графический интерфейс пользователя (GUI - Graphical User Interface), теория которого была разработана еще в 60-е годы. С
1985 года стала выпускаться Windows, это была графическая оболочка MS-DOS вплоть до 1995г., когда вышла полноценная ОС Windows 95. IBM и Microsoft совместно разработали операционную систему OS/2. Она поддерживала вытесняющую многозадачность, виртуальную память, графический пользовательский интерфейс, виртуальную машину для выполнения DOS-приложений. Первая версия вышла 1987 г. В дальнейшем Microsoft отказалась от OS/2 и приступила к разработке Windows NT. Первая версия вышла в 1993г.
В 1987г. была выпущена операционная система MINIX (прототип LINUX), она была построена по принципу микроядерной архитектуры.
В 80-е годы были приняты основные стандарты на коммуникационное оборудование для локальных сетей: в 1980 году –Ethernet, в 1985 – Token Ring, в конце 80-х – FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых ОС на нижних уровнях, а также стандартизировать интерфейс ОС с драйверами сетевых адаптеров.
В 90-е годы практически все ОС стали сетевыми. Появились специализированные ОС, предназначенные исключительно для решения коммуникационных задач (IOS компании Cisco Systems). Появление службы World Wide Web (WWW) в 1991 году придало мощный импульс развитию популярности Интернета. Развитие корпоративных сетевых операционных систем выходит на первый план. Возобновляется развитие ОС мейнфреймов. В 1991г. была выпущена LINUX. Чуть позже вышла FreeBSD (основой для нее послужила BSD UNIX).
6. Современный этап развития ОС.
В 90е годы практически все ОС стали сетевыми, эти функции включались в ядро. Полная совместимость с основными технологиями локальных и глобальных сетей. Особое внимание в течении всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым ОС. Их дальнейшее развитие представляет одну из наиболее важных задач и в обозримом будущем. Для таких сетей важно наличие средств централизованного администрирования и управления. Для них так же важно в силу их гетерогенности наличие и следование множеству стандартов.
Так же на современном этапе развития ОС на первый план вышли средства обеспечения безопасности. Огромное значение имеет многоплатформенность (переносимость). Повышается удобство работы человека с компьютером.
7. Функциональные компоненты ОС персонального компьютера.
1) Подсистема управления процессором: распределяет процессорное время, создает и уничтожает процессы, создает контекст процесса, наделяет процессы ресурсами, выполняет синхронизацию процессов, реализует межпроцессное взаимодействие.
2) Подсистема управления памятью: организует виртуальную память, отслеживает свободную и занятую память, выделение памяти процессам и освобождение её, настройка адресов программы на нужную область физической памяти, динамическое выделение памяти, защита памяти (аппаратно и программно), возможно дефрагментация памяти.
3) Подсистема управления файлами и внешними устройствами: хранение данных на дисках, организация параллельной работы устройств ввода\вывода, согласование скоростей обмена данных между процессором и устройствами, разделение устройств и данных между процессами, организация удобного интерфейса для других частей системы, поддержка широкого спектра драйверов и малого времени включения нужного драйвера при обнаружении нужного устройства, поддержка нескольких файловых систем, а так же синхронных и асинхронных операций.
4) Защита данных и администрирование: защита от сбоев аппаратуры (резервирование), ошибки ПО, защита от несанкционированного доступа, процедура логического входа (аутентификация), подтверждение прав доступа (авторизация), средства аудита
5) Прикладной программный интерфейс
Операционные системы: назначение и основные функции
Понятие Операционной системы
Операционная система (ОС) – комплекс программ, обеспечивающих взаимодействие всех аппаратных и программных частей компьютера между собой и взаимодействие пользователя и компьютера.
ОС обеспечивает целостное функционирование всех компонентов компьютера, а также предоставляет пользователю доступ к аппаратным возможностям компьютера. Операционная система является базовой и необходимой составляющей ПО компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.
Состав ОС
Структуру ОС составляют следующие модули:
базовый модуль (ядро ОС) - управляет работой программ и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами;
т .е. переводит команды с языка программ на язык «машинных кодов», понятый компьютеру
командный процессор - расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;
т .е. запрашивает у пользователя команды и выполняет их. Пользователь может дать, например, команду выполнения какой-либо операции над файлами (копирование, удаление, переименование), команду вывода документа на печать и т.д.
драйверы периферийных устройств - программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором (каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и в различном темпе);
т .е. специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами. Любому устройству соответствует свой драйвер.
дополнительные сервисные программы (утилиты) - делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером
т.е. такие программы позволяют обслуживать диски, выполнять операции с файлами, работать в компьютерных сетях и т.д.
Назначение Операционной системы
ОС предназначена для решения следующих задач:
обслуживания аппаратуры компьютера;
создания рабочей среды и интерфейса пользователя;
выполнения команд пользователя и программных инструкций;
организации ввода/вывода, хранения информации и
управления файлами и данными.
Согласно определению, все задачи, решаемые ОС, можно разбить на две группы:
предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной (т.е. реально не существующей) машины, с которой удобнее работать и которую легче программировать;
повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.
Функции Операционной системы
Основные функции:
Выполнение по запросу программ тех достаточно элементарных (низкоуровневых) действий, которые являются общими для большинства программ и часто встречаются почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
Обеспечение пользовательского интерфейса.
Сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов.
Дополнительные функции:
Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.
Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.
Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа.
Эволюция операционных систем и основные идеи
Предшественником ОС следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).
В 1950-60-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы.
Операционная система DOS
DOS – первая операционная система для персональных компьютеров, которая получила широкое распространение и была основной для компьютеров IBM PC с 1981 по 1995. Со временем она была практически вытеснена новыми, современными операционными системами Windows и Linux, но в ряде случаев DOS остается удобной и единственно возможной для работы на компьютере (например, в тех случаях, когда пользователь работает с устаревшей техникой или давно написанным программным обеспечением и т.п.)
С операционной системой DOS пользователи работают с помощью командной строки, у нее нет собственного графического интерфейса. ОС DOS позволила успешно работать с ПК на протяжении 15 лет, тем не менее, эту работу нельзя назвать удобной. DOSвыступала «посредником» между пользователем и компьютером и помогла превратить сложные команды обращения к дискам в более простые и понятные, но по мере развития сама «обросла» изобилием команд и стала сдерживать работу с компьютером. Так возникла необходимость в новом посреднике – так появились программы-оболочки.
Оболочка – это программа, которая запускается под управлением ОС и помогает пользователю работать с ОС. Программа-оболочка наглядно показывает всю файловую структуру компьютера: диски, каталоги, файлы. Файлы можно искать, копировать, перемещать, удалять сортировать, изменять и запускать всего несколькими клавишами. Одна из самых распространенных – Norton Commander(NC). В графических оболочках Windows 3.1 и Windows 3.11 применяется концепция так называемых «окон», которые можно открывать, перемещать по экрану, закрывать. Эти окна «принадлежат» различным программам и отражают их работу.
В DOS используется файловая система FAT. Одним из ее недостатков являются ограничения на имена файлов и каталогов. Имя может содержать не более 8 символов. Кроме того DOS не делает различий между одноименными строчными и прописными буквами.
Так как DOS была создана очень давно, она не соответствует требованиям, предъявляемым сегодня к современным операционным системам. Она не может напрямую использовать большие объемы памяти, устанавливаемые в современные компьютеры.
Операционная система MICROSOFT WINDOWS
Графические оболочки Widows 1.0, Widows 2.0, Widows 3.0, Widows 3.1 и Widows 3.11 запускались под управлением MS DOS, то есть не были самостоятельными операционными системами. Но поскольку с появлением Windows открылись новые возможности, Windows называют не оболочкой, а средой.
Среда Windows характеризуется следующими особенностями, отличающими ее от других программ-оболочек:
Многозадачность;
Единый программный интерфейс;
Единый интерфейс пользователя;
Графический интерфейс пользователя;
Единый аппаратно-программный интерфейс.
На смену операционной системе DOS с ее графическими оболочками Windows 3.1 и Windows 3.11 пришли полноценные операционные системы семейства MS Windows (сначала Windows 95, затем Windows 98, Windows 2000, Windows XP). В отличие от Windows 3.1 и Windows 3.11, они запускаются автоматически после включения компьютера.
В MS Windows для хранения файлов используется файловая модификация FAT–VFAT. В ней длина имен файлов и каталогов может достигать 256 символов.
В ОС Windows при работе с окнами и приложениями широко применяется манипулятор «мышь», в MS DOS используется только клавиатура.
Также в MSWindowsприсутствует панель задач (Taskbar). Она делает нагляднвм механизм многозадачности и намного ускоряет процесс переключения между приложениями.
Рабочий стол Windows сконструирован так, чтобы максимально облегчить работу пользователя-новичка и в то же время предоставить максимальные возможности его настройки в соответствии с конкретными нуждами опытных пользователей.
Операционная система LINUX
Linux – это операционная система для IBM-совместимых персональных компьютеров и рабочих станций. Это многопользовательская операционная система с сетевой оконной графической системой X Window System. Операционная система Linux поддерживает стандарты открытых систем и протоколы сети Интернет и совместима с системами Unix, DOS, MS Windows.
Будучи традиционной оперативной системой, Linux выполняет многие из функций, характерных для DOS и Windows, однако эта операционная система отличается особой мощью и гибкостью. Linux предоставляет в распоряжение пользователя ПК скорость, Эффективность и гибкость UNIX, используя при этом все преимущества персональных машин. При работе с мышью активно используются все три кнопки, в частности, средняя кнопка используется для вставки фрагментов текста.
С помощью системы Linux можно любую персональную машину превратить в рабочую станцию. В наше время Linux является операционной системой для бизнеса, образования и индивидуального программирования.
Операционные системы UNI X
UNIX– группа переносимых, многозадачных и многопользовательских операционных систем.
Первая система UNIX была разработана в 1969 г. в подразделении Bell Labs компании AT&T. С тех пор было создано большое количество различных UNIX-систем.
Некоторые отличительные признаки UNIX-систем включают в себя:
использование простых текстовых файлов для настройки и управления системой;
широкое применение утилит, запускаемых в командной строке;
взаимодействие с пользователем посредством виртуального устройства - терминала;
представление физических и виртуальных устройств и некоторых средств межпроцессового взаимодействия как файлов;
использование конвейеров из нескольких программ, каждая из которых выполняет одну задачу.
UNIX- системы имеют большую историческую важность, поскольку благодаря им распространились некоторые популярные сегодня концепции и подходы в области ОС и распространились некоторые популярные сегодня концепции и подходы в области ОС и программного обеспечения. Также, в ходе разработкиUNIX- систем был создан язык Си.
ОС- это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для повышения эффективности аппаратуры компьютера путем рационального управления его ресурсами, а также для обеспечения удобств пользователю путем предоставления ему расширенной виртуальной машины.
К числу основных ресурсов, управление которыми осуществляет ОС, относятся процессы, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и некоторые другие. Для решения задач управления ресурсами разные ОС использую различные алгоритмы, особенности которых в конечном счете и определяют облик ОС.
Итак, в число требований, предъявляемых сегодня к сетевым ОС, входят: функциональная полнота и эффективность управления ресурсами, модульность и расширяемость, переносимость и многоплатформенность, совместимость на уровне приложений и пользовательских интерфейсов, надежность отказоустойчивость, безопасность и производительность.
Сегодня огромная часть населения земли на постоянной основе взаимодействует с компьютерами, кого-то обязывает работа, кто-то ищет информацию в Сети, а кто-то просто проводит время в играх. У каждого свои потребности, а значит, компьютер должен им соответствовать. И если речь идет о “железе” (технической составляющей компьютера), то тут все более менее ясно: чем новее, тем лучше. Но вот “софтовая” (программное обеспечение) часть, требует особого внимания.
Каждый компьютер работает под управлением определенной операционной системы, коих великое множество, каждая из которых подходит для тех или иных задач, доступного оборудования и так далее. Поэтому немаловажным фактором является выбор этой операционной системы.
Существует достаточно массивный список операционных систем, но в данном материале речь пойдет о трех столпах, сильно повлиявших на индустрию и занимающих основную долю среди всех операционных систем: Windows, MacOS и Linux.
Проприетарные операционные системы
Для начала стоит уточнить, что есть ОС проприетарные, те, что распространяются по лицензии производителя. К таковым относятся Windows, список которых изложен ниже, и MacOS. Несмотря на то что обе системы можно загрузить в Сети (украсть), правильным будет приобрести лицензию у компании-распространителя и активировать ее.
Преимуществом таких систем является их развитость, огромное количество качественного программного обеспечения и грамотная техподдержка, которая поможет в случае неполадок.
“Свободные” операционные системы
К таковым относится практически все семейство Linux, за исключением разве что некоторых разработок с бухгалтерским или другим профессиональным программным обеспечением. Эти ОС можно загрузить абсолютно бесплатно и установить на любой компьютер без зазрения совести.
Подобные системы создаются независимыми разработчиками совместно с сообществом, посему в большинстве случаев качество программ оставляет желать лучшего, зато такие системы гораздо больше защищены и работают стабильнее своих проприетарных конкурентов.
Windows
Абсолютно все, кто хоть раз имел дело с компьютером, знают об этом продукте компании Microsoft. В частности это касается сверхуспешного релиза Windows 7. Список операционных систем Microsoft насчитывает уже десяток поколений. Они крайне популярны во всем мире и занимают почти 90% рынка. Что говорит о беспрецедентном лидерстве.
- Windows XP;
- Windows Vista;
- Windows 7;
- Windows 8;
- Windows 10;
Список намеренно начинается с Windows XP, так как это самая старая версия, оставшаяся в употреблении до сегодняшнего дня.
Chrome OS
Слаборазвитый продукт от компании Google, который ограничен лишь веб-приложениями и одноименным браузером. Это система не является конкуретоспособной в сравнении с Windows и Mac, но сделана с прицелом на будущее, когда веб-интерфейсы смогут заменить “реальное” программное обеспечение. По умолчанию установлена на всех компьютерах Chromebook.
Установка нескольких систем и использование виртуальных машин
Так как каждая платформа имеет свои плюсы и минусы, нередко возникает необходимость работать сразу с несколькими. Разработчики компьютеров об этом знают, поэтому предлагают пользователям возможность установить на диск сразу две или три системы.
Делается это просто. Необходим лишь дистрибутив системы (диск или флешка с загруженным на их установочным материалом) и свободное пространство на жестком диске. Все современные операционные системы предлагают во время установки распределить место и создать загрузочный механизм, который покажет список операционных систем при загрузке компьютера. Все выполняется в полуавтоматическом режиме и под силу любому пользователю.
На компьютерах Apple имеется специальная утилита - BootCamp, которая разработана для простой и бесшовной установки Windows рядом с MacOS.
Существует и другой способ - установка виртуальной системы внутри реальной. Для этого используются программы: VmWare и VirtualBox, способные эмулировать работу полноценного компьютера и запускать операционные системы.
Вместо заключения
Список операционных систем для компьютера не ограничивается вышеизложенными. Существует масса продуктов от разных компаний, но все они довольно специфичны и не заслуживают внимания рядового пользователя. Выбор стоит делать между Windows, MacOS и Linux, так как они могут закрыть большую часть потребностей и достаточно просты в освоении.
