Определение, назначение, структура и функции операционных систем. Классификация операционных систем.

Операционная система (ОС) – это программа, которая обеспечивает возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом.

Определим назначение ОС, рассмотрев несколько точек зрения на них:

1. Операционная система как виртуальная машина

При разработке ОС широко применяется абстрагирование, которое является важным методом упрощения и позволяет сконцентрироваться на взаимодействии высокоуровневых компонентов системы, игнорируя детали их реализации. В этом смысле ОС представляет собой интерфейс между пользователем и компьютером.

2. Операционная система как менеджер ресурсов ОС предназначена для управления всеми частями весьма сложной архитектуры компьютера (на одном компе много прогр-м выводят на принтер -мешанина). ОС как менеджер ресурсов, осуществляет упорядоченное и контролируемое распределение процессоров, памяти и других ресурсов между различными программами.

3. Операционная система как защитник пользователей и программ(несколько пользователей – защита их инф-и)

4. Операционная система как постоянно функционирующее ядро. ОС – это программа, постоянно работающая на компьютере и взаимодействующая со всеми прикладными программами. Во многих современных операционных системах постоянно работает на компьютере лишь часть операционной системы, которую принято называть ее ядром.

Вывод: Существует много точек зрения на то, что такое операционная система и каково ее назначение. Невозможно дать ей адекватное строгое определение. Проще сказать не что есть операционная система, а для чего она нужна и что она делает. Структура ОС: В общем случае ОС состоит из:

1. ядро (В общем случае ОС состоит из: ядра, базовой системы ввода-вывода, командного интерпретатора, сервисных программ)

2. базовая система ввода-вывода (набор программных средств, обеспечивающих взаимодействие ОС и приложений с аппаратными средствами)

3. командный интерпретатор (необязательная, но существующая в подавляющем большинстве ОС часть, обеспечивающая управление системой посредством ввода текстовых команд)

4. сервисные программы (пакет приложений, включённый в состав ОС, реализующий множество полезных функций. Для надежного управления ходом выполнения приложений операционная система должна иметь по отношению к приложениям определенные привилегии.)

Шесть основных функций классических операционных систем:

· Планирование заданий и использования процессора.

(чтобы процесс мог быть выполнен, операционная система должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Часть процессов порождается по инициативе пользователей и их приложений, такие процессы обычно называют пользовательскими. Другие процессы, называемые системными, инициализируются самой операционной системой для выполнения своих функций. Поскольку процессы часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы, то в обязанности ОС входит поддержание очередей заявок процессов на ресурсы, например очереди к процессору, к принтеру, к последовательному порту. Важной задачей операционной системы является защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов). Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации. (Для обеспечения корректного обмена информацией операционная система должна предоставить процессам специальные средства связи. По объему передаваемой информации и степени возможного воздействия на поведение процесса, получившего информацию, их можно разделить на три категории: сигнальные, канальные и разделяемую память. Также процессы можно рассматривать как набор активностей - последовательное выполнение некоторых действий, направленных на достижение определенной цели. Активности разных процессов могут исполняться псевдопараллельном режиме (interleaving), что может привести к состоянию race condition (условие гонки, состязания). Поэтому необходимо синхронизировать исполнение критических участков процесов.) Управление памятью. (отслеживание свободной и занятой памяти; выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов; защита памяти; вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти). Управление файловой системой. (Операционная система предоставляет удобную для пользователя абстракцию в виде файла. Для удобства работы с данными файлы группируются в каталоги, которые, в свою очередь, образуют группы — каталоги более высокого уровня. Пользователь может с помощью ОС выполнять над файлами и каталогами такие действия, как поиск по имени, удаление, вывод содержимого на внешнее устройство (например, на дисплей), изменение и сохранение содержимого). Управление вводом-выводом.Обеспечение безопасности (Безопасность данных вычислительной системы обеспечивается средствами отказоустойчивости ОС, направленными на защиту от сбоев и отказов аппаратуры и ошибок программного обеспечения, а также средствами защиты от несанкционированного доступа. В последнем случае ОС защищает данные от ошибочного или злонамеренного поведения пользователей системы.)

Классификация ОС (с т. з. пользователя):

1. Реализация многозадачности: многозадачные (Unix, OS/2, Windows);однозадачные (например, MS-DOS).можно организовать запуск дочерней задачи и наличие в памяти двух и более задач одновременно. Однако эта ОС традиционно считается однозадачной, главным образом из-за отсутствия защитных механизмов и коммуникационных возможностей.Многозадачная ОС, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции, полностью реализует мультипрограммный режим. Многозадачный режим, который воплощает в себе идею разделения времени, называется вытесняющим (preemptive). Каждой программе выделяется квант процессорного времени, по истечении которого управление передается другой программе. Говорят, что первая программа будет вытеснена. В вытесняющем режиме работают пользовательские программы большинства коммерческих ОС.

* Системы реального времени. Включаются в разряд многозадачных ОС, наряду с пакетными системами и системами разделения времени.

2. Поддержка многопользовательского режима: однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x);многопользовательские (Windows NT, Unix).Наиболее существенное отличие между этими ОС заключается в наличии у многопользовательских систем механизмов защиты персональных данных каждого пользователя.

3. Многопроцессорная обработка

Вплоть до недавнего времени вычислительные системы имели один центральный процессор. В результате требований к повышению производительности появились многопроцессорные системы, состоящие из двух и более процессоров общего назначения, осуществляющих параллельное выполнение команд. Поддержка мультипроцессирования является важным свойством ОС и приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами -Linux, Solaris, Windows NT, и др. Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро, и задача может быть выполнена на любом процессоре, то есть обработка полностью децентрализована. В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор (master) и подчиненные (slave), загрузку и характер работы которых определяет главный процессор.