Реферат: Классификация операционных систем. Классификация операционных систем

Операционная система в наибольшей степени определяет облик вычислительной системы. Современные вычислительные системы состоят из процессоров, памяти, таймеров, различных типов дисков, накопителей на магнитных лентах, принтеров, сетевой коммуникационной аппаратуры и других устройств, требующих сложного механизма управления. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины так, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. В соответствии с этим главной функцией ОС является распределение процессоров, памяти, других устройств и данных между вычислительными процессами, конкурирующими за эти ресурсы. Управление ресурсами включает решение следующих не зависящих от вида ресурса задач:

планирование ресурса , т.е. определение, кому, когда и в каком количестве необходимо выделить данный ресурс;

контроль за состоянием ресурса , т.е. поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.

От эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами компьютера во многом зависит эффективность всей сетевой ОС в целом.

Операционные системы различаются особенностями реализации алгоритмов управления ресурсами компьютера, областями использования и по многим другим признакам. Так, в зависимости от особенностей алгоритма управления процессором операционные системы делятся на однозадачные и многозадачные, однопользовательские и многопользовательские, на однопроцессорные и многопроцессорные системы, а также на локальные и сетевые.

Однозадачные и многозадачные операционные системы. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:

однозадачные (например, MS DOS, MSX);

многозадачные (ОС ЕС, OS/2, Unix, ОС семейства Windows) и др.

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным интерфейс пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС , кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких, как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

Вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе вычислительными процессами во многом определяет особенность ОС. Среди множества существующих способов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

Невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);

Вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, Unix).

Основным различием между вытесняющим и невытесняющим алгоритмом многозадачности является степень централизации планирования вычислительных процессов. В первом случае планирование вычислительных процессов целиком возлагается на операционную систему, а во втором – распределено между операционной системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный вычислительный процесс выполняется до тех пор, пока сама прикладная программа по собственной инициативе не отдаст указание операционной системе выбрать из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного активного вычислительного процесса на другой принимается самой ОС, а не прикладной программой.

В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:

системы пакетной обработки (например, ОС ЕС);

системы с разделением времени (Unix, VMS, Windows, Linux);

системы реального времени (QNX, RT/11).

Системы пакетной обработки предназначены для решения задач такого характера, которые не требуют быстрого получения результатов. 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 следующий порядок обработки данных: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются те задачи, которые предъявляют различные требования к ресурсам. Это делается с целью обеспечения сбалансированной загрузки всех устройств вычислительной машины. Например, является желательным одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом.

Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, т.е. выбирается наиболее оптимальное, “выгодное” задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Очевидно, что такой алгоритм вычислительного процесса снижает эффективность работы пользователя в интерактивном режиме, но остается актуальным для обеспечения высокой производительности при обработке больших объемов информации и до настоящего времени, особенно в прикладных информационных системах.

Системы с разделением времени. В системах с разделением времени каждой задаче выделяется небольшой квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то это предполагает параллельное выполнение нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы. Ясно, что подобные системы обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая “выгодна” системе. Критерием эффективности систем с разделением времени является не максимальная пропускная способность процессора, а эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

Системы реального времени (ОС РВ) применяются для управления различными техническими объектами (такими, как станок, спутник, научная экспериментальная установка) или технологическими процессами (гальваническая линия, доменный процесс и т.п.). Применяют ОС РВ и в банковском деле. Критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы – реактивностью. Среди наиболее известных ОС РВ для IBM PC – RTMX, AMX, OS-9000, FLEX OS, QNX и др. Среди перечисленных ОС наиболее полным набором инструментальных средств обладает ОС РВ QNX, которая выполняет 32-разрядные приложения и может работать совместно с ОС семейства Unix.

Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства систем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть – в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.

Многопользовательский и однопользовательский режимы. По числу одновременно работающих пользователей ОС могут быть разделены на однопользовательские (MS DOS, Windows 3.x) и многопользовательские (Unix, Windows NT, Windows XP, Linux).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

Многопроцессорные и однопроцессорные системы. Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки. В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell.

В системе с многопроцессорной обработкой данных ОС могут быть разделены по способу организации вычислительного процесса следующим образом: асимметричные ОС и симметричные ОС . Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует все количество процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

Одним из важных признаков классификации ОС является деление их на сетевые и локальные.

Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных.

Они предоставляют средства разграничения доступа к информации, ее целостности и сохранности, а также другие возможности использования сетевых ресурсов.

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети.

С одной стороны, каждый компьютер в сети в некоторой степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой понимается вся совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам – протоколам.

С другой стороны, сетевая ОС – это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

В большинстве случаев ОС устанавливаются на одном или более достаточно мощных компьютерах-серверах, предназначенных исключительно для обслуживания сети и совместно используемых ресурсов.

