Реферат: Операционные системы
СодержаниеВведение.
История создания и развития операционных систем
Разновидности современных операционных систем
Конкурентная борьба современных операционных систем.
Вычислительные и операционные системы
Литература
Введение.
Понятиеоперационной системы.
Операционная система (ОС) — комплекс системных иуправляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использованиявсех ресурсов вычислительной системы (ВС) (Вычислительная система — взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники ипрограммного обеспечения, предназначенная для обработки информации) и удобстваработы с ней.
Назначение ОС — организация вычислительного процесса ввычислительной системе, рациональное распределение вычислительных ресурсовмежду отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователяммногочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования иотладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса (Интерфейс — совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых дляподключения периферийных устройств к ПЭВМ) между пользователем и ВС, т.е. ОСпредоставляет пользователю виртуальную ВС. Это означает, что ОС в значительнойстепени формирует у пользователя представление о возможностях ВС, удобствеработы с ней, ее пропускной способности. Различные ОС на одних и тех жетехнических средствах могут предоставить пользователю различные возможности дляорганизации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных.
В программном обеспечении ВС операционная системазанимает основное положение, поскольку осуществляет планирование и контрольвсего вычислительного процесса. Любая из компонент программного обеспеченияобязательно работает под управлением ОС.
В соответствии с условиями применения различают трирежима ОС: пакетной обработки, разделения времени и реального времени. В режимепакетной обработки ОС последовательно выполняет собранные в пакет задания. Вэтом режиме пользователь не имеет контакта с ЭВМ, получая лишь результатывычислений. В режиме разделения времени ОС одновременно выполняет несколькозадач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ. В режиме реальноговремени ОС обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемымивходными сигналами. Время отклика ЭВМ с ОС реального времени на возмущающеевоздействие должно быть минимальным.
История создания и развития операционных систем.
1. Стандарт CP/M
Начало созданию операционных систем для микроЭВМположила ОС СР/М. Она была разработана в 1974 году, после чего была установленана многих 8-разрядных машинах. В рамках этой операционной системы было созданопрограммное обеспечение значительного объема, включающее трансляторы с языковБейсик, Паскаль, Си, Фортран, Кобол, Лисп, Ада и многих других, текстовые(Текстовые процессоры — это наиболее широко используемый вид прикладныхпрограмм. Они позволяют подготавливать документы гораздо быстрее и удобнее, чемс помощью пишущей машинки. Текстовые процессоры позволяют использоватьразличные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносятслова на новую строку, позволяют делать сноски, включать рисунки, автоматическинумеруют страницы и сноски и т.д) и табличные процессоры, системы управлениябазами данных, графические пакеты ( Система управления базами данных (СУБД) — позволяет управлять большими информационными массивами — базами данных),символьные отладчики и другие проблемно ориентированные программы.
Успех системы в значительной степени был обусловлен еепредельной простотой и компактностью, возможностью быстрой настройки наразличные конфигурации ПЭВМ. Первая версия системы занимала всего 4 К, что быловесьма важно в условиях ограниченности объемов памяти ПЭВМ того времени.
2. Операционные системы типа DOS
ОС типа DOS стала доминирующей с появлением16-разрядных ПЭВМ, использующих 16-разрядные микропроцессоры типа 8088 и 8086.С точки зрения долголетия ни одна операционная система для микрокомпьютеров неможет даже приблизиться к DOS. С момента появления в 1981 году DOSраспространилась настолько широко, что завоевала право считаться самойпопулярной в мире ОС. Несмотря на некоторые свои недостатки и на то, чтобольшая ее часть основывается на разработках 70-х годов, DOS продолжаетсуществовать и распространяться и поныне. Хорошо это или плохо, она, вероятно,будет доминировать на рынке операционных систем в течение ближайшего времени. Внастоящее время для DOS разработан огромный фонд программного обеспечения.Имеются трансляторы (Транслятор — программа, автоматически преобразующаяпрограмму на языке программирования в последовательность инструкций.Разновидности трансляторов — компилятор, интерпретатор) для практически всехпопулярных языков высокого уровня, включая Бейсик, Паскаль, Фортран, Си, Модула-2,Лисп, Лого, АПЛ, Форт, Ада, Кобол, ПЛ-1, Пролог, Смолток и др.; причем длябольшинства языков существует несколько вариантов трансляторов. Имеютсяинструментальные средства для разработки программ в машинных кодах — ассемблеры, символьные отладчики и др. Эти инструментальные средствасопровождаются редакторами, компоновщиками и другими сервисными системами,необходимыми для разработки сложных программ. Кроме системного программногообеспечения для DOS создано множество прикладных программ.
3. Стандарт MSX
Этот стандарт определял не только ОС, но ихарактеристики аппаратных средств для школьных ПЭВМ. Согласно стандарту MSXмашина должна была иметь оперативную память объемом не менее 16 К, постояннуюпамять объемом 32 К с встроенным интерпретатором языка Бейсик, цветнойграфический дисплей с разрешающей способностью 256х192 точек и 16 цветами,трехканальный звуковой генератор на 8 октав, параллельный порт для подключенияпринтера и контроллер для управления внешним накопителем, подключаемым снаружи.
Операционная система такой машины должна была обладатьследующими свойствами: требуемая память — не более 16 К, совместимость с СР/Мна уровне системных вызовов, совместимость с DOS по форматам файлов на внешнихнакопителях на основе гибких магнитных дисков, поддержка трансляторов языковБейсик, Си, Фортран и Лисп. Таким образом, эта операционная система, получившаяназвание MSX-DOS, учитывала необходимость поддержки обширного программногообеспечения, разработанного для СР/М, и одновременно ориентировалась на новые вто время разработки, связанные с DOS.
4. Операционные системы, основанные награфическом интерфейсе
Помимо широко распространенных машин, проектируемых всоответствии со сложившимися стандартами, часто создаются машины, в которыхособо выделяется какое-либо свойство. Так, наибольшее внимание в начале исередине 80-х годов привлекли своими графическими возможностями машиныMacintosh и Amiga. В первой из них дисплей был монохромным, во второй — цветным, но обе отличались высокой разрешающей способностью и скоростью выводаграфической информации на дисплей.
