คำจำกัดความของระบบปฏิบัติการ สถานที่ของระบบปฏิบัติการในซอฟต์แวร์

ระบบปฏิบัติการคอมพิวเตอร์คือชุดของโปรแกรมที่สัมพันธ์กันซึ่งทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซระหว่างแอปพลิเคชันและผู้ใช้ในด้านหนึ่งและฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ในอีกด้านหนึ่ง ตามคำจำกัดความนี้ระบบปฏิบัติการจะทำหน้าที่สองกลุ่ม (รูปที่ 1):

จัดเตรียมส่วนขยายให้กับผู้ใช้หรือโปรแกรมเมอร์ เครื่องเสมือนซึ่งสะดวกกว่าในการทำงานและตั้งโปรแกรมง่ายกว่า

เพิ่มประสิทธิภาพการใช้คอมพิวเตอร์โดยการจัดการทรัพยากรอย่างมีเหตุผลตามเกณฑ์บางประการ

เพื่อที่จะแก้ไขปัญหาของคุณได้สำเร็จ ผู้ใช้ที่ทันสมัยหรือแม้กระทั่ง โปรแกรมเมอร์แอพพลิเคชั่นสามารถทำได้โดยไม่ต้องมีความรู้อย่างถี่ถ้วน อุปกรณ์ฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์. เขาไม่จำเป็นต้องรู้ว่าส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และส่วนประกอบเครื่องกลไฟฟ้าต่างๆ ของคอมพิวเตอร์ทำงานอย่างไร ยิ่งไปกว่านั้น บ่อยครั้งที่ผู้ใช้อาจไม่รู้ระบบคำสั่งของโปรเซสเซอร์ด้วยซ้ำ โปรแกรมเมอร์ผู้ใช้คุ้นเคยกับการจัดการกับฟังก์ชันระดับสูงอันทรงพลังที่ระบบปฏิบัติการมอบให้

ผลลัพธ์ที่ได้คือคอมพิวเตอร์จริงที่สามารถทำได้เท่านั้น ชุดเล็กการกระทำเบื้องต้นที่กำหนดโดยระบบคำสั่งจะเปลี่ยนเป็นเครื่องเสมือนที่ทำหน้าที่ที่ทรงพลังยิ่งกว่ามากมาย เครื่องเสมือนยังถูกควบคุมโดยคำสั่งด้วย แต่คำสั่งเหล่านี้เป็นคำสั่งในระดับที่แตกต่างและสูงกว่า

ดังนั้น วัตถุประสงค์ของระบบปฏิบัติการคือเพื่อให้ผู้ใช้/โปรแกรมเมอร์มีเครื่องเสมือนขั้นสูงที่ง่ายต่อการเขียนโปรแกรมและทำงานด้วยมากกว่าฮาร์ดแวร์ที่ประกอบขึ้นเป็นระบบปฏิบัติการโดยตรง คอมพิวเตอร์จริงหรือเครือข่ายจริง

ระบบปฏิบัติการไม่เพียงแต่ให้บริการผู้ใช้และโปรแกรมเมอร์เท่านั้น ส่วนต่อประสานที่ใช้งานง่ายไปยังฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ แต่ยังเป็นกลไกในการกระจายทรัพยากรคอมพิวเตอร์

ทรัพยากรหลักของระบบคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ประกอบด้วยทรัพยากรต่างๆ เช่น

โปรเซสเซอร์,

หน่วยความจำหลัก,

ตัวจับเวลา,

ชุดข้อมูล

ไดรฟ์เทปแม่เหล็ก,

เครื่องพิมพ์,

อุปกรณ์เครือข่าย ฯลฯ

ทรัพยากรถูกใช้ร่วมกันระหว่างกระบวนการ

โปรแกรมเป็นวัตถุคงที่ซึ่งเป็นไฟล์ที่มีรหัสและข้อมูล

กระบวนการ (งาน) เป็นแนวคิดพื้นฐานในระบบปฏิบัติการสมัยใหม่ส่วนใหญ่ และมักเรียกสั้นๆ ว่าเป็นโปรแกรมที่กำลังดำเนินการ กระบวนการเป็นวัตถุไดนามิกที่ปรากฏในระบบปฏิบัติการหลังจากที่ผู้ใช้หรือระบบปฏิบัติการตัดสินใจ "เรียกใช้โปรแกรมเพื่อดำเนินการ" นั่นคือเพื่อสร้างหน่วยใหม่ งานคำนวณ- ตัวอย่างเช่น ระบบปฏิบัติการอาจสร้างกระบวนการเพื่อตอบสนองต่อคำสั่ง runprgl.exe ของผู้ใช้ โดยที่ prgl.exe คือชื่อของไฟล์ที่เก็บโค้ดโปรแกรม

การจัดการทรัพยากร ระบบคอมพิวเตอร์เพื่อให้ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิผลสูงสุดคือจุดประสงค์ของระบบปฏิบัติการ ระบบปฏิบัติการยังตรวจสอบและแก้ไขข้อขัดแย้งที่เกิดขึ้นเมื่อกระบวนการหลายกระบวนการเข้าถึงอุปกรณ์ I/O เดียวกันหรือข้อมูลเดียวกัน

เกณฑ์ประสิทธิภาพตามที่ระบบปฏิบัติการจัดการจัดการทรัพยากรคอมพิวเตอร์อาจแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นในบางระบบเช่นเกณฑ์เช่น ปริมาณงานระบบคอมพิวเตอร์และอื่น ๆ - เวลาตอบสนองของมัน ตามเกณฑ์ประสิทธิภาพที่เลือก ระบบปฏิบัติการจัดระเบียบกระบวนการคำนวณให้แตกต่างออกไป

การจัดการทรัพยากรรวมถึงการแก้ไขงานทั่วไปต่อไปนี้ที่ไม่ขึ้นอยู่กับประเภทของทรัพยากร (รูปที่ 2):

การจัดกำหนดการทรัพยากร - นั่นคือการกำหนดว่ากระบวนการใด เมื่อใด และในปริมาณเท่าใด (หากทรัพยากรสามารถจัดสรรเป็นบางส่วนได้) ควรได้รับการจัดสรรทรัพยากรที่กำหนด

ตอบสนองการร้องขอทรัพยากร

ติดตามสถานะและบันทึกการใช้ทรัพยากร - นั่นคือการบำรุงรักษา ข้อมูลการดำเนินงานไม่ว่าทรัพยากรจะว่างหรือว่าง และมีการจัดสรรทรัพยากรส่วนใดแล้ว

การแก้ไขข้อขัดแย้งระหว่างกระบวนการ

เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ งานทั่วไประบบปฏิบัติการที่แตกต่างกันใช้การจัดการทรัพยากร อัลกอริธึมต่างๆซึ่งเป็นคุณสมบัติที่กำหนดลักษณะที่ปรากฏของระบบปฏิบัติการโดยรวมในท้ายที่สุด รวมถึงลักษณะการทำงาน ขอบเขต และแม้แต่อินเทอร์เฟซผู้ใช้

งานในการจัดการแบ่งปันทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างกระบวนการต่างๆ นั้นซับซ้อนมากและความซับซ้อนนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากธรรมชาติของการร้องขอการใช้ทรัพยากรแบบสุ่ม ในระบบหลายโปรแกรม คิวคำขอจะเกิดขึ้นจากโปรแกรมที่รันพร้อมกันไปยังทรัพยากรคอมพิวเตอร์ที่ใช้ร่วมกัน: ตัวประมวลผล หน้าหน่วยความจำ เครื่องพิมพ์ ดิสก์

ระบบปฏิบัติการจัดระเบียบการให้บริการของคิวเหล่านี้ตามอัลกอริธึมที่แตกต่างกัน: มาก่อนได้ก่อน ตามลำดับความสำคัญ บริการแบบ Round-robin ฯลฯ การวิเคราะห์และการกำหนดระเบียบวินัยที่เหมาะสมที่สุดสำหรับคำขอการบริการเป็นเรื่องของ พื้นที่พิเศษ คณิตศาสตร์ประยุกต์- ทฤษฎี กำลังเข้าคิว- บางครั้งทฤษฎีนี้ใช้เพื่อประเมินประสิทธิภาพของอัลกอริธึมการจัดการคิวบางอย่างในระบบปฏิบัติการ บ่อยครั้งที่มีการใช้อัลกอริธึมเชิงประจักษ์สำหรับคิวการบริการที่ได้รับการทดสอบในทางปฏิบัติในระบบปฏิบัติการเช่นกัน

คุณสมบัติระบบปฏิบัติการ คอมพิวเตอร์แบบสแตนด์อโลนมักจะจัดกลุ่มตามประเภท ทรัพยากรในท้องถิ่นจัดการโดยระบบปฏิบัติการ หรือตามงานเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับทรัพยากรทั้งหมด กลุ่มฟังก์ชันดังกล่าวเรียกว่าระบบย่อย ระบบย่อยการจัดการทรัพยากรที่สำคัญที่สุดคือ (รูปที่ 3):

ระบบย่อยการควบคุมกระบวนการ

ระบบย่อยการจัดการหน่วยความจำ

ระบบย่อยสำหรับจัดการไฟล์และอุปกรณ์ภายนอก

การปกป้องข้อมูลและระบบย่อยการดูแลระบบ

อินเตอร์เฟซ การเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชัน,

ระบบย่อย หน้าจอผู้ใช้.

การจัดการกระบวนการ

ส่วนที่สำคัญที่สุดของระบบปฏิบัติการซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการทำงาน คอมพิวเตอร์เป็นระบบย่อยการควบคุมกระบวนการ

สำหรับแต่ละกระบวนการที่สร้างขึ้นใหม่ ระบบปฏิบัติการจะสร้างระบบ โครงสร้างข้อมูลซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับความต้องการของกระบวนการสำหรับทรัพยากรระบบคอมพิวเตอร์ รวมถึงทรัพยากรที่จัดสรรตามจริง ดังนั้นกระบวนการจึงสามารถกำหนดเป็นแอปพลิเคชันบางตัวสำหรับการใช้ทรัพยากรระบบได้

เพื่อให้กระบวนการดำเนินการ ระบบปฏิบัติการจะต้องกำหนดพื้นที่ RAM เพื่อเก็บโค้ดและข้อมูลของกระบวนการ และจัดเตรียมเวลาประมวลผลตามจำนวนที่ต้องการ นอกจากนี้ กระบวนการอาจจำเป็นต้องเข้าถึงทรัพยากร เช่น ไฟล์และอุปกรณ์ I/O

โครงสร้างข้อมูลของกระบวนการมักจะรวมถึงข้อมูลเสริมที่แสดงลักษณะประวัติของกระบวนการในระบบด้วย สถานะปัจจุบัน(ใช้งานอยู่หรือถูกบล็อก) ระดับสิทธิ์การประมวลผล (ค่าลำดับความสำคัญ) ระบบปฏิบัติการอาจพิจารณาข้อมูลประเภทนี้เมื่อตัดสินใจว่าจะจัดเตรียมทรัพยากรให้กับกระบวนการหรือไม่

ในระบบปฏิบัติการหลายโปรแกรม สามารถมีกระบวนการหลายกระบวนการพร้อมกันได้ กระบวนการบางอย่างถูกสร้างขึ้นตามความคิดริเริ่มของผู้ใช้และแอปพลิเคชัน กระบวนการดังกล่าวมักเรียกว่ากระบวนการผู้ใช้ กระบวนการอื่นๆ ที่เรียกว่ากระบวนการของระบบ จะถูกเตรียมใช้งานโดยระบบปฏิบัติการเองเพื่อทำหน้าที่ต่างๆ เหล่านั้น

งานที่สำคัญของระบบปฏิบัติการคือการปกป้องทรัพยากรที่จัดสรร กระบวนการนี้จากกระบวนการอื่นๆ ทรัพยากรกระบวนการที่ได้รับการป้องกันอย่างระมัดระวังที่สุดประการหนึ่งคือพื้นที่ของ RAM ซึ่งใช้จัดเก็บโค้ดกระบวนการและข้อมูล ชุดของพื้นที่ทั้งหมดของ RAM ที่ระบบปฏิบัติการจัดสรรให้กับกระบวนการเรียกว่าพื้นที่ที่อยู่ กล่าวกันว่าแต่ละกระบวนการทำงานในพื้นที่ที่อยู่ของตัวเอง ซึ่งหมายถึงการป้องกันพื้นที่ที่อยู่ที่ได้รับจากระบบปฏิบัติการ อุปกรณ์ภายนอกเป็นต้น ระบบปฏิบัติการไม่เพียงแต่สามารถปกป้องทรัพยากรที่จัดสรรให้กับกระบวนการเดียวเท่านั้น แต่ยังจัดระเบียบได้อีกด้วย การแบ่งปันเช่น การอนุญาตให้หลายกระบวนการเข้าถึงพื้นที่หน่วยความจำบางพื้นที่

ในช่วงอายุของกระบวนการ การดำเนินการอาจถูกขัดจังหวะและดำเนินต่อไปได้หลายครั้ง เพื่อดำเนินการกระบวนการต่อ จำเป็นต้องคืนค่าสถานะของสภาพแวดล้อมการทำงาน สถานะของสภาพแวดล้อมการทำงานจะถูกระบุโดยสถานะของรีจิสเตอร์และตัวนับโปรแกรม โหมดการทำงานของโปรเซสเซอร์ และตัวชี้ไปยัง เปิดไฟล์ข้อมูลเกี่ยวกับการดำเนินการ I/O ที่ยังไม่เสร็จสิ้น รหัสข้อผิดพลาดของการเรียกระบบที่ดำเนินการโดยกระบวนการนี้ ฯลฯ ข้อมูลนี้เรียกว่าบริบทกระบวนการ พวกเขาบอกว่าเมื่อกระบวนการเปลี่ยนแปลง การสลับบริบทจะเกิดขึ้น

ระบบปฏิบัติการยังใช้ฟังก์ชันการซิงโครไนซ์กระบวนการ ซึ่งช่วยให้กระบวนการระงับการดำเนินการจนกว่าเหตุการณ์ของระบบจะเกิดขึ้น เช่น การดำเนินการ I/O ที่ระบบปฏิบัติการร้องขอเสร็จสมบูรณ์

ในระบบปฏิบัติการ ไม่มีการโต้ตอบแบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างกระบวนการและโปรแกรม เหมือน ไฟล์โปรแกรมสามารถวางไข่กระบวนการแบบขนานหลายกระบวนการ และกระบวนการสามารถเปลี่ยนไฟล์โปรแกรมและเริ่มดำเนินการโปรแกรมอื่นได้ในระหว่างการดำเนินการ เพื่อดำเนินการที่ซับซ้อน ระบบซอฟต์แวร์อาจมีประโยชน์ในการจัดระเบียบงานในรูปแบบของกระบวนการคู่ขนานหลายกระบวนการที่โต้ตอบกันเป็นระยะและแลกเปลี่ยนข้อมูลบางอย่าง เนื่องจากระบบปฏิบัติการปกป้องทรัพยากรกระบวนการและไม่อนุญาตให้กระบวนการหนึ่งเขียนหรืออ่านจากหน่วยความจำของกระบวนการอื่น สำหรับการโต้ตอบในการปฏิบัติงานของกระบวนการ ระบบปฏิบัติการจะต้องมีเครื่องมือพิเศษซึ่งเรียกว่าเครื่องมือสื่อสารระหว่างกระบวนการ

ระบบปฏิบัติการเป็นสิ่งซับซ้อนที่เชื่อมโยงถึงกัน โปรแกรมระบบจุดประสงค์คือเพื่อจัดระเบียบการโต้ตอบของผู้ใช้กับคอมพิวเตอร์และการทำงานของโปรแกรมอื่น ๆ ทั้งหมด

ระบบปฏิบัติการทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงระหว่างฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ในด้านหนึ่งกับโปรแกรมที่กำลังดำเนินการรวมถึงผู้ใช้ด้วย

ระบบปฏิบัติการมักจะถูกเก็บไว้ใน หน่วยความจำภายนอกคอมพิวเตอร์ - บนดิสก์ เมื่อคุณเปิดคอมพิวเตอร์เครื่องจะอ่านจาก หน่วยความจำดิสก์และอยู่ใน RAM กระบวนการนี้เรียกว่า กำลังโหลดระบบปฏิบัติการ

ฟังก์ชั่นของระบบปฏิบัติการประกอบด้วย:

ฟังก์ชั่นพื้นฐาน (OS แบบง่าย):

• กำลังดาวน์โหลดแอปพลิเคชันไปที่ แกะและการนำไปปฏิบัติ;
• การเข้าถึงที่ได้มาตรฐาน อุปกรณ์ต่อพ่วง(อุปกรณ์อินพุต/เอาท์พุต);
• การจัดการ RAM (การกระจายระหว่างกระบวนการ, หน่วยความจำเสมือน);
• การจัดการหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน (ฮาร์ดดิสก์ ซีดี ฯลฯ) โดยปกติจะใช้ระบบไฟล์
• หน้าจอผู้ใช้;

ฟังก์ชั่นเพิ่มเติม (พัฒนา OS สมัยใหม่):

• การดำเนินงานแบบขนานหรือหลอกแบบขนาน (มัลติทาสกิ้ง)
• การสื่อสารระหว่างกระบวนการ
• การโต้ตอบระหว่างเครื่องกับเครื่อง (เครือข่ายคอมพิวเตอร์);
• การปกป้องระบบเองตลอดจนข้อมูลผู้ใช้และโปรแกรมจากการกระทำที่เป็นอันตรายของผู้ใช้หรือแอปพลิเคชัน
• ความแตกต่างของสิทธิ์การเข้าถึงและโหมดการทำงานของผู้ใช้หลายคน (การรับรองความถูกต้อง, การอนุญาต)

ระบบปฏิบัติการสามารถเรียกได้ว่าเป็นส่วนขยายซอฟต์แวร์ของอุปกรณ์ควบคุมของคอมพิวเตอร์ ระบบปฏิบัติการซ่อนรายละเอียดที่ไม่จำเป็นที่ซับซ้อนของการโต้ตอบกับฮาร์ดแวร์จากผู้ใช้ ทำให้เกิดชั้นระหว่างพวกเขา ด้วยเหตุนี้ ผู้คนจึงไม่ต้องทำงานหนักมากในการจัดการปฏิสัมพันธ์กับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์

ข้อกำหนดต่อไปนี้ใช้กับระบบปฏิบัติการสมัยใหม่:

• ความเข้ากันได้ - ระบบปฏิบัติการจะต้องมีเครื่องมือสำหรับการรันแอพพลิเคชั่นที่เตรียมไว้สำหรับระบบปฏิบัติการอื่น
• การพกพา - รับประกันความสามารถในการถ่ายโอนระบบปฏิบัติการจากแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์หนึ่งไปยังอีกแพลตฟอร์มหนึ่ง
• ความน่าเชื่อถือและความทนทานต่อข้อผิดพลาด - เกี่ยวข้องกับการปกป้องระบบปฏิบัติการจากภายในและ ข้อผิดพลาดภายนอกความล้มเหลวและความล้มเหลว;
• ความปลอดภัย - ระบบปฏิบัติการต้องมีวิธีการปกป้องทรัพยากรของผู้ใช้บางคนจากผู้อื่น
• ความสามารถในการขยาย - ระบบปฏิบัติการควรทำให้ง่ายต่อการเปลี่ยนแปลงและเพิ่มเติมในภายหลัง
• ประสิทธิภาพ - ระบบต้องมีความเร็วเพียงพอ

ขึ้นอยู่กับจำนวนงานที่ดำเนินการไปพร้อมๆ กัน ระบบปฏิบัติการแบบงานเดียว (MS DOS, รุ่นแรกๆ PC DOS) และมัลติทาสกิ้ง (OS/2, UNIX, Windows)

ใน ตอนนี้คอมพิวเตอร์ประมาณ 90% ใช้ Windows KS ระบบปฏิบัติการในระดับที่กว้างขึ้นมีเป้าหมายเพื่อใช้บนเซิร์ฟเวอร์ ระบบปฏิบัติการระดับนี้ประกอบด้วยตระกูล UNIX, การพัฒนาของ Microsoft (MS DOS และ Windows), ผลิตภัณฑ์เครือข่าย Novell และ IBM Corporation

UNIX เป็นระบบปฏิบัติการแบบ multi-user และ multi-tasking ที่รวมเอาระบบปฏิบัติการต่างๆ ไว้มากมาย เครื่องมืออันทรงพลังการป้องกันโปรแกรมและไฟล์ของผู้ใช้ต่างๆ UNIX OS เป็นระบบปฏิบัติการอิสระซึ่งมีให้ ความคล่องตัวสูงระบบปฏิบัติการและความสะดวกในการพกพาโปรแกรมแอปพลิเคชันไปยังคอมพิวเตอร์ สถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน. คุณสมบัติที่สำคัญระบบปฏิบัติการ ครอบครัวยูนิกซ์เป็นแบบโมดูลาร์และมีช่วงการใช้งานที่กว้างขวาง โปรแกรมบริการซึ่งทำให้สามารถสร้างสภาพแวดล้อมการทำงานที่ดีสำหรับโปรแกรมเมอร์ผู้ใช้ (นั่นคือระบบมีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้เชี่ยวชาญ - โปรแกรมเมอร์แอปพลิเคชัน)

ข้อเสียของ UNIX คือการใช้ทรัพยากรสูง และสำหรับระบบผู้ใช้เดี่ยวขนาดเล็กที่ใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล มักมีความซ้ำซ้อน โดยทั่วไป ระบบปฏิบัติการตระกูล UNIX มุ่งเป้าไปที่พื้นที่ขนาดใหญ่ (องค์กร) และ เครือข่ายระดับโลกรวมผลงานของผู้ใช้นับพันคน การใช้ UNIX และมันอย่างแพร่หลาย เวอร์ชันลินุกซ์ได้รับทางอินเทอร์เน็ตที่ไหน ความสำคัญที่สำคัญมีความเป็นอิสระของเครื่องของระบบปฏิบัติการ

ดอส (DOS) เป็นตระกูลระบบปฏิบัติการสำหรับคอมพิวเตอร์ ย่อมาจาก “ระบบปฏิบัติการดิสก์” ซึ่งหมายถึง เน้นไปที่การใช้งาน ดิสก์ไดรฟ์เช่น ฮาร์ดดิสก์ และฟล็อปปี้ดิสก์

มีระบบปฏิบัติการที่ใช้ชื่อนี้สำหรับคอมพิวเตอร์เมนเฟรมที่ผลิตโดย IBM และโคลนของพวกเขาในช่วงทศวรรษที่ 60-80 ศตวรรษที่ XX

DOS เป็นระบบปฏิบัติการแบบทำงานเดี่ยว หลังจากสตาร์ท การควบคุมจะถูกถ่ายโอน โปรแกรมประยุกต์ซึ่งมีทรัพยากรทั้งหมดของคอมพิวเตอร์พร้อมใช้และสามารถดำเนินการอินพุต/เอาท์พุตได้โดยใช้ทั้งฟังก์ชันที่ได้รับจากระบบปฏิบัติการและฟังก์ชันต่างๆ ระบบพื้นฐานอินพุต/เอาท์พุต และยังทำงานกับอุปกรณ์ได้โดยตรงอีกด้วย MS-DOS (ย่อมาจาก Microsoft Disk) ระบบปฏิบัติการ- disk OS จาก Microsoft) เป็นระบบปฏิบัติการเชิงพาณิชย์สำหรับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลจาก Microsoft MS-DOS เป็นระบบปฏิบัติการที่มีชื่อเสียงที่สุดจากตระกูล DOS ซึ่งก่อนหน้านี้เคยติดตั้งในคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่

ปัจจุบันมี MS DOS สำหรับการควบคุม คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลไม่ได้ใช้จริง อย่างไรก็ตาม ไม่ควรถือว่าใช้ความสามารถจนหมดสิ้นและสูญเสียความเกี่ยวข้องไป ความต้องการทรัพยากรฮาร์ดแวร์ที่ต่ำทำให้ DOS มีแนวโน้มที่ดี การใช้งานจริง- ดังนั้นในปี 1997 บริษัท CaShega จึงเริ่มทำงานในการปรับ DR DOS (คล้ายกับ MS DOS) ให้กับตลาดระบบปฏิบัติการแบบฝังสำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูงซึ่งเชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตและเครือข่ายอินเทอร์เน็ต อุปกรณ์เหล่านี้รวมถึงเครื่องบันทึกเงินสด โทรสาร ผู้ช่วยดิจิทัลส่วนบุคคล อิเล็กทรอนิกส์ สมุดบันทึกและอื่น ๆ.

ระบบปฏิบัติการ Windows เป็นตระกูลระบบปฏิบัติการที่ประกอบด้วย: Windows 3.1, หน้าต่างสำหรับ Workgroups 3.11, Windows 9X, Windows NT, Windows 2000, Windows ME, WindowsXP (สองรายการแรกมักเรียกว่า เปลือกปฏิบัติการเนื่องจากมีการติดตั้ง DOS OS แยกต่างหากสำหรับพวกเขา)

ขอให้เป็นวันที่ดี เรียนผู้ใช้- ในหน้านี้เราจะพูดถึงหัวข้อต่างๆ เช่น: วัตถุประสงค์และหน้าที่หลักของระบบปฏิบัติการ องค์ประกอบของระบบปฏิบัติการ

ระบบปฏิบัติการ (OS)เป็นชุดโปรแกรมระบบที่เชื่อมต่อถึงกันสำหรับจัดระเบียบการโต้ตอบของผู้ใช้กับคอมพิวเตอร์และรันโปรแกรมอื่น ๆ ทั้งหมด ระบบปฏิบัติการอยู่ในระบบ ซอฟต์แวร์และเป็นส่วนหลัก ระบบปฏิบัติการ: MS DOS 7.0, วินโดวส์วิสต้าธุรกิจ, เซิร์ฟเวอร์ Windows 2008, OS/2, UNIX, Linux

ฟังก์ชั่นระบบปฏิบัติการหลัก:

• การจัดการอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ (ทรัพยากร) ได้แก่ การทำงานร่วมกันของฮาร์ดแวร์พีซีทั้งหมด: การเข้าถึงอุปกรณ์ต่อพ่วงตามมาตรฐาน การจัดการ RAM ฯลฯ
• การจัดการกระบวนการ เช่น การทำงานของโปรแกรมและการโต้ตอบกับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์
• ควบคุมการเข้าถึงข้อมูลบนสื่อที่ไม่ลบเลือน (เช่น ฮาร์ดดิส, ซีดี ฯลฯ) โดยปกติจะใช้ระบบไฟล์
• รักษาโครงสร้างไฟล์
• ส่วนติดต่อผู้ใช้เช่น บทสนทนากับผู้ใช้

ฟังก์ชั่นเพิ่มเติม:

• การดำเนินงานแบบขนานหรือหลอกขนาน (มัลติทาสกิ้ง)
• ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการ: การแลกเปลี่ยนข้อมูล การซิงโครไนซ์ซึ่งกันและกัน
• การปกป้องระบบเองตลอดจนข้อมูลผู้ใช้และโปรแกรมจากการกระทำที่เป็นอันตรายของผู้ใช้หรือแอปพลิเคชัน
• ความแตกต่างของสิทธิ์การเข้าถึงและโหมดการทำงานของผู้ใช้หลายคน (การรับรองความถูกต้อง, การอนุญาต)

องค์ประกอบของระบบปฏิบัติการ

โดยทั่วไปแล้วองค์ประกอบ ระบบปฏิบัติการรวมถึงโมดูลต่อไปนี้:

• โมดูลซอฟต์แวร์ที่จัดการระบบไฟล์
• ตัวประมวลผลคำสั่งที่ดำเนินการคำสั่งของผู้ใช้
• ไดรเวอร์อุปกรณ์
• โมดูลซอฟต์แวร์ที่ให้อินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก
• โปรแกรมบริการ
• ระบบอ้างอิง

ไดรเวอร์อุปกรณ์(ไดรเวอร์อุปกรณ์) – โปรแกรมพิเศษให้การควบคุมการทำงานของอุปกรณ์และการประสานงาน การแลกเปลี่ยนข้อมูลกับอุปกรณ์อื่นๆ

ตัวประมวลผลคำสั่ง(ตัวประมวลผลคำสั่ง) - โปรแกรมพิเศษที่ร้องขอคำสั่งจากผู้ใช้และดำเนินการ (ตัวแปลโปรแกรม)

ล่ามคำสั่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการโหลดแอปพลิเคชันและจัดการการไหลของข้อมูลระหว่างแอปพลิเคชัน

เพื่อให้การทำงานของผู้ใช้ง่ายขึ้น ระบบปฏิบัติการสมัยใหม่จึงมีโมดูลซอฟต์แวร์ที่ให้อินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก
กระบวนการใช้งานคอมพิวเตอร์ในแง่หนึ่งนั้นมาจากการแลกเปลี่ยนไฟล์ระหว่างอุปกรณ์ ระบบปฏิบัติการมีโมดูลซอฟต์แวร์ที่จัดการระบบไฟล์

โปรแกรมบริการช่วยให้คุณสามารถดูแลรักษาดิสก์ (ตรวจสอบ บีบอัด จัดเรียงข้อมูล ฯลฯ) ดำเนินการกับไฟล์ (คัดลอก เปลี่ยนชื่อ ฯลฯ) และทำงานในเครือข่ายคอมพิวเตอร์

เพื่อความสะดวกของผู้ใช้ระบบปฏิบัติการประกอบด้วย ระบบอ้างอิง ซึ่งช่วยให้คุณได้รับข้อมูลที่จำเป็นเกี่ยวกับการทำงานของทั้ง OS โดยรวมและการทำงานของแต่ละโมดูลได้อย่างรวดเร็ว

บันทึก

องค์ประกอบของโมดูล OS รวมถึงจำนวนโมดูลนั้นขึ้นอยู่กับตระกูลและประเภทของระบบปฏิบัติการ ตัวอย่างเช่น MS DOS ไม่มีโมดูลที่มีอินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก

วิธีการจัดโครงสร้างที่พบบ่อยที่สุด ระบบปฏิบัติการคือการแบ่งโมดูลทั้งหมดออกเป็นสองกลุ่ม:

1. แกนกลาง– เป็นโมดูลที่ทำหน้าที่หลักของระบบปฏิบัติการ
2. โมดูลเสริม, การแสดง ฟังก์ชั่นรองระบบปฏิบัติการ คุณสมบัติที่กำหนดอย่างหนึ่งของเคอร์เนลกำลังทำงานอยู่ มีสิทธิพิเศษ โหมด.

โมดูลเคอร์เนลทำสิ่งต่อไปนี้: ฟังก์ชั่นพื้นฐานระบบปฏิบัติการ: การจัดการกระบวนการ การจัดการระบบขัดจังหวะ การจัดการหน่วยความจำ การจัดการอุปกรณ์ I/O ฟังก์ชันที่แก้ไขปัญหาภายในระบบของการจัดระเบียบกระบวนการประมวลผล: การสลับบริบท การโหลด/ยกเลิกการโหลดหน้า การจัดการการขัดจังหวะ คุณสมบัติเหล่านี้ไม่สามารถใช้ได้กับแอพ ฟังก์ชั่นที่รองรับแอพพลิเคชั่น สร้างสิ่งที่เรียกว่าสภาพแวดล้อมซอฟต์แวร์แอพพลิเคชั่น

แอปพลิเคชันสามารถส่งคำขอไปยังเคอร์เนล - การโทรของระบบ – เพื่อดำเนินการบางอย่าง: เพื่อเปิดและอ่านไฟล์, เอาต์พุต ข้อมูลกราฟิกเพื่อแสดงเวลาระบบรับ ฯลฯ ฟังก์ชันเคอร์เนลที่แอปพลิเคชันสามารถเรียกใช้ได้จากอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชัน - API ( อินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมแอปพลิเคชัน.

ตัวอย่าง.
รหัสพื้นฐาน Win32 APIรวมอยู่ในห้องสมุดสามแห่ง กำลังโหลดแบบไดนามิก (ลิงค์แบบไดนามิกไลบรารี, DLL): USER32, GDI32และ เคอร์เนล32.

เคอร์เนล — โมดูลวินโดวส์ซึ่งรองรับฟังก์ชันระดับต่ำสำหรับการทำงานกับไฟล์และการจัดการหน่วยความจำและกระบวนการ โมดูลนี้ให้บริการสำหรับแอปพลิเคชัน 16 และ 32 บิต
จีดีไอ(Graphics Device Interface) - โมดูล Windows ที่ให้การใช้งาน ฟังก์ชั่นกราฟิกเกี่ยวกับการทำงานกับสี แบบอักษร และกราฟิกเบื้องต้นสำหรับจอแสดงผลและเครื่องพิมพ์
ผู้ใช้- โมดูล Windows ซึ่งเป็นตัวจัดการหน้าต่างและมีหน้าที่ในการสร้างและจัดการหน้าต่างที่แสดงบนหน้าจอ กล่องโต้ตอบปุ่ม และองค์ประกอบส่วนติดต่อผู้ใช้อื่นๆ
แกนกลางคือพลังขับเคลื่อนเบื้องหลังทุกสิ่ง กระบวนการคำนวณในระบบคอมพิวเตอร์ และการล่มสลายของเคอร์เนลก็เท่ากับการล่มสลายของทั้งระบบ หากไม่มีเคอร์เนล ระบบปฏิบัติการจะไม่สามารถทำงานได้อย่างสมบูรณ์และจะไม่สามารถทำหน้าที่ใด ๆ ของมันได้ ดังนั้นผู้พัฒนาระบบปฏิบัติการจึงให้ความสนใจ ความสนใจเป็นพิเศษความน่าเชื่อถือของรหัสเคอร์เนลส่งผลให้กระบวนการแก้ไขข้อบกพร่องอาจใช้เวลานานหลายเดือน

โดยปกติแล้วเคอร์เนลจะอยู่ในรูปแบบ โมดูลซอฟต์แวร์รูปแบบพิเศษบางอย่างที่แตกต่างจากรูปแบบการใช้งานของผู้ใช้
โมดูลเสริม OS ทำหน้าที่เสริมของระบบปฏิบัติการ (มีประโยชน์ แต่มีความจำเป็นน้อยกว่าฟังก์ชันเคอร์เนล)

ตัวอย่างของโมดูลเสริม:

• โปรแกรมเก็บข้อมูล.
• โปรแกรมจัดเรียงข้อมูลบนดิสก์
• โปรแกรมแก้ไขข้อความ

โมดูลระบบปฏิบัติการเสริมได้รับการออกแบบให้เป็นแอปพลิเคชันหรือเป็นไลบรารีของขั้นตอนต่างๆ โมดูล OS เสริมแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้:

สาธารณูปโภค- โปรแกรม นักแก้ปัญหาการจัดการและการสนับสนุน ระบบคอมพิวเตอร์: การบำรุงรักษาดิสก์และไฟล์

โปรแกรมประมวลผลระบบ– ข้อความหรือ โปรแกรมแก้ไขกราฟิก, คอมไพเลอร์, ลิงเกอร์, ดีบักเกอร์

โปรแกรมสำหรับให้บริการผู้ใช้ บริการเพิ่มเติมส่วนต่อประสานผู้ใช้ (เครื่องคิดเลข, เกม)

ไลบรารีขั้นตอน เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ, ทำให้การพัฒนาแอพพลิเคชั่นง่ายขึ้น (library ฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์, ฟังก์ชันอินพุต/เอาต์พุต)

ชอบ การใช้งานปกติในการปฏิบัติงาน ยูทิลิตี้ที่ประมวลผลโปรแกรมระบบปฏิบัติการและไลบรารีจะเข้าถึงฟังก์ชันเคอร์เนลผ่านการเรียกของระบบ
ฟังก์ชันที่ดำเนินการโดยโมดูลเคอร์เนลเป็นฟังก์ชันที่ใช้บ่อยที่สุดของระบบปฏิบัติการ ดังนั้นความเร็วในการดำเนินการจะกำหนดประสิทธิภาพของทั้งระบบ เพื่อให้ ความเร็วสูงในระหว่างการทำงานของระบบปฏิบัติการโมดูลเคอร์เนลทั้งหมดหรือส่วนใหญ่จะอยู่ใน RAM อย่างถาวรนั่นคือพวกมันอาศัยอยู่

โดยปกติโมดูลเสริมจะถูกโหลดลงใน RAM เฉพาะในช่วงระยะเวลาของฟังก์ชันเท่านั้นนั่นคือโมดูลเหล่านั้นอยู่ระหว่างการขนส่ง การจัดระเบียบระบบปฏิบัติการนี้จะบันทึก RAM ของคอมพิวเตอร์

บันทึก

การแบ่งระบบปฏิบัติการออกเป็นเคอร์เนลและโมดูลเสริมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการขยายระบบปฏิบัติการได้ง่าย ในการเพิ่มคุณลักษณะระดับสูงใหม่ คุณเพียงแค่ต้องพัฒนาแอปพลิเคชันใหม่โดยไม่ต้องแก้ไขฟังก์ชันการทำงานหลักที่สร้างแกนหลักของระบบ

อ็อบเจ็กต์เคอร์เนล OS คือ:

• กระบวนการ (กล่าวถึงในหัวข้อ 2.3)
• ไฟล์.
• กิจกรรม
• สตรีม (กล่าวถึงในหัวข้อ 2.3)
• เซมาฟอร์เป็นอ็อบเจ็กต์ที่อนุญาตให้มีเธรดไม่เกิน n รายการเพื่อป้อนส่วนของโค้ดที่กำหนด
• Mutexes เป็นเซมาฟอร์แบบจุดเดียวที่ใช้ในการเขียนโปรแกรมเพื่อซิงโครไนซ์เธรดที่รันพร้อมกัน
• ไฟล์ที่ฉายลงในหน่วยความจำ