Все остальные ОС будут считаться локальными сетевыми и могут использоваться на любом ПК, подключенном к сети в качестве рабочей станции. На каждой рабочей станции выполняется своя собственная локальная сетевая операционная система, отличающаяся от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств, позволяющих компьютеру работать в сети.

Локальная сетевая ОС такого типа не имеет фундаментальных отличий от ОС автономного компьютера, но она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сетевого адаптера), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы.

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей:

средства управления локальными ресурсами компьютера : функции распределения оперативной памяти между планированием и диспетчеризацией процессов, управления процессорами в многопроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС;

средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование – серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам;

средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использование – клиентская часть ОС. Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо;

коммуникационные средства ОС , с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., т.е. является средством транспортировки сообщений.

Так, в зависимости от алгоритма управления процессором, операционные системы делятся на:

1. Однозадачные и многозадачные

2. Однопользовательские и многопользовательские

3. Однопроцессорные и многопроцессорные системы

4. Локальные и сетевые.

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:

1. Однозадачные (MS DOS)

2. Многозадачные (OS/2, Unix, Windows)

В однозадачных системах используются средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователями. Многозадачные ОС используют все средства, которые характерны для однозадачных, и, кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов: процессор, ОЗУ, файлы и внешние устройства.

В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:

1. Системы пакетной обработки (ОС ЕС)

2. Системы с разделением времени (Unix, Linux, Windows)

3. Системы реального времени (RT11)

Системы пакетной обработки предназначены для решения задач, которые не требуют быстрого получения результатов. Главной целью ОС пакетной обработки является максимальная пропускная способность или решение максимального числа задач в единицу времени.

Эти системы обеспечивают высокую производительность при обработке больших объемов информации, но снижают эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

В системах с разделением времени для выполнения каждой задачи выделяется небольшой промежуток времени, и ни одна задача не занимает процессор надолго. Если этот промежуток времени выбран минимальным, то создается видимость одновременного выполнения нескольких задач. Эти системы обладают меньшей пропускной способностью, но обеспечивают высокую эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

Системы реального времени применяются для управления технологическим процессом или техническим объектом, например, летательным объектом, станком и т.д.

По числу одновременно работающих пользователей на ЭВМ ОС разделяются на однопользовательские (MS DOS) и многопользовательские (Unix, Linux, Windows 95 - XP)

В многопользовательских ОС каждый пользователь настраивает для себя интерфейс пользователя, т.е. может создать собственные наборы ярлыков, группы программ, задать индивидуальную цветовую схему, переместить в удобное место панель задач и добавить в меню Пуск новые пункты.

В многопользовательских ОС существуют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

Многопроцессорные и однопроцессорные операционные системы. Одним из важных свойств ОС является наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие средства существуют в OS/2, Net Ware, Widows NT.По способу организации вычислительного процесса эти ОС могут быть разделены на асимметричные и симметричные.

Одним из важнейших признаков классификации ЭВМ является разделение их на локальные и сетевые. Локальные ОС применяются на автономных ПК или ПК, которые используются в компьютерных сетях в качестве клиента.

В состав локальных ОС входит клиентская часть ПО для доступа к удаленным ресурсам и услугам. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами ПК включенных в сеть с целью совместного использования ресурсов. Они представляют мощные средства разграничения доступа к информации, ее целостности и другие возможности использования сетевых ресурсов.

26. Модуль операционной системы

Структуру ОС составляют следующие модули:

базовый модуль (ядро ОС)- управляет работой программы и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами;

командный процессор - расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;

драйверы периферийных устройств - программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором (каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по разному и в различном темпе);

дополнительные сервисные программы (утилиты) - делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.

Загрузка ОС. Файлы, составляющие ОС, хранятся на диске, поэтому система называется дисковой операционной (ДОС). Известно, что для их выполнения программы - и, следовательно, файлы ОС - должны находится в оперативной памяти (ОЗУ). Однако, чтобы произвести запись ОС в ОЗУ, необходимо выполнить программу загрузку, которой сразу после включения компьютера в ОЗУ нет. Выход из этой ситуации состоит в последовательной, поэтапной загрузке ОС в оперативную память.

Первый этап загрузки ОС. В системном блоке компьютера находится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, постоянная память, ROM-Read Only Memory - память с доступом только для чтения), в котором содержатся программы тестирования блоков компьютера и первого этапа загрузки ОС. Они начинают выполнятся с первым импульсом тока при включении компьютера. На этом этапе процессор обращаются к диску и проверяет наличие на определенном месте (в начале диска) очень небольшой программы - загрузчика. Если эта программа обнаружена, то она считывается в ОЗУ и ей передается управление.