Операционные системы для этих машин былиспроектированы так, чтобы максимально использовать возможности работы сграфикой. В них используется многооконный интерфейс и манипулятор«мышь». Для выбора той или иной операции или рабочего объекта наэкран выводится несколько условных графических символов (пиктограмм), средикоторых пользователь делает выбор с помощью «мыши».
5. Пи — система
В начальный период развития персональных компьютеровбыла создана операционная система USCD p-system. Основу этой системы составлялатак называемая П-машина — программа, эмулирующая гипотетическую универсальнуювычислительную машину. П-машина имитирует работу процессора, памяти и внешнихустройств, выполняя специальные команды, называемые П-кодом. Программныекомпоненты Пи-системы (в том числе компиляторы) составлены на П-коде,прикладные программы также компилируются в П-код. Таким образом, главнойотличительной чертой системы являлась минимальная зависимость от особенностейаппаратуры ПЭВМ. Именно это обеспечило переносимость Пи-системы на различныетипы машин. Компактность П-кода и удобно реализованный механизм подкачкипозволял выполнять сравнительно большие программы на ПЭВМ, имеющих небольшуюоперативную память.
Однако принципиальной особенностью данной системыявлялся преимущественно интерпретационный режим исполнения прикладных программ,что влекло интенсивные обмены информацией между оперативной памятью и внешниминакопителями. В результате происходило существенное замедление работы.
6. Операционные системы семейства UNIX
Система UNIX приобрела популярность в связи с ееуспешным использованием на мини-ЭВМ. Этот успех послужил толчком к тому, чтобысоздать подобную систему и для персональных компьютеров. Как правило, различныеверсии ОС, относящихся к этому семейству, имеют свои названия, но в основныхчертах повторяют особенности UNIX.
UNIX — операционная система, которая позволяетосуществить выполнение работ в многопользовательском и многозадачном режиме.Поначалу она предназначалась для больших ЭВМ, чтобы заменить MULTICS. UNIXявляется очень мощным средством в руках программиста, но требует очень большогообъёма ОЗУ и пространства диска. Несмотря на попытки стандартизировать этуоперационную систему, существует большое количество различных его версий,главным образом потому, что она была распространена в виде программы на языкеСи, которую пользователи стали модифицировать для своих собственных нужд.
Главной отличительной чертой этой системы является еемодульность и обширный набор системных программ, которые позволяли создатьблагоприятную обстановку для пользователей-программистов. Система UNIXорганически сочетается с языком Си, на котором написано более 90% еесобственных модулей. Командный язык системы практически совпадает с языком Си,что позволяло очень легко комбинировать различные программы при созданиибольших прикладных систем.
UNIX имеет «оболочку», с которойпользователь непосредственно взаимодействует, и «ядро», которое,собственно, и управляет действиями компьютера. Компьютер выводит в качествеприглашения для ввода команд долларовый знак. Из-за продолжительностипользования этой операционной системы количество команд весьма велико. Вдобавление к командам по управлению файлами, которые присутствуют в любойоперационной системе, UNIX имеет, по крайней мере, один текстовый редактор, атакже форматер текста и компилятор языка Си, что позволяет, по мере надобности,модифицировать «оболочку».
От UNIX многие другие операционные системы перенялитакие функции, как переназначение, канал и фильтр; однако UNIX имеет несомненнопреимущество в том, что она с самого начала разрабатывалась какмногопользовательская и многозадачная операционная система. Имена файлов могутиметь 14 знаков, причём в именах файлов различаются заглавные и строчные буквы.Первоначальный набор команд операционной системы расширился до 143 в версии7.0; в версии System III добавилась ещё 71 команда, ещё 25 — в Berkeley 4.1 иследующие 114 в Berkeley 4.2. Из-за такого обилия команд UNIX не относится ксамым удобным для пользователя языкам. Работа облегчается, если применятьграфический пользовательский интерфейс, но поскольку такое количество команд ибез того занимает значительный объём памяти, этот интерфейс требует ещё большегообъёма памяти и пространства диска.
Разновидности современных операционных систем
1. MS-DOS
MS DOS является наиболее широко распространеннойоперационной системой для персональных компьютеров. Число прикладных программдля MS-DOS составляет десятки тысяч, Такого большого количества программ вбыстроразвивающейся компьютерной сфере никогда не было. Это разнообразиепрограмм позволяет удерживать операционной системе MS DOS ведущее положениесреди более прогрессивных и более мощных операционных систем. Естественно, чтоэта ОС имеет свои достоинства и недостатки.
Ограничения DOS
Без сомнения, главная отличительная чертавычислительных систем 90-х годов — графический интерфейс пользователя(graphical user interface, GUI). Сторонники GUI утверждают, что этоториентированный на непосредственное визуальное восприятие обрабатываемыхобъектов интерфейс сильно ускоряет работу с ПК и за счет простоты освоенияделает его более доступным массовому потребителю.
Более серьезный недостаток — ограничение памяти,доступной DOS-программ — 640 К. На самом деле DOS может использовать до 1 MbОЗУ, но архитектура IBM PC сокращает доступную память до 640 К. Есть множествообходных путей — отображаемая память, расширенная память, расширители DOS, блокиверхней памяти, создаваемые диспетчерами памяти для процессора 80386, но фактостается фактом: не существует естественного способа, позволяющего прикладнымпрограммам использовать мегабайты ОЗУ, установленные на современных машинах.
Единственный надежный способ преодолеть эти барьерыраз и навсегда — заставить процессор работать в защищенном режиме. Но ни DOS,ни ее прикладные программы не способны работать в этом режиме, поэтому огромныепространства расширенной памяти остаются недоступными для большинства программ.
Скелетная природа DOS привлекает разработчиковпрограммного обеспечения. Большинство основных прикладных программ общаются сэкраном, клавиатурой и принтером в обход DOS, так как предоставляемые ею услугипо организации интерфейса с этими и другими устройствами совершеннонедостаточны. DOS, например, не поддерживает ввод-вывод через последовательныйпорт по прерываниям. Программисты тратят довольно много времени на написаниедрайверов для сотен различных принтеров и видеоадаптеров. Конфигурацииоборудования бывают настолько разнообразными, что трудно написать программу,которая работала бы на любом IBM-совместимом компьютере. Кроме общей файловойсистемы DOS здесь мало чем может помочь.
Прикладная программа, написанная для Windows,наоборот, будет работать на любом ПК, удовлетворяющем жестким требованиямWindows. Что важно, ответственность за подготовку драйверов перекладывается сразработчика программного обеспечения на изготовителя оборудования, так чторазработчик может посвятить больше времени работе над ядром программы.
Не так-то просто обучиться пользоваться различнымиDOS-программами. В DOS нет стандартного интерфейса для прикладных программ,поэтому то, что работает в одной программе, вероятнее всего, не будет работатьв другой. Для того чтобы записать файл в Windows-программе достаточно выбратьпункт Save из меню File. В программе WordPerfect for DOS для того, чтобы начатьэтот процесс, необходимо нажать F10. В пакете Lotus 1-2-3 — /FS. Этот списокможно продолжать сколько угодно. Исследования показывают, что среднийпользователь IBM-совместимого ПК регулярно используют две-три прикладныепрограммы, пользователи же компьютеров Macintosh — почти вдвое больше. Одно извозможных объяснений такой разницы состоит в том, что благодаря подобиюпрограммных изделий для Macintosh пользователь, знакомый с одной прикладнойпрограммой, легче осваивает другие.
Еще один «черный шар» против DOS — полноеотсутствие мультизадачности. DOS предназначена для одновременного выполнениятолько одной программы, и попытки заставить ее работать по-другому (заисключением некоторых очень специфичных случаев) чреваты крахом системы. Дажерезидентные программы (TSR), являющиеся ограниченным, но все же весьма полезнымисключением из правила, осложняют дело, когда конфликтуют друг с другом или сдругими элементами системы. Имеется большое количество изделий различных фирм,обеспечивающих мультизадачность или переключение задач в системах, базирующихсяна DOS, но ни одна из них не может сравниться по эффективности с такойоперационной системой, как OS/2, которая с самого начала была предназначена дляодновременной работы нескольких программ.
Сила в простоте
Одна из наиболее очевидных сильных сторон DOS — умеренные требования к оборудованию. Для того, чтобы работать с Windows наболее или менее приемлемой скорости, необходим как минимум ПК на основепроцессора 80386 с не менее чем 4Мбайт ОЗУ. Если надо DOS может вполненормально работать с 640 Кбайт и на процессоре 8088. DOS-программы работаютбыстро, по большей части благодаря тому, что большинство из них используеттекстовый режим дисплея. Даже графические DOS-программы, как правило, внесколько раз быстрее своих Windows-аналогов, так как над ними не довлеет GDI(Graphics Device Interface, интерфейс графического устройства, компонентWindows, который используется программами для вывода на экран). То, что одинтолкует как недостаток, другому кажется достоинством. Для пользователя,знакомого с командами DOS и достаточно быстро работающего на клавиатуре,командная строка — оружие, а не ловушка.
Простота DOS позволяет делать то, что неосуществимо вболее сложных операционных средах. Например, можно с помощью команды DEBUGсоздать очень мощные утилиты. API (application programming interface, интерфейсприкладных программ) DOS достаточно прост, и даже начинающие программисты могутнаучиться писать полезные программы. В то же время API Windows очень сложен идля овладения им необходимо несколько месяцев. Кроме того, создание программдля Windows требует изощренных инструментальных средств, в частности редакторовресурсов, компиляторов и отладчиков, работающих в этой операционной системе. Неслучайно, что для Windows гораздо меньше условно бесплатного и бесплатногопрограммного обеспечения.
2. Windows 3.1x
Ключевойидеей Windows является обеспечение полной независимости программ от аппаратуры.Система Windows 3.1 изначально создавалась так, чтобы полностью взять на себяобщение с конкретным типом дисплея или принтера. Как пользователю, так ипрограммисту, создающему приложение под Windows предоставлены универсальныесредства, снимающие проблему обеспечения совместимости с конкретной аппаратурой(аппаратная совместимость) и программным обеспечением (программнаясовместимость).
Унифицированный единый графический интерфейс спользователем облегчает изучение новых программных продуктов.
Одним из средств, обеспечивающих программнуюсовместимость, является механизм обмена данными между различными приложениями.Специальный «почтовый ящик» (clipboard) Windows 3.1 позволяет пользователю переносить информацию из одного приложения вдругое, не заботясь о ее формате и представлении. В отличии от профессиональныхоперационных систем, где механизм обмена данных между программами доступентолько программисту, в Windows 3.1 это делается очень просто и наглядно дляпользователя.
Механизм обмена данных между приложениями — жизненноважное свойство многозадачной среды. И в настоящее время производителипрограммного обеспечения пришли уже к выводу, что для переноса данных из одногоприложения в другое одного «почтового ящика» явно недостаточно.Появился новый, более универсальный механизм — OLE (Object Linking Embedded — Встроенная ОбъектнаяСвязь), который позволяет переносить из одного приложения в другое разнородныеданные.
Windows не только позволяет работать с привычным программным продуктом, но ипредлагает дополнительные возможности (запуск нескольких программ одновременно,быстрое переключение с одной программы на другую, обмен данными между ними ит.п.). Обеспечена возможность работы со всеми прикладными программами MS-DOS(текстовыми процессорами, СУБД, электронными таблицами и пр.).
Windows 3.1 может работать в одном из трех режимов: Real (реальном),Standart (стандартном), 386 Enhanced(расширенном). В процессе установки Windows анализирует имеющиесяаппаратные ресурсы и автоматически устанавливает режим, наиболее полноиспользующий возможности имеющейся аппаратуры.
В реальном режиме Windows 3.1 неиспользует аппаратные возможности, не поддерживаемые MS-DOS(этот режим является единственно возможным для машин с процессором 8086/8088):как и в MS-DOS, пользователь ограничен оперативной памятью в 640Кбайт.
В стандартном режиме (возможном на компьютерах спроцессором 80286 или 80386) Windows 3.1 полностью использует имеющуюся на компьютере расширеннуюпамять, загружая туда все приложения, написанные специально для Windows. Программы DOS загружаются в обычную память.
В расширенном режиме (возможном на компьютерах спроцессором 80386 и выше) при запуске приложений (как Windows, так иобычных программ для MS-DOS) Windows 3.1 поддерживает т.н. режим виртуальной машины(запускаемой программе как бы выделяется свой собственный компьютер со всемиресурсами), реализуя многозадачную среду.
Windows 3.1 позволяет запускать одновременно несколько программ (в том числеодну и ту же программу несколько раз), с возможностью мгновенного переключенияс одной программы на другую. Это позволяет инициировать длительный процесс(печать, сортировку и копирование больших объемов данных) и заняться другойработой, а не ждать, пока он закончится.indows 3.1x
3. Windows 95
Windows 95 представляет собой продукт эволюционногоразвития системы Windows 3.1x и не означает полного разрыва с прошлым. Хотя онанесет в себе много важных изменений по сравнению с 16-разрядной архитектуройWindows, в ней сохранены некоторые важнейшие свойства ее предшественницы.Результатом стало появление гибридной ОС, способной работать с 16-разряднымиприкладными программами Windows, программами, унаследованными от DOS, и старымидрайверами устройств реального режима и в то же время совместимой с истинными32-разрядными прикладными программами и 32-разрядными драйверами виртуальныхустройств.
Среди наиболее важных усовершенствований, появившихсяв Windows 95, — изначально заложенная в ней способность работать с32-разрядными многопотоковыми прикладными программами, защищенные адресныепространства, вытесняющая многозадачность, намного более широкое и эффективноеиспользование драйверов виртуальных устройств и возросшее применение32-разрядных хипов для хранения структур данных системных ресурсов. Ее наиболеесущественный недостаток состоит в относительно слабой защищенности от плохоработающих программ, содержащих ошибки.
Каждая собственная прикладная программа Windows 95видит неструктурированное 4 Gb-ное адресное пространство, в котором размещаетсяона сама плюс системный код и драйверы Windows 95. Каждая 32-разряднаяприкладная программа выполняется так, как будто она монопольно использует весьПК. Код прикладной программы загружается в это адресное пространство междуотметками 2 и 4 Gb. Хотя 32-разрядные прикладные программы «не видят»друг друга, они могут обмениваться данными через буфер обмена (Clipboard),механизмы DDE и OLE. Все 32-разрядные прикладные программы выполняются в соответствиис моделью вытесняющей многозадачности, основанной на управлении отдельнымипотоками. Планировщик потоков, представляющий собой составную часть системыуправления виртуальной памятью (VMM), распределяет системное время среди группыодновременно выполняемых потоков на основе оценки текущего приоритета каждогопотока и его готовности к выполнению. Вытесняющее планирование позволяетреализовать намного более плавный и надежный механизм многозадачности, чемкооперативный метод, используемый в Windows 3.1x.
Системный код Windows 95 размещается выше границы 2Gb. В пространстве между отметками 2 и 3 Gb находятся системные библиотеки DLLкольца 3 и любые DLL, используемые несколькими программами. (32-разрядныепроцессоры фирмы Intel предоставляют четыре уровня аппаратной защиты,поименованные, начина с кольца 0 до кольца 3. Кольцо 0 наиболеепривилегированно.) Компоненты кольца 0 в системе Windows 95 отображаются впространство между 3 и 4 Gb. Эти важные участки кода с максимальным уровнемпривилегий содержат подсистему управления виртуальными машинами (VMM), файловуюсистему и драйверы VxD.
Область памяти между 2 и 4 Gb отображается в адресноепространство каждой 32-разрядной прикладной программы, т. е. оно совместноиспользуется всеми 32-разрядными прикладными программами в вашем ПК. Такаяорганизация позволяет обслуживать вызовы API непосредственно в адресномпространстве прикладной программы и ограничивает размер рабочего множества.Однако за это приходится расплачиваться снижением надежности. Ничто не можетпомешать программе, содержащей ошибку, произвести запись в адреса,принадлежащие системным DLL, и вызвать крах всей системы.
В области между 2 и 3 Gb также находятся всезапускаемые вами 16-разрядные прикладные программы Windows. С целью обеспечениясовместимости эти программы выполняются в совместно используемом адресномпространстве, где они могут испортить друг друга так же, как и в Windows 3.1x.
Адреса памяти ниже 4 Mb также отображаются в адресноепространство каждой прикладной программы и совместно используются всемипроцессами. Благодаря этому становится возможной совместимость с существующимидрайверами реального режима, которым необходим доступ к этим адресам. Этоделает еще одну область памяти незащищенной от случайной записи. К самым нижним64 К этого адресного пространства 32-разрядные прикладные программы обращатьсяне могут, что дает возможность перехватывать неверные указатели, но16-разрядные программы, которые, возможно, содержат ошибки, могут записыватьтуда данные.
4. Windows NT
Windows NT по существу представляет собой операционнуюсистему сервера, приспособленную для использования на рабочей станции. Этимобусловлена архитектура, в которой абсолютная защита прикладных программ иданных берет верх над соображениями скорости и совместимости. Чрезвычайнаянадежность Windows NT обеспечивается ценой высоких системных затрат, поэтомудля получения приемлемой производительности необходимы быстродействующийпроцессор и по меньшей мере 16 Mb ОЗУ. Как и в OS/2 Warp, в системе Windows NTбезопасность нижней памяти достигается за счет отказа от совместимости сдрайверами устройств реального режима. В среде Windows NT работают собственные32-разрядные NT-прикладные программы, а также большинство прикладных программWindows 95. Так же, как OS/2 Warp и Windows 95, система Windows NT позволяетвыполнять в своей среде 16-разрядные Windows- и DOS-программы.
Схема распределения памяти Windows NT разительноотличается от распределения памяти систем Windows 95 и OS/2 Warp. Собственныеприкладным программам выделяется 2 Gb особого адресного пространства, отграницы 64 К до 2 Gb (первые 64 К полностью недоступны). Прикладные программыизолированы друг от друга, хотя могут общаться через буфер обмена Clipboard,механизмы DDE и OLE.
В верхней части каждого 2 Gb блока прикладнойпрограммы размещен код, воспринимаемый прикладной программой как системныебиблиотеки DLL кольца 3. На самом деле это просто заглушки, выполняющиеперенаправление вызовов, называемые DLL клиентской стороны (client-side DLLs).При вызове большинства функций API из прикладной программы библиотеки DLLклиентской стороны обращаются к локальным процедурам (Local ProcessCommunication — LPC), которые передают вызов и связанные с ним параметры всовершенно изолированное адресное пространство, где содержитс собственносистемный код. Этот сервер-процесс (server process) проверяет значенияпараметров, исполняет запрошенную функцию и пересылает результаты назад вадресное пространство прикладной программы. Хотя сервер-процесс сам по себеостается процессом прикладного уровня, он полностью защищен от вызывающей егоприкладной программы и изолирован от нее.
Между отметками 2 и 4 Gb расположены низкоуровневыесистемные компоненты Windows NT кольца 0, в том числе ядро, планировщик потокови диспетчер виртуальной памяти. Системные страницы в этой области наделеныпривилегиями супервизора, которые задаются физическими схемами кольцевой защитыпроцессора. Это делает низкоуровневый системный код невидимым и недоступным позаписи для программ прикладного уровня но приводит к падению производительностиво врем переходов между кольцами.
Для 16-разрядных прикладных Windows-программ WindowsNT реализует сеансы Windows on Windows (WOW). Как и OS/2 Warp, Windows NT даетвозможность выполнять 16-разрядные программы Windows индивидуально всобственных пространствах памяти или совместно в разделяемом адресномпространстве. Почти во всех случаях 16- и 32-разрядные прикладные программыWindows могут свободно взаимодействовать, используя OLE (при необходимостичерез особые процедуры thunk) независимо от того, выполняются они в отдельнойили общей памяти. Собственные прикладные программы и сеансы WOW выполняются врежиме вытесняющей многозадачности, основанной на управлении отдельнымипотоками. Множественные 16-разрядные прикладные программы Windows в одномсеансе WOW выполняются в соответствии с кооперативной моделью многозадачности.Windows NT может также выполнять в многозадачном режиме несколько сеансов DOS.Поскольку Windows NT имеет полностью 32-разрядную архитектуру, не существуеттеоретических ограничений на ресурсы GDI и USER.
5. OS/2 Warp
В апреле 1987 г. компании IBM и Microsoft объявили о совместных планах по созданию новой операционной системы: OS/2. Прошлонесколько лет, и мир стал свидетелем «бракоразводного процесса», врезультате чего у OS/2 остался один родитель — компания IBM, а фирма Microsoftотдала все симпатии любимому детищу, имя которому Windows. Важно помнить, чтоOS/2 — это новая операционная система с графическим интерфейсам пользователя(ГИП), в то время как Windows представляет собой ГИП, работающий«поверх» DOS.
OS/2 является полностью защищенной операционнойсистемой, благодаря чему невозможны конфликты между программами в памяти.Многозадачная система OS/2 способна выполнять одновременно несколько прикладныхпрограмм: например, Вы можете начать пересчет электронной таблицы, запуститьпечать документа в текстовом редакторе, связной пакет для приема/передачисообщений электронной почты, а затем продолжить поиск записей в базе данных.
Система OS/2 поддерживает многопроцессные прикладныепрограммы, рассчитанные на одновременное выполнение нескольких внутреннихфункций. Примерами могут служить текстовый редактор, в котором печать документаи проверка правописания осуществляются параллельно; электронная таблица свозможностью одновременного выполнения функций пересчета и просмотра или базаданных, в которой можно совмещать функции обновления и поиска записей.
Архитектура OS/2 Warp Connect 3.0 во многом похожа наархитектуру Windows 95, но в ее концепции заложено меньше компромиссов,связанных с использованием старого 16-разрядного кода. В результате появиласьОС с лучшими, чем у Windows 95, средствами защиты, в которой можно выполнятьпрограммы OS/2, Win16 и DOS, однако несовместимая с 16-разрядными драйверамиустройств. 32-разрядные прикладные программы Windows не могут выполняться всреде OS/2 Warp.
Собственным 32-разрядным прикладным программам OS/2доступно 4 Gb-ное отдельное адресное пространство. Код прикладных программ отображаетсяв диапазон адресов от 0 до 512 Mb, системный код OS/2 отображается впространство от 512 Mb до 4 Gb. Эта область системного кода используетсясовместно всеми процессами. Исполняемые 32-разрядные прикладные программыизолированы друг от друга, хотя они могут общаться между собой с помощьюсредств вырезания и вставки (cut-and-paste) или механизма DDE OS/2. В системеOS/2 Warp применяется модель вытесняющей многозадачности собственных прикладныхпрограмм, основанная на управлении отдельными потоками.
Такая организация обладает во многом теми жедостоинствами и недостатками, что свойственны Windows 95. Выделение системныхресурсов происходит гладко, а вызовы, направляемые в системные API, могутобслуживаться без существенных накладных расходов, так как системные DLLрасположены в тех же адресных пространствах, что и вызывающая прикладнаяпрограмма. Размер рабочего множества тоже удерживается в разумных пределах, таккак не нужно создавать множественные экземпляры системных DLL. Но защита негарантируется, поскольку плохо работающие прикладные программы все же могутиспортить важные системные области.
Однако в некоторых важных аспектах OS/2 Warpпревосходит систему Windows 95. Проблемы ограниченности системных ресурсов несуществует, так как в OS/2 Warp не используются 64 К хипы для хранения структурданных системных DLL. Эта ОС также предоставляет несколько служебных средств,отсутствующих в Windows, в том числе модель системных объектов (SOM) и REXX,мощный командный язык, используемый на многих платформах фирмы IBM.
В дополнение к собственным 32-разрядным прикладнымпрограммам, OS/2 Warp может выполнять 16-разрядные прикладные программыWindows. В зависимости от того, какую версию вы приобрели, OS/2 Warp используетдля этой цели либо копию Microsoft Windows 3.1, либо собственные библиотекиWin-OS/2. В любом случае вы можете по своему выбору запустить сеанс Windows длякаждой Windows-программы или выполнять все Windows-программы в совместноиспользуемом адресном пространстве. Последний подход может обеспечить лучшуюсовместимость, но грозит обернуться потерей устойчивости, так как в этом случаеОС работает в сущности подобно Windows 3.1x. OS/2 Warp позволяет такжезапускать прикладные программы DOS на легко конфигурируемых виртуальных машинахDOS, работающих в режиме вытесняющей многозадачности.
Архитектура OS/2 не предназначена для запуска в нейдрайверов устройств реального режима, поэтому ваши аппаратные средства должныпоставляться с собственными драйверами OS/2. Преимущество такого подхода в том,что OS/2 может полностью защитить первые 4 Mb памяти прикладной программы, т.е. область, которая по-прежнему остается незащищенной от аварийных сбоев всреде Windows 95.
Конкурентная борьба современных операционных систем.
Возраст Windows 3.1 берет свое, и три соперничающиеоперационные системы (Windows 95, OS/2 WARP и WINDOWS NT) готовы занять ееместо.
В Windows 3.x реализована простая кооперативная модельмногозадачности, которая не может гарантировать даже равномерного распределениясистемных ресурсов между несколькими прикладными программами. И хотя Windows3.x подвергалась справедливой критике за недостаточность предусмотренных в нейсредств защиты памяти и примитивную модель многозадачности, она представляласобой большой шаг вперед по сравнению с DOS и более старыми версиями этой жеоболочки. Для пользователей, располагающих медленными машинами с ОЗУограниченной емкости, она по-прежнему остается лучшей альтернативой.
Однако система Microsoft Windows 3.1 и ее кузен — сетевой продукт Windows for Workgroups 3.11 — устаревают на глазах. ИнтерфейсWindows функционально удобен для подготовленных пользователей, но отсутствиеистинного «рабочего стола» и раздельные функции модулей ProgtamManager и File Manager неоправданно затрудняют работу рядовых пользователей.Поставляемые вместе с операционной системой прикладные программы маломощны, аограничение либо отсутствие сетевых средств не соответствует общепринятым насегодняшний день стандартам.
Поэтому на смену Windows 3.x пришла Windows 95. Как илюбой продукт с широкими функциональными возможностями, рассчитанный наудовлетворение запросов огромного рынка, Windows 95 не лишена компромиссныхрешений. Многие ее впечатляющие достижения будут по заслугам оцененыпользователями PC, но в некоторых областях Windows 95 пока еще только догоняетсвоих конкурентов.
С точки зрения базовой архитектуры Windows 95 — истинно 32-разрядная, многопотоковая операционная система с вытесняющеймногозадачностью, что ставит ее в один ряд с такими соперниками, как OS/2, UNIXи Windows NT.
Наиболее важные компромиссы в архитектуре Windows 95были порождены решением корпорации Microsoft сделать ее совместимой ссуществующими 16-разрядными прикладными программами Windows и драйверамиустройств реального режима. Это позволяет Windows 95 работать с гораздо болеешироким спектром существующих аппаратных и программных средств, чем работаютOS/2 или UNIX.
Новый интерфейс с истинным «рабочим столом»,папками и линейкой заданий намного упрощает задачу пользователя: вызываемыеправым щелчком мыши контекстно-зависимые меню обеспечивают интуитивно понятныйспособ управления средой. Множество новых объектов интерфейса и стандартныедиалоги предоставляют в распоряжение программистов богатый набор готовых блоковдля создания прикладных программ.
Windows 95 внесла значительные улучшения в архитектуруWindows, в том числе истинно 32-разрядный интерфейс прикладногопрограммирования (API), защищенные адресные пространства для ее собственных32-разрядных прикладных программ, вытесняющую многозадачность, разделениеприкладных программ на потоки и более широкое использование виртуальныхдрайверов устройств. Модель защиты памяти реализована с серьезнымикомпромиссами, целью которых было достигнуть совместимости с существующими 16-разряднымиприкладными программами и драйверами устройств. Но на практике устойчивостьсистемы оказывается лучше, чем у Windows 3.1x.
Предполагалось, что к настоящему времени OS/2 станетдоминирующей ОС. Выпуская эту операционную систему в свет в 1987 г., фирмы IBM и Microsoft рассматривали ее как логическую замену DOS. После произошедшего в 1990 г. разрыва между двумя компаниями Microsoft занялась системой Windows, а IBM получила OS/2 всвое полное распоряжение.
За прошедшее с тех пор время OS/2 значительноизменилась в лучшую сторону, обретя новые функциональные возможности иустойчивость. С самого начала она была задумана как многопотоковая ОС свытесняющей многозадачностью. OS/2 также обеспечивает намного более совершеннуюзащиту памяти, поэтому какая-нибудь прикладная программа, содержащая ошибки,редко выводит из строя всю систему.
Слабое место OS/2 — относительно небольшое числособственных прикладных программ OS/2 (тот факт, что OS/2 так хорошо выполняетпрограммы Windows 3.x, оказался палкой о двух концах).
Во многих областях, таких, как многозадачность изащита, OS/2 опережает Windows 3.x и продолжает опережать Windows 95. Хотя онане обеспечивает устойчивости, свойственной Windows NT, ее системные требованиязначительно более скромны. К пользовательскому интерфейсу быстро привыкаешь, ното же самое справедливо и по отношению к Windows 95. После того как выпреодолеете барьер инсталляции, OS/2 предоставит вам конкурентоспособную среду длявыполнения прикладных программ DOS, Windows 3.x и собственного программногообеспечения OS/2.
Microsoft Windows NT была разработана как персональнаяоперационная система высокого класса, обладающая более совершеннымифункциональными возможностями и высокими системными требованиями, нежели ееконкуренты. Для ее работы нужно иметь как минимум 16 Mb ОЗУ, а для инсталляцииможет потребоваться до 100 Mb пространства на жестком диске. Так же как OS/2Warp и Windows 95, это 32-разрядная многозадачная, многопотоковая операционнаясистема, но, кроме того, она обладает важными средствами обеспечениябезопасности, надежной новой файловой системой с регистрационным журналом иможет быть перенесена на отличные от Intel аппаратные платформы. Ее базоваяархитектура обеспечивает лучшую защиту, чем любая соперничающая с ней система.
Резюме.
Заисключением IBM (чьи ПК предлагают двойную загрузку OS/2 и Windows), всеведущие поставщики персональных компьютеров в настоящее время устанавливают набольшинстве своих машин Windows 95 или Windows NT. Сфера распространенияWindows 3.1 или Windows for Workgroups 3.11. сузилась после того, каккорпорация Microsoft выпустила Windows 95. ОС OS/2 Warp не получила ещедостаточного распространения.
Вычислительные иоперационные системы.
Вычислительная система и ее ресурсы.
Вычислительная система (ВС) — это взаимосвязаннаясовокупность аппаратных средств вычислительной техники и программногообеспечения, предназначенная для обработки информации.
Иногда под ВС понимают совокупность техническихсредств ЭВМ, в которую входит не менее двух процессоров, связанных общностьюуправления и использования общесистемных ресурсов (память, периферийныеустройства, программное обеспечение и т.п.).
Ресурсы вычислительной системы
К ресурсам вычислительной системы относят такиесредства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработкиданных на определенный квант времени. Основными ресурсами ВС являютсяпроцессоры, области оперативной памяти, наборы данных, периферийные устройства,программы.
Виды вычислительных систем.
В зависимости от ряда признаков различают следующиевычислительные системы (ВС):
однопрограммные и многопрограммные (в зависимости отколичества программ, одновременно находящихся в оперативной памяти);
индивидуального и коллективного пользования (в зависимости отчисла пользователей, которые одновременно могут использовать ресурсы ВС);
с пакетной обработкой и разделением времени (в зависимости оторганизации и обработки заданий);
однопроцессорные, многопроцессорные и многомашинные (взависимости от числа процессоров);
сосредоточенные, распределенные (вычислительные сети) и ВС стеледоступом (в зависимости от территориального расположения и взаимодействиятехнических средств);
работающие или не работающие в режиме реального времени (взависимости от соотношения скоростей поступления задач в ВС и их решения);
универсальные, специализированные и проблемно-ориентированные(в зависимости от назначения).
Режимы работы вычислительных систем.
1. Мультипрограммирование
Мультипрограммирование — это режим обработки данных,при котором ресурсы вычислительной системы предоставляются каждому процессу изгруппы процессов обработки данных, находящихся в ВС, на интервалы времени,длительность и очередность предоставления которых определяется управляющейпрограммой этой системы с целью обеспечения одновременной работы винтерактивном режиме.
2. Режим реального времени
Режим реального времени — режим обработки данных, прикотором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними поотношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этихпроцессов.
Этот режим обработки данных широко используется всистемах управления и информационно-поисковых системах.
3. Однопрограммный режим работывычислительной системы (ВС)
Аппаратные средства ЭВМ совместно с программнымобеспечением образуют ВС. В зависимости от класса ЭВМ и вида операционнойсистемы ВС могут работать в режимах однопрограммном и мультипрограммном.
В однопрограммном режиме работы в памяти ЭВМ находитсяи выполняется только одна программ. Такой режим обычно характерен для микро-ЭВМи персональных ЭВМ, то есть для ЭВМ индивидуального пользования.
4. Мультипрограммный режим работывычислительной системы (ВС)
В мультипрограммном (многопрограммном) режиме работы впамяти ЭВМ находится несколько программ, которые выполняются частично илиполностью между переходами процессора от одной задачи к другой в зависимости отситуации, складывающейся в системе.
В мультипрограммном режиме более эффективноиспользуются машинное время и оперативная память, так как при возникновениикаких-либо ситуаций в выполняемой задаче, требующих перехода процессора в режиможидания, процессор переключается на другую задачу и выполняет ее до тех пор,пока в ней не возникает подобная ситуация, и т.д.
При реализации мультипрограммного режима требуетсяопределять очередность переключения задач и выбирать моменты переключения,чтобы эффективность использования машинного времени и памяти была максимальной.
Мультипрограммный режим обеспечивается аппаратнымисредствами ЭВМ и средствами операционной системы. Он характерен для сложныхЭВМ, где стоимость машинного времени значительно выше, чем у микро-ЭВМ.Разработаны также мультипрограммные ОС, позволяющие одновременно следить зарешением нескольких задач и повышать эффективность работы пользователя.
5. Режим пакетной обработки
В зависимости от того, в каком порядке примультипрограммном режиме выполняются программы пользователей, различают режимыпакетной обработки задач и коллективного доступа.
В режиме пакетной обработки задачи выстраиваются водну или несколько очередей и последовательно выбираются для их выполнения.
6. Режим коллективного доступа
В режиме коллективного доступа каждый пользовательставит свою задачу на выполнение в любой момент времени, то есть для каждогопользователя в такой ВС реализуется режим индивидуального пользования. Этоосуществляется обычно с помощью квантования машинного времени, когда каждойзадаче, находящейся в оперативной памяти ЭВМ, выделяется квант времени. Послеокончания кванта времени процессор переключается на другую задачу илипродолжает выполнение прерванной в зависимости от ситуации в ВС. Вычислительныесистемы, обеспечивающие коллективный доступ пользователей с квантованиеммашинного времени, называют ВС с разделением времени.
Характеристики операционных систем.
1. Основные функции операционных систем
Операционная система (ОС) связывает аппаратноеобеспечение и прикладные программы. Многие свойства различных программ похожи,и операционная система обычно предоставляет этот общий сервис. Например,практически все программы считывают и записывают информацию на диск илиотображают ее на дисплее. И хотя каждая программа в принципе может содержатьинструкции, выполняющие эти повторяющиеся задачи, использование в этих целяхоперационной системы более практично.
Операционная система может взаимодействовать саппаратными средствами и пользователем или прикладными программами. Она такжеможет переносить информацию между аппаратурой и прикладным программнымобеспечением.
Прикладной программист не должен беспокоиться онаписании специального программного кода для записи данных на все множестводисков, которое может быть на ПК. Программист просто просит операционнуюсистему записать данные на диск, а ОС занимается зависящей от аппаратурыинформацией. Операционная система получает предоставляемые прикладнымипрограммами данные и записывает их на физический диск.
Использование операционной системы делает программноеобеспечение более общим: программы могут работать на любом компьютере, накотором можно запустить эту операционную систему, поскольку взаимодействуют соперационной системой, а не с аппаратурой.
Наиболее часто используемые операционные системы,такие как DOS, Windows, UNIX, также предоставляют пользовательский интерфейс:пользователь может набирать команды в системном приглашении. ОС интерпретируетэти инструкции с помощью программы, логично называемой командныминтерпретатором, или процессором.
2. Модульная структура операционныхсистем
Структура ОС носит модульный характер.
Программный модуль — программа, рассматриваемая какцелое в контекстах хранения в наборе данных, трансляции, объединения с другимипрограммными модулями, загрузки в оперативную память для выполнения илиразработки в составе программного комплекса.
При разработке программного обеспечения его разделениена модули происходит по функциональному признаку, что способствует минимизациичисла межмодульных связей и, следовательно, уменьшению сложности разрабатываемогопрограммного комплекса.
Размеры модулей при этом обычно составляют несколькодесятков, реже несколько сотен операторов алгоритмического языка. Приисполнении программ различают исходный модуль — программу, выраженную напринятом при разработке комплекса языке программирования, объектный модуль — программу, полученную в результате трансляции на машинный язык, и загрузочныймодуль — программу, прошедшую редактирование и готовую к помещению воперативную память и после настройки адресных констант по месту загрузки — кисполнению. Загрузочный модуль может включать в себя несколько объектных иранее отредактированных загрузочных модулей.
Рассмотрим последовательность обработки задания наЭВМ.
Решение любой задачи на ЭВМ начинается с написания ееалгоритма на языке программирования. Текст алгоритма называется исходнойпрограммой или исходным модулем.
Первый этап обработки — трансляция, т.е. переводтекста исходного модуля с какого либо языка программирования на язык машинныхкоманд конкретной ЭВМ. Трансляция осуществляется с помощью специальных, сложныхпрограмм — трансляторов, которые входят в состав комплекта системныхобрабатывающих программ ОС.
Транслятор загружается в оперативную память (RAM) ЭВМ,ему передается управление центральным процессором, входной информацией для негослужит транслируемый исходный модуль, результатом работы является текстпрограммы на машинном языке — объектный модуль.
Сложные программные комплексы состоят из многихмодулей, поэтому, перед этапом выполнения программы необходимо объединение всехмодулей и определение связей между ними.
В современных ОС такое объединение модулейосуществляется после этапа трансляции перед загрузкой программы в RAM ЭВМ длявыполнения. Процесс установления межмодульных связей в различных ОС называютредактированием связей (компоновкой задач, построением задач), и выполняется онс помощью специальной программы редактора связей.
Программа редактора связей осуществляет первичноеразрешение межмодульных ссылок. Предположим, что в модуле А существует командаобращения к модулю В — call В. Редактор связей после объединения обоих модулейв единый загрузочный модуль в соответствующей машинной команде долженпроставить адрес модуля В, определенный относительно начала всего загрузочногомодуля.
Чтобы программа могла выполняться, единый загрузочныймодуль должен быть помещен в RAM ЭВМ. Эту операцию называют этапом загрузки, апрограмму, которая осуществляет загрузку, — загрузчиком или программой выборки.
3. Операционные системы общего назначения
Различают три типа операционных систем (ОС) общегоназначения: поддерживающие однопрограммный режим работы и диалоговый способобщения, обеспечивающие пакетную обработку задач в режимемультипрограммирования и операционные системы разделения времени.
1. Операционные системы общего назначения,поддерживающие однопрограммный режим работы и диалоговый способ общениявключают в себя средства, обеспечивающие ввод и вывод информации, управляютработой системных обрабатывающих программ — трансляторов, редакторов, предоставляютпользователю сведения о ходе выполнения задач, обеспечивают работу сбиблиотеками. Обычно такие операционные системы называют мониторными. Они неповышают производительности ЭВМ, но позволяют программисту вмешиваться в ходвыполнения задания, что резко повышает производительность его работы, особеннона этапе отладки программ.
2 Операционные системы общего назначения,обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипрограммированияприменяются в ВС средней и большой производительности. В RAM ЭВМ одновременнонаходится несколько системных и пользовательских задач, и когда одна из нихобрабатывается процессором, то для остальных осуществляются необходимые обменыс внешним устройством (ВУ).
Эффективность использования ВС при этом во многом зависитот состава пакета задач, подлежащих выполнению, так как могут возникатьситуации, когда все задачи находятся в состоянии ожидания и процессорпростаивает ( в условиях потока отладочных задач, каждая из которыххарактеризуется многократными обменами и незначительным временем, затрачиваемымсобственно на счет). Эффективность работы пользователя при этом невысокая, таккак в условиях пакетной обработки задач он не имеет возможности вмешиваться впроцесс выполнения своей программы.
Рассмотрим основные функции ОС общего назначения,обеспечивающей мультипрограммный режим обработки задач.
Операционная система должна выполнять рациональноепланирование работ по обработке всех поступающих задач (комплекс мероприятий повводу задач в ЭВМ, распознаванию их характеристик, размещению всех входныхнаборов данных на внешних носителях, организации входных и выходных очередей).
Как правило, задачи из входного потока данных,прочитанного одним из внешних устройств (ВУ), не сразу попадают в RAM ЭВМ, аразмещаются на устройствах внешней памяти. В режимах пакетной обработки задачивыстраиваются в очередь (входную очередь), место задачи в очереди определяетсяее приоритетом. Перенос задачи из очереди в RAM ЭВМ происходит автоматически.
При реализации комплекса мероприятий, выполняемого ОСнепосредственно перед началом решения задачи, главное внимание уделяетсяпредоставлению всех необходимых для решения задачи ресурсов ВС (области RAM,места на диске, требующихся наборов данных и т.п.)
Если для решения очередной задачи не хватает ресурсов,ОС должна принять одно из следующих решений:
· отобрать часть ресурсов у какой — либо другой задачи, выполнявшейся в данный момент и менее приоритетной;
· подождать, пока какая-нибудь изрешаемых задач завершится и освободит требуемый ресурс;
· пропустить вне очереди ту задачу,чья очередь еще не подошла, но для выполнения которой ресурсов достаточно.
3. Операционные системы разделения времени позволяютреализовать возможность повышения производительности труда пользователя за счетего доступа к своей задаче в процессе ее выполнения и повышенияпроизводительности ВС за счет мультипрограммирования. Режим разделения временисоздает иллюзию одновременного доступа нескольких пользователей ко всемвычислительным ресурсам ВС. Каждый пользователь общается с системой так, какесли бы ему одному принадлежали все вычислительные ресурсы: он может остановитьвыполнение своей задачи в нужном месте, просмотреть требуемые области RAM, сзаданного места выполнить свою программу по командам и т.д. На самом же делекаждый пользователь получает для своей задачи достаточную зону RAM, процессор ипрочие вычислительные ресурсы только в течение определенного и достаточномалого интервала времени, как уже говорилось выше — кванта.
Пропускная способность ВС в режиме разделения времениниже, чем при обработке задач в режиме мультипрограммирования, из-за накладныхрасходов ОС, вызванных частыми переключениями процессора и главным образоммногочисленными переносами задач из RAM на жесткий диск и обратно, то есть свопингами.Во многих пользовательских системах режим разделения времени сочетается спакетной обработкой задач в режиме мультипрограммирования. В этом случае RAMЭВМ разделяется на зону для пакетной обработки и на зону (или несколько зон взависимости от емкости RAM) для выполнения задач в режиме разделения времени.Такое сочетание позволяет загружать процессор даже в ситуациях, когда