Особливості сучасного етапу розвитку ОС

У 90-ті роки практично всі ОС, що займають помітне місце на ринку, стали мережевими. Мережеві функції сьогодні вбудовуються в ядро ОС, будучи її невід'ємною частиною. ОС дістали кошти для роботи з всіма основними технологіями локальних (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM) і глобальних (Х.25, frame relay, ISDN, ATM) мереж, а також засобу для створення складених мереж (IP, IPX, AppleTalk, RIP, OSPF, NLSP). В ОС використовуються засоби мультиплексування декількох стеків протоколів, за рахунок яких комп'ютери можуть підтримувати одночасну мережну роботу з різнорідними клієнтами і серверами. З'явилися спеціалізовані ОС, що призначені винятково для виконання комунікаційних задач. Наприклад, мережева ОС IOS компанії Cisco Systems, що працює в маршрутизаторах, організує в мультипрограмному режимі виконання набору програм, кожна з який реалізує один з комунікаційних протоколів.

Особлива увага протягом всього останнього десятиліття приділялася корпоративним мережевим ОС. Корпоративна ОС відрізняється здатністю добре і стійко працювати у великих мережах, що характерні для великих підприємств, що мають відділення в десятках міст і, можливо, у різних країнах. До дійсного часу досить явно визначилася трійка лідерів у класі корпоративних ОС — це Novell NetWare 4.x і 5.0, Microsoft Windows NT 4.0 і Windows 2000, а також UNIX-системи різних виробників апаратних платформ.

Сучасним ОС властива багатоплатформенністъ, тобто здатність працювати на зовсім різних типах комп'ютерів. Багато ОС мають спеціальні версії для підтримки кластерних архітектур, що забезпечують високу продуктивність. Виключенням поки є ОС NetWare, усі версії якої розроблені для платформи Intel, а реалізації функцій NetWare у вигляді оболонки для інших ОС, наприклад NetWare for AIX, успіху не мали.

Сучасна ОС бере на себе виконання задачі вибору параметрів операційного середовища, використовуючи для цієї мети різні адаптивні алгоритми. Розподіл ОП між процесами здійснюється автоматично за допомогою механізмів ВП в залежності від активності цих процесів і інформації про частоту використання ними тієї чи іншої сторінки. Миттєві пріоритети процесів визначаються динамічно в залежності від передісторії, що включає, наприклад, час перебування процесу в черзі, відсоток використання виділеного кванта часу, інтенсивність в/в і т.п. Навіть у процесі установки більшість ОС пропонують режим вибору параметрів за замовчуванням, що гарантує нехай не оптимальну, але завжди прийнятну якість роботи систем.

Перші комп'ютери взагалі не мали ОС. На початку 1960-х вони лише комплектувались набором інструментів для розробки, планування та виконання завдань. Серед інших можна виділити системи від UNIVAC та Control Data Corporation.

До кінця 1960-х, проте, було розроблено цілий ряд операційних систем, в котрих були реалізовані всі або більшість з вищеперелічених фукнцій. До них можна віднести «Atlas» (Манчестерський університет), «CTTS» и «ITSS» (Массачусетський технологічний інститут (МТІ)), «THE» (Ейндховенський технологічний університет), «RS4000» (Університет Орхуса) та інші (на той момент їх налічувалось близько сотні)

Найбільш розвинуті ОС того часу, такі як «OS/360» (компанія «IBM»), «SCOPE» (компанія «CDC») та завершений вже в 1970-х роках «MULTICS» (МТІ та компанія «Bell Labs»), передбачали можливість використання багатопроцесорних системи.

Спонтанний характер розробки ОС призвів до наростання кризових явищ, пов'язаних, перш за все, зі складністю та великими розмірами розроблюваних систем. ОС погано масштабувались (простіші не використовували всіх можливостей потужних обчислювальних машин; складніші неоптимально виконувались або взагалі не виконувались на менш потужних системах) і були повністю несумісними між собою.

У 1969 році співробітники МТІ Кен Томпсон, Деніс Рітчі та Брайан Керніган з колегами розробили та реалізували ОС «Юнікс» («Unix»; первинно «UNICS», на противагу «MULTICS»), котра увібрала в себе багато рис попередниць, але на противагу їм мала цілий ряд переваг:

· проста метафорика (два ключових поняття — процес та файл);

· компонентна архітектура (принцип «одна програма — одна функція», або інакше «кожна програма має робити лише одну роботу, але робити її добре» плюс потужні засоби об'єднання цих програм для вирішення конкретних задач);

· мінімізація ядра та кількості системних викликів;

· незалежність від апаратної архітектури і реалізація на машинно незалежній мові програмування (для цього була розроблена мова програмування «C»;

· уніфікація файлів (будь-що у системі є файлом, до котрого можна доступитись по спільних для всіх правилах).

Завдяки зручності перш за все в якості інструментального середовища «Юнікс» дуже тепло зустріли в університетах, а потім і в галузі в цілому і незабаром вона стала прототипом єдиної ОС, котру можна було використовувати у найрізноманітніших обчислювальних системах, і — більше того — швидко та з мінімумом зусиль перенести на іншу апаратну архітектуру.

В кінці 1970-х років співробітники Каліфорнійського університету в Берклі внесли ряд суттєвих вдосконалень у джерельні коди Юнікс, включно з реалізацією стеку мережевих протоколів TCP/IP. Їх розробка стала відомою під іменем BSD (англ. Berkeley Software Distribution).

Через конфлікт з «Bell Labs» Річард Столмен поставив задачу реалізувати повністю незалежну від авторських прав ОС на основі Юнікс, заснувавши проект «GNU» (англ. рекурсивсне скорочення «GNU's Not Unix» — «ГНЮ Не Юнікс»).

Незабаром «Юнікс» стала стандартом де-факто, а потім і юридичним — ISO/IEC 9945. ОС, що дотримувались цього стандарту чи опираються на нього, називають «відкритими» або «стандартними». До них відносяться системи, що базуються на останній версії «Юнікс», випущеної «Bell Labs» («System V»), на розробках Університету Берклі («FreeBSD», «OpenBSD», «NetBSD»), а також ОС «Linux», розроблена спільнотою на чолі з Лінусом Торвальдсом та в межах проекту «GNU» (основні системні інструменти).

Сьогодення

Сучасні операційні системи типово мають графічний інтерфейс користувача, котрий на додачу до клавіатури користується також вказівниковим пристроєм — мишею чи тачпадом. Старіші системи, та системи, що не призначені для частої безпосередньої взаємодії з користувачем (як наприклад сервери) типово використовують інтерфейс командного рядка. Обидва підходи так чи інакше реалізують оболонку, котра перетворює команди користувача — текстові з клавіатури, чи рухи мишки — на системні виклики.

При виборі ОС ключовим моментом є архітектура комп'ютера (зокрема центрального процесора), на котрій вона буде запускатись. На персональних комп'ютерах сумісних з ІВМ РС запускаються ОС сімейства «Майкрософт Віндовз», «Лінукс» та «БСД». На мейнфреймах Burroughs MCP — B5000, IBM OS/360 — IBM System/360, UNIVAC EXEC 8 — UNIVAC 1108. Крім того на більшості сучасних мейнфреймів запускаються різні варіанти Лінукс чи Юнікс, а на деяких — версія Datacenter Windows 2003 Server. На вбудованих системах використовується велика кількість вбудованих ОС.

Юнікс-подібні ОС

До юнікс-подібних ОС відноситься велика кількість операційних систем, котрі можна умовно поділити на три категорії — System V, BSD та Лінукс. Сама назва «Юнікс» є торговою маркою, що належить «The Open Group», котра власне й ліцензує кожну конкретну ОС на предмет того, чи відповідає вона стандарту. Тому через ліцензійні чи інші неузгодження деякі ОС, котрі фактично є Юнікс-подібними, не визнані такими офіційно.

Системи Юнікс запускаються на великій кількості процесорних архітектур. Вони широко використовуються як серверні системи у бізнесі, як стільничні системи у академічному та інжененому середовищі. Тут популярні вільні варіанти Юнікс, такі як Лінукс та БСД-системи. Окрім того, деякі з них останнім часом набувають широкого поширення в корпоративному середовищі, особливо це стосується орієнтованих на кінцевого користувача дистрибутивів Лінукс, в першу чергу Ubuntu, Mandriva, Red Hat Enterprise Linux та Suse. Лінукс також є популярною системою на стільницях розробників, системних адміністраторів та інших ІТ-спеціалістів.

Деякі варіанти Юнікс, як наприклад HP-UX компанії Хьюлет Пакард та AIX від IBM запускаються лише на апаратних системах своїх розробників. Інші, як наприклад Solaris, можуть запускатись на багатьох апаратних типах, включаючи сервери на базі x86 та ПК.

Сімейство Microsoft Windows

Windows XP

Первинно сімейство ОС Microsoft Windows проектувалось як графічна надбудова над старими середовищами DOS. Сучасні версії розроблені на базі нового ядра (англ. NT - New Technology, Нова технологія), що первинно з'явилось в OS/2, запозичене з VMS. Windows запускається на 32- та 64-бітних процесорах Інтел та AMD; попередні версії також могли запускатись на процесорах DEC Alpha, MIPS, Fairchild (пізніше Intergraph) Clipper та PowerPC. Проводились роботи на портування її на архітектуру SPARC.

Станом на 2006 рік Windows утримує монопольне становище (близько 94 %) світового ринку настільних систем, дещо втрачаючи позиції із-за зростання цікавості до систем з відкритими джерельними кодами. Вона також використовується на малих та середніх серверах мереж та баз даних. Останнім часом Microsoft проводить ряд маркетингових досліджень, котрі мають на меті показати привабливість сімейства Windows на ринку корпоративних систем.

Найбільше на сьогоднішній день поширена версія Microsoft Windows XP, випущена 25 жовтня 2001 року. Останній випуск Windows XP Service Pack 2 випущено 6 серпня 2004 року. Станом на 27 червня 2008 року операційні системи сімейства Microsoft Windows займають 91 % долі світового ринку ОС ^[1]

У листопаді 2006 року, після більш ніж 5 років розробки, корпорація Microsoft випустила ОС Windows Vista, що містить велику кількість нововведень та архітектурних змін в порівнянні з попередніми версіями Windows. Серед інших можна виділити новий інтерфейс користувача, названий Windows Aero, ряд вдосконалень безпеки, як наприклад Контроль реєстраційного запису користувача (User Account Control) та нові програми для мультимедія, як наприклад Windows DVD Maker.

Mac OS X — це ряд графічних ОС, що розроблюються, реалізуються та підтримуються компанією Apple. Mac OS X — це наступниця оригінальної MacОС, що її розробляла Apple з 1984 року. На відміну від попередниці, Mac OS X є Юнікс-системою, що розроблена на основі NEXTSTEP.

Перші випуски Mac OS X були у 1999 році — Mac OS X Server 1.0, та в березні 2001 — Mac OS X 10.0. З того часу було випущено ще 5 версій Mac OS X у варіантах «кінцевий користувач» та «сервер». Остання версія, Mac OS X 10.5, випущена 15 листопада 2007 року. Випуски Mac OS X називаються іменами великих тварин з родини котячих; Остання версія (10.5) носить назву «Леопард».

Серверна версія Mac OS X Server архітектурно ідентична версії для кінцевого користувача, але запускається на серверах виробництва Apple. Вона містить програми для керування робочими групами та адміністрування ключових мережевих служб, включаючи поштові служби, сервери Samba, LDAP, DNS та ін.

Класифікація програм.

Програма — це статичний об'єкт, що представляє собою файл із кодами і даними. Процес — це динамічний об'єкт, що виникає в ОС після того, як користувач чи сама ОС вирішує «запустити програму на виконання», тобто створити нову одиницю обчислювальної роботи.

Керування ресурсами обчислювальної системи з метою найбільш ефективного їхнього використання є призначенням ОС. Наприклад, мультипрограмна ОС організує одночасне виконання відразу декількох процесів на одному комп'ютері, по черзі переключаючи процесор з одного процесу на інший, крім простоїв процесора, викликувані звертаннями процесів до в/в. ОС також відслідковує і дозволяє конфлікти, що виникають при звертанні до декількох процесів того самого пристрою в/в чи до тих самих даних.

Програми ОС постійно (резидентно) займають в ОП об'єм, встановлений при конфігурації системи. Решта частин ОС по мірі необхідності викликаються із зовнішньої на МД. ОС забезпечує здійснення в обчислювальній системі наступних процесів:

- обробка задач;

- роботи системи в режимі діалогу і квантування часу;

- роботи системи в реальному масштабі часу в складі багатопроцесорних і багатомашинних комплексів;

- зв'язок оператора із системою;

- протоколювання ходу виконання обчислювальних робіт;

- обробки даних, які поступають по каналах зв'язку;

- функціонування пристроїв в/в;

- використання широкого набору засобів відладки і тестування програм;

- планування проходження задач у відповідності з їх пріоритетами;

- ведення обліку і контролю за використанням даних, програм і ресурсів ЕОМ.

Основні компоненти ОС — управляючі та обробляючі програми. Управляючі програми керують роботою обчислювальної системи, забезпечуючи в першу чергу автоматичну зміну завдань для підтримки неперервного режиму роботи ЕОМ при переході від однієї програми до іншої без участі оператора.

Управляюча програма визначає порядок виконання обробляючих програм і забезпечує необхідним комплектом послуг їх виконання. Основні функції управляючої програми: послідовне чи пріоритетне виконання кожної роботи (управління задачами); зберігання, пошук і обслуговування даних незалежно від їх організації і способу зберігання (управління даними).

Програми управління задачами зчитують вхідні потоки задач, оброблюють їх в залежності від пріоритету, ініціюють одночасне виконання декількох завдань, викликають процедури, ведуть системний журнал.

Програми управління даними забезпечують способи організації, ідентифікації, зберігання, каталогізації і вибірки оброблюваних даних. Ці програми управляють в/в даних з різною організацією, об'єднанням записів в блоки і розділенням блоків на записи, обробкою міток томів і наборів даних.

Програми управління відновленням після збою оброблюють переривання від систем контролю, регіструють збої в процесорі і зовнішніх пристроях, формують записи про збій в журналі, аналізують можливість завершення перерваної збоєм задачі і переводять систему в стан чекання, якщо закінчення задачі неможливе.

Конфігурація системи. ПП в ОС може одержати від ОС в процесі своєї роботи характеристики конкретної реалізації системи, в середовищі якої вона функціонує: ім'я, версію і редакцію ОС, тип і технічні характеристики комп'ютера. В ОС зазвичай маються засоби локалізації, дозволяючи настроїти систему на конкретне національне (місцеве) представлення даних: представлення десяткових дробів, грошових одиниць, дати і часу.

ОС представляють програмі користувача можливість дізнатися текучі дату і час. За початок підрахунку, наприклад, в MS-DOS прийнята дата 1 січня 1980р. 0 год. 0 хв. 0 сек. по Грінвічу, в UNIX 1 січня 1970р. Системи представляють можливість виміру часових інтервалів коротших 1 секунди з допомогою спеціальних системних викликів. ОС може переводити дату і час з внутрішнього числового представлення в символьне (для виведення, наприклад, на термінал), місцевий час в час по Грінвічу і навпаки, представляти інформацію про часовий пояс, літній та зимовий час.