Второй этап загрузки ОС. Программа - загрузчик, в свою очередь, ищет на диске базовый модуль ОС, переписывает его память и передает ему управление.

Третий этап загрузки ОС. В состав базового модуля входит основной загрузчик, который ищет остальные модули ОС и считывает их в ОЗУ. После окончания загрузки ОС управление передается командному процессору и на экране появляется приглашение системы к вводу команды пользователя.

Заметим, что в оперативной памяти во время работы компьютера обязательно должны находится базовый модуль ОС и командный процессор. Следовательно, нет необходимости загружать в оперативную память все файлы ОС одновременно. Драйверы устройств и утилиты могут подгружаться в ОЗУ по мере необходимости, что позволяет уменьшать обязательный объем оперативной памяти, отводимый под системное программное обеспечение.

27. Состав операционной системы .

Операционная система MS-DOS состоит из множества различных файлов. Они включают собственно файлы операционной системы IO.SYS, MSDOS.SYS и командный процессор COMMAND.COM. Кроме этих трех файлов, представляющих собой работоспособное ядро MS-DOS, в дистрибутив операционной системы включены файлы так называемых внешних команд, например FORMAT, FDISK, SYS, драйверы различных устройств и некоторые другие файлы.

Файл IO.SYS содержит расширение базовой системы ввода/вывода и используется операционной системой для взаимодействия с аппаратурой компьютера и BIOS.

Файл MSDOS.SYS в некотором смысле является набором программ обработки прерываний, в частности прерывания INT 21H.

Командный процессор COMMAND.COM предназначен для организации диалога с пользователем компьютера. Он анализирует вводимые пользователем команды и организует их выполнение. Так называемые внутренние команды - DIR, COPY и т. д. обрабатываются именно командным процессором.

Остальные команды операционной системы называются внешними. Внешние команды названы так потому, что они расположены в отдельных файлах. Файлы внешних команд операционной системы содержат программы-утилиты для выполнения разнообразных операций, таких как форматирование дисков, сортировка файлов, печать текстов.

Драйверы (обычно это файлы, имеющие расширение имени SYS или EXE) представляют собой программы, обслуживающие различную аппаратуру. Применение драйверов легко решает проблемы использования новой аппаратуры - достаточно подключить соответствующий драйвер к операционной системе.

Прикладные программы взаимодействуют с устройством через драйвер, поэтому они не будут меняться при изменениях в аппаратуре. Например, новое дисковое устройство может иметь другое количество дорожек и секторов, другие управляющие команды. Все это учитывается драйвером, а прикладная программа будет работать с новым диском как и раньше, используя прерывания DOS.

Файлы операционной системы IO.SYS, MSDOS.SYS и COMMAND.COM должны быть записаны на диске в определенном месте. Вы не должны копировать их в другие каталоги диска.

Если вам необходимо изготовить загрузочную дискету, с помощью которой вы можете загрузить на компьютере MS-DOS, недостаточно просто скопировать на дискету основные файлы операционной системы - IO.SYS, MSDOS.SYS и COMMAND.COM.

Для изготовления системной дискеты необходимо воспользоваться либо командами FORMAT или SYS, либо специальными программами, например программой Safe Format из пакета Norton Utilities.

Самым простым способом сделать чистую дискету загрузочной, является использование внешней команды MS-DOS - SYS. Для ее использования вставьте чистую дискету в дисковод и из корневого каталога диска C: выдайте команду:

После выполнения команды SYS, дискета будет содержать файлы IO.SYS, MSDOS.SYS и COMMAND.COM, записанные в определенных местах дискеты. Вы можете загрузить MS-DOS с этой дискеты, если перед включением питания вставите системную дискету в дисковод A:.

28. Процесс загрузки операционной системы

При включении питания компьютера управление передается базовой системе ввода/вывода, BIOS.Она выполняет проверку аппаратных узлов компьютера, формирует начальную часть таблицы векторов прерываний, инициализирует устройства и начинает процесс загрузки операционной системы.

Загрузка начинается с того, что BIOS делает попытку прочитать самый первый сектор дискеты, вставленной в дисковод А: (на загрузочной дискете этот сектор содержит загрузчик операционной системы). Если в дисковод вставлена системная дискета, с нее считывается загрузчик и ему передается управление.

Если дискета не системная, т.е. не содержит загрузочной записи, на экран выдается сообщение с просьбой заменить дискету.

Если же дискеты в дисководе А: вообще нет, то BIOS читает основную загрузочную запись диска С: (Master Boot Record). Обычно это самый первый сектор на диске. Управление передается загрузчику, который находится в этом секторе. Загрузчик анализирует содержимое таблицы разделов (она также находится в этом секторе), выбирает активный раздел и читает загрузочную запись этого раздела. Загрузочная запись активного раздела (Boot Record) аналогична загрузочной записи, находящейся в первом секторе системной дискеты.

Загрузочная запись активного раздела считывает с диска файлы IO.SYS и MSDOS.SYS (именно в этом порядке). Затем считываются и загружаются резидентные драйверы. Начинается формирование связанного списка драйверов устройств. Анализируется содержимое файла CONFIG.SYS, загружаются описанные в этом файле драйверы. Сначала загружаются драйверы, описанные параметром DEVICE, затем (только в MS-DOS версии 4.х и 5.0) резидентные программы, указанные операторами INSTALL. После этого считывается командный процессор и ему передается управление.

Командный процессор состоит из трех частей - резидентной, инициализирующей и транзитной. Первой загружается резидентная часть. Она обрабатывает прерывания INT 22H, INT 23H, INT 24H, управляет загрузкой транзитной части. Эта часть командного процессора обрабатывает ошибки MS-DOS и выдает запрос пользователю о действиях при обнаружении ошибок.

Инициализирующая часть используется только в процессе загрузки операционной системы. Она определяет начальный адрес, по которому будет загружаться пользовательская программа и инициализирует выполнение файла AUTOEXEC.BAT.

Транзитная часть командного процессора располагается в старших адресах памяти. В этой части находятся обработчики внутренних команд MS-DOS и интерпретатор командных файлов с расширением имени.BAT. Транзитная часть выдает системное приглашение (например, А:>), ожидает ввода команды оператора с клавиатуры или из пакетного файла и организует их выполнение.

После загрузки командного процессора и выполнения начальных процедур, перечисленных в файле AUTOEXEC.BAT, подготовка системы к работе завершается.

29. Системные файлы операционной системы

Если в командной строке FORMAT указан параметр /s, то на
форматируемый диск записываются копии системных файлов. В MS-DOS имеется
три системных файла - IO.SYS, MSDOS.SYS и COMMAND.COM. В системе PC-DOS
файл IO.SYS называется IBMBIO.COM, а файл MSDOS.SYS - IBMDOS.COM.
Системные файлы хранятся на диске, с которого загружается операционная
система. Файлы записываются в строго определенном порядке и имеют стpого
определенное месторасположение.
IO.SYS размещается непосредственно после директория диска. Файл
содержит рабочие драйверы операционной системы. Драйвер - это программа
в машинном коде, обеспечивающая интерфейс между операционной системой и
периферийным устройством (см.гл.14). Так как IO.SYS отвечает за связь с
физическими устройствами, то он должен быть идеально подогнан под
конкретную систему и поэтому обычно организуется фирмой-изготовителем.
MSDOS.SYS записывается непосредственно после файла IO.SYS. MSDOS.SYS
- это ядро операционной системы. Файл отбирает все запросы на сервисное
обслуживание (например, открытие или чтение файла) и передает их в файл
IO.SYS. Протокол взаимодействия MSDOS.SYS и IO.SYS идентичен протоколу
взаимодействия двух операционных систем. Поэтому считается, что файл
MSDOS.SYS независим от электронного оборудования (внешних устройств и
самого компьютера).
Файл COMMAND.COM является интерпретатором команд MS-DOS. Он служит
интерфейсом между операционной системой и пользователем. Команды файла
выводят на экран стандартный запрос системы, обрабатывают посланные с
клавиатуры команды (переводят в машинный код) и т.п. COMMAND.COM
состоит из трех компонент: резидентной, переменной и инициализирующей.

30. Команды операционной системы

оманды DOS для работы с каталогами
Смена текущего каталога
Просмотр каталога
Создание каталога
Удаление каталога
Переименование каталога
Установка списка каталогов для поиска выполняемых программ

Смена текущего каталога
Формат команды:
cd [дисковод:][путь]
Примеры:
cd \ - переход в корневой каталог текущего диска;
cd \exe - переход в каталог exe в корневом каталоге;

Просмотр каталога
Формат команды:
dir [дисковод:][путь\][имя-файла] [параметры]
Параметры:
/p - поэкранный вывод;
/w - вывод в широком формате;
/s - оглавление указанного в команде каталога и всех его подкаталогов;
/b - только имена файлов без заголовочных и итоговых сведений;
/aатрибут - сведения о файлах, имеющих указанные атрибуты.
Сортировки:
/on - по имени;
/oe - по расширению;
/od - по времени;
/og - сначала выводить сведения о подкаталогах;
Примеры:
dir - оглавление текущего каталога
dir *.exe - сведения обо всех файлах.exe текущего каталога

Для построения классификации ОС прежде всего необходимо выбрать основание классификации. Таких оснований множество, но наиболее существенными можно считать следующие:

область использования ОС;

типы аппаратной платформы;

методы проектирования;

реализация внутренних алгоритмов управления ресурсами.

Классификация по области использования:

настольные ОС (Desktop Operating System) - ОС, ориентированные на работу отдельного пользователя в различных предметных областях (разработка программ, работа с документами и т.п.). Основными чертами настольных ОС являются универсальность и ориентированность на пользователя; представители – MacOS, Windows;

серверные ОС , использующиеся в серверах сетей как центральное звено, а также в качестве элементов систем управления; основной чертой серверных ОС является надежность; представители – семейство UNIX, Windows NT;

специализированные ОС , ориентированные на решение узких классов задач с жестким набором требований (высокопроизводительные вычисления, управление в реальном времени); системы такого рода практически неразрывно связаны с аппаратной платформой; представители – QNX, редуцированные и специализированные версии UNIX, системы собственной разработки;

мобильные ОС – вариант развития настольных ОС на аппаратной платформе КПК; основные черты – удобство использования и компактность; представители PalmOS, Windows CE.

Безусловно, данная классификация не является абсолютно жесткой, т.е. одна и та же система может исполнять различные функции. Примером тому служит использование Linux с графической оболочкой в качестве настольной ОС или Windows NT в качестве серверной. Однако каждая ОС «сильна» только в своем классе.

Несложно заметить, что каждый класс ОС из приведенной классификации работает на своей аппаратной платформе , так что эта классификация в той или иной мере является и классификацией по типу этой платформы. Можно, однако, попытаться провести более строгую классификацию такого рода, выделив, в частности, в отдельные классы:

ОС для платформы х86, однопроцессорные варианты;

ОС для платформы х86, многопроцессорные варианты;

ОС для RISC платформ;

ОС для мобильных устройств;

встраиваемые ОС (ОС таких устройств, как принтеры, ЦФК и т.п.).

По внутренним алгоритмам управления ресурсами можно создать несколько бинарных классификаций:

многозадачные /однозадачные ОС;

многопользовательские /однопользовательские ОС и т.п.

Сетевые и распределенные ОС

Компьютерная сеть – это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора. При организации сетевой работы операционная система играет роль интерфейса, экранирующего от пользователя все детали низкоуровневых программно-аппаратных средств сети. В зависимости от того, какой виртуальный образ реальной аппаратуры компьютерной сети создает ОС, различают сетевые и распределенные ОС.

Сетевая ОС предоставляет пользователю некую виртуальную систему, не полностью скрывающую распределенную природу реального прототипа. Пользователь сетевой ОС всегда знает, что он имеет дело с сетевыми ресурсами и что для доступа к ним нужно выполнить некоторые операции; должен знать, где хранятся его файлы, и использовать явные команды для их перемещения, а также знать, на какой машине выполняется его задание.

В идеальном случае ОС должна предоставлять пользователю сетевые ресурсы так, как если бы они были ресурсами единой централизованной виртуальной машины (ресурсы должны быть максимально прозрачными ). Это – магистральное направление развития ОС. Такая операционная система носит название распределенная ОС .

Распределенная ОС существует как единая операционная система в рамках вычислительной системы и заставляет набор сетевых машин работать как виртуальный унипроцессор. Каждый компьютер сети выполняет часть функций этой единой ОС. Пользователь в таком случае, вообще говоря, не имеет сведений о том, на какой машине выполняется его работа. В настоящее время практически все сетевые ОС далеки от идеала истинной распределенности.

Уточним термин «сетевая ОС». На разных компьютерах сети могут работать разные ОС, функционирующие независимо в том смысле, что каждая из них принимает независимые решения о создании и завершении своих собственныхпроцессов и управлении локальными ресурсами . Но в любом случае эти операционные системы должны включать средства для работы в сети:

взаимно согласованный набор коммуникационных протоколов для организации взаимодействия процессов, выполняющихся на разных компьютерах;

разделения ресурсов этих компьютеров между пользователями сети;

подсистемы, организующие работу по этим протоколам.

В итоге ОС получает возможность предоставления своих ресурсов в общее пользование и/или потребления ресурсов других компьютеров. Под сетевой ОС будем понимать операционную систему отдельного компьютера, включающую средства для работы в сети. ОС Windows, начиная с NT, различные варианты ОС Unix (HP-UX компании Hewlett-Packard, Solaris компании Sun, FreeBSD и др.), различные варианты ОС Linux, ОС MacOS, ОС NetWare компании Novell являются сетевыми. Основные функциональные компоненты сетевой ОС показаны на рисунке 1.1.

Средства управления локальными ресурсами реализуют все функции ОС автономного компьютера, описанные выше.

Сетевые средства подразделяются на три компонента:

серверная часть ОС – средства предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование;

клиентская часть ОС – средства запроса доступа к удаленным (т.е. принадлежащим другим компьютерам сети) ресурсам и услугам;

транспортные, или коммуникационные средства ОС – средства, совместно с коммуникационной системой обеспечивающие обмен сообщениями в сети.

Рис1.1 Основные функциональные компоненты сетевой ОС.

Правила взаимодействия компьютеров при передаче сообщений по сети фиксируются в коммуникационных протоколах (Ethernet, Token Ring, IP, IPX и пр.).

Упрощенная схема работы сетевых ОС иллюстрируется на рисунке 1.2. на примере взаимодействия двух компьютеров.

Рис1.2 Упрощенная схема работы сетевых ОС

Суть взаимодействия: пусть приложение, работающее на первом компьютере, использует файлы, размещенные на диске второго компьютера.

Для компьютера 1 дисковое пространство диска 2 является запрашиваемым удаленным ресурсом, следовательно, запрос на этот ресурс формируется клиентской частью ОС1. ОС2 предоставляет ресурс, следовательно, запрос будет обрабатываться серверной частью ОС2.

На рисунке в клиентской части ОС1 выделен компонент, названный редиректором (от redirect – перенаправлять). Это – программный модуль, предназначенный для распознавания запросов к удаленным и локальным файлам и перенаправления первых к удаленной машине. В таком случае приложения на клиентской машине не должны заботиться о том, с какими файлами они работают – удаленными или локальными. Если функции перенаправления присутствуют в клиентской части сетевой ОС, то редиректором часто называют всю клиентскую часть.

Требования к современным ОС

Суть требований к функциональности ОС состоит в управлении ресурсами и обеспечении интерфейса пользователя и прикладных программ. Помимо этого, к операционным системам предъявляется целый ряд важных эксплуатационных требований.

Расширяемость – возможность внесения изменений без нарушения целостности системы. Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС: 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 одного типа на аппаратную платформу другого типа. Поскольку переносимые ОС имеют несколько вариантов реализации для разных платформ, это свойство называют также многоплатформенностью.

Совместимость . Если ОС имеет средства для выполнения прикладных программ, написанных для других операционных систем, то она обладает совместимостью с этими ОС. Различают: совместимость на уровне двоичных кодов (исполняемых программ); на уровне исходных текстов; поддержку пользовательских интерфейсов других ОС.

Надежность и отказоустойчивость . Система должна быть защищена от внутренних и внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть предсказуемы, а приложения не должны иметь возможности наносить вред ОС.

Эти свойства обеспечиваются архитектурными решениями, положенными в основу ОС, качеством их реализации (отлаженностью кода) и программной поддержкой аппаратных средств обеспечения отказоустойчивости (например, источников бесперебойного питания).

Безопасность . Заключается в защите данных и других ресурсов от несанкционированного доступа. Обеспечивается средствами аутентификации (определения легальности пользователя), авторизации (предоставления дифференцированных прав доступа к ресурсам), аудита (фиксации «подозрительных» с точки зрения безопасности событий).

Производительность – настолько хорошее быстродействие и время реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. Определяется архитектурой ОС, многообразием функций, качеством кода, возможностью использования высокопроизводительной аппаратной платформы.

Итак, подведем итоги. Операционные системы классифицируются по:

количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские, многопользовательские;

числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы: однозадачные, многозадачные;

количеству поддерживаемых процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные;

разрядности кода ОС: 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные;

типу интерфейса: командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические);

типу доступа пользователя к ЭВМ: с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени;

типу использования ресурсов: сетевые, локальные.

В соответствии с первым признаком классификации многопользовательские операционные системы, в отличие от однопользовательских, поддерживают одновременную работу на ЭВМ нескольких пользователей за различными терминалами.

Второй признак предполагает деление ОС на многозадачные и однозадачные. Понятие многозадачности означает поддержку параллельного выполнения нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы, в один момент времени. Однозадачные ОС поддерживают режим выполнения только одной программы в отдельный момент времени.

В соответствии с третьим признаком многопроцессорные ОС, в отличие от однопроцессорных, поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи.

Четвертый признак подразделяет операционные системы на 8-, 16-, 32- и 64-разрядные. При этом подразумевается, что разрядность операционной системы не может превышать разрядности процессора.

В соответствии с пятым признаком ОС по типу пользовательского интерфейса делятся на объектно-ориентированные (как правило, с графическим интерфейсом) и командные (с текстовым интерфейсом).

Согласно шестому признаку ОС подразделяются на системы:

пакетной обработки , в которых из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности;

разделения времени (TSR), обеспечивающих одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания;

реального времени , обеспечивающих определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими-либо внешними по отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами.

В соответствии с седьмым признаком классификации ОС делятся на сетевые и локальные. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов.

Контрольные вопросы

1. Какие основания являются наиболее существенными для построения классификации ОС?

2. Перечислите известную Вам классификацию ОС по области использования.

3. Какие существуют классы классификации ОС по типу аппаратной платформы?

4. Какие классификации ОС можно создать по внутренним алгоритмам управления ресурсами?

5. Расшифруйте термин «сетевая ОС».

6. Каково назначение сетевых ОС?

7. Что представляет собой распределенная ОС?

8. Какие средства для работы в сети должны включать сетевые операционные системы?

9. На какие компоненты подразделяются сетевые средства?

10. Какие требования предъявляются к современным ОС?

Универсальные ОС рассчитаны на решение любых задач пользователей, но, как правило, форма эксплуатации вычислительной системы может предъявлять особые требования к ОС, т.е. к элементам ее специализации.

По способу загрузки можно выделить загружаемые ОС (большинство) и системы, постоянно находящиеся в памяти вычислительной системы. Последние, как правило, специализированные и используются для управления работой специализированных устройств (например, в БЦВМ баллистической ракеты или спутника, научных приборах, автоматических устройствах различного назначения и др.).

По особенностям алгоритмов управления ресурсами . Главным ресурсом системы является процессор, поэтому дадим классификацию по алгоритмам управления процессором, хотя можно, конечно, классифицировать ОС по алгоритмам управления памятью, устройствами ввода-вывода и.т.д.

Поддержка многозадачности (многопрограммности). По числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на 2 класса: однопрограммные (однозадачные) – например, MS-DOS, MSX, и многопрограммные (многозадачные) – например, ОС ЕС ЭВМ, OS/360, OS/2, UNIX, Windows разных версий.

Однопрограммные ОС предоставляют пользователю виртуальную машину, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Они также имеют средства управления файлами, периферийными устройствами и средства общения с пользователем. Многозадачные ОС , кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов (процессор, память, файлы и т.д.), это позволяет значительно повысить эффективность вычислительной системы.

Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся: на однопользовательские (MS-DOS, Windows 3х, ранние версии OS/2) и многопользовательские (UNIX, Windows NT/2000/2003/XP/Vista).

Главное отличие многопользовательских систем от однопользовательских – наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что может быть однопользовательская мультипрограммная система.

Виды многопрограммной работы. Специфику ОС во многом определяет способ распределения времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или потоками). По этому признаку можно выделить 2 группы алгоритмов: не вытесняющая многопрограммность (Windows3.x, NetWare) и вытесняющая многопрограммность (Windows 2000/2003/XP, OS/2, Unix).

В первом случае активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдает управление операционной системе. Во втором случае решение о переключении процессов принимает операционная система. Возможен и такой режим многопрограммности, когда ОС разделяет процессорное время между отдельными ветвями (потоками, волокнами) одного процесса.

Многопроцессорная обработка. Важное свойство ОС – отсутствие или наличие средств поддержки многопроцессорной обработки. По этому признаку можно выделить ОС без поддержки мультипроцессирования (Windows 3.x, Windows 95) и с поддержкой мультипроцессирования (Solaris, OS/2, UNIX, Windows NT/2000/2003/XP).

Поскольку ОС представляет собой сложную программную систему, она использует для собственных нужд значительную часть ресурсов компьютера. Часто эффективность ОС оценивают ее производительностью (пропускной способностью) – количеством задач пользователей, выполняемых за некоторый промежуток времени, временем реакции на запрос пользователя и др.

На все эти показатели эффективности ОС влияет много различных факторов, среди которых основными являются архитектура ОС, многообразие ее функций, качество программного кода, аппаратная платформа (компьютер) и др.

Надежность и отказоустойчивость . Операционная система должна быть, по меньшей мере, так же надежна, как компьютер, на котором она работает. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних сбоев и отказов. В случае ошибки в программе или аппаратуре система должна обнаружить ошибку и попытаться исправить положение или, по крайней мере, постараться свести к минимуму ущерб, нанесенный этой ошибкой пользователям.

Надежность и отказоустойчивость ОС, прежде всего, определяются архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также отлаженностью программного кода (основные отказы и сбои ОС в основном обусловлены программными ошибками в ее модулях). Кроме того, важно, чтобы компьютер имел резервные дисковые массивы, источники бесперебойного питания и др., а также программную поддержку этих средств.

Безопасность (защищенность) . Ни один пользователь не хочет, чтобы другие пользователи ему мешали. ОС должна защищать пользователей и от воздействия чужих ошибок, и от попыток злонамеренного вмешательства (несанкционированного доступа). С этой целью в ОС как минимум должны быть средства аутентификации – определения легальности пользователей, авторизации – предоставления легальным пользователям установленных им прав доступа к ресурсам, и аудита – фиксации всех потенциально опасных для системы событий.

Свойства безопасности особенно важны для сетевых ОС. В таких ОС к задаче контроля доступа добавляется задача защиты данных, передаваемых по сети.

Предсказуемость . Требования, которые пользователь может предъявить к системе, в большинстве случаев непредсказуемы. В то же время пользователь предпочитает, чтобы обслуживание не очень сильно менялось в течение предположительного времени. В частности, запуская свою программу в системе, пользователь должен иметь основанное на опыте работы с этой программной приблизительное представление, когда ему ожидать выдачи результатов.
Расширяемость. В отличие от аппаратных средств компьютера полезная жизнь операционных систем измеряется десятками лет. Примером может служить ОС UNIX, да и MS-DOS. Операционные системы изменяются со временем, как правило, за счет приобретения новых свойств, например, поддержки новых типов внешних устройств или новых сетевых технологий. Если программный код модулей ОС написан таким образом, что дополнения и изменения могут вноситься без нарушения целостности системы, то такую ОС называют расширяемой. Операционная система может быть расширяемой, если при ее создании руководствовались принципами модульности, функциональной избыточности, функциональной избирательности и параметрической универсальности.
Переносимость . В идеальном случае 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 называется также многоплатформенностью . Достигается это свойство за счет того, что основная часть ОС пишется на языке высокого уровня (например С, C++ и др.) и может быть легко перенесена на другой компьютер (машинно-независимая часть), а некоторая меньшая часть ОС (программы ядра) является машинно-зависимой и разрабатывается на машинном языке другого компьютера.
Совместимость . Существует несколько "долгоживущих" популярных ОС (разновидности UNIX, MS-DOS, Windows3.x, Windows NT, OS/2), для которых наработана широкая номенклатура приложений. Для пользователя, переходящего с одной ОС на другую, очень привлекательна возможность – выполнить свои приложения в новой операционной системе. Если ОС имеет средства для выполнения прикладных программ, написанных для других операционных систем, то она совместима с этими системами. Следует различать совместимость на уровне двоичных кодов и совместимость на уровне исходных текстов. Кроме того, понятие совместимости включает также поддержку пользовательских интерфейсов других ОС.
Удобство . Средства ОС должны быть простыми и гибкими, а логика ее работы ясна пользователю. Современные ОС ориентированы на обеспечение пользователю максимально возможного удобства при работе с ними. Необходимым условием этого стало наличие у ОС графического пользовательского интерфейса и всевозможных мастеров – программ, автоматизирующих активизацию функций ОС, подключение периферийных устройств, установку, настройку и эксплуатацию самой ОС.
Масштабируемость . Если ОС позволяет управлять компьютером с различным числом процессоров, обеспечивая линейное (или почти такое) возрастание производительности при увеличении числа процессоров, то такая ОС является масштабируемой. В масштабируемой ОС реализуется симметричная многопроцессорная обработка. С масштабируемостью связано понятие кластеризации – объединения в систему двух (и более) многопроцессорных компьютеров. Правда, кластеризация направлена не столько на масштабируемость, сколько на обеспечение высокой готовности системы.

Следует заметить, что в зависимости от области применения конкретной операционной системы может изменяться и состав предъявляемых к ней требований.

Производители могут предлагать свои ОС в различных, различающихся ценой и производительностью, конфигурациях. Например, Microsoft продает :

Windows 2003 Server (до 4-х процессоров) – для малого и среднего бизнеса;
Windows 2003 Advanced Server (до 8 процессоров, 2-узловой кластер) – для средних и крупных предприятий;
Windows 2003 DataCenter Server (16-32 процессора, 4-узловой кластер) – для особо крупных предприятий.

Тема 1.3: Системное программное обеспечение

Тема 1.4: Сервисное программное обеспечение и основы алгоритмизации

Введение в экономическую информатику

1.3. Системное программное обеспечение ПК

1.3.3. Классификация операционных систем

Операционная система составляет основу программного обеспечения ПК. Операционная система представляет комплекс системных и служебных программных средств, который обеспечивает взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение ПК, входящее в его систему BIOS, с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений.

Для того чтобы компьютер мог работать, на его жестком диске должна быть установлена (записана) операционная система. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.

Операционные системы различаются особенностями реализации алгоритмов управления ресурсами компьютера, областями использования.

Так, в зависимости от алгоритма управления процессором, операционные системы делятся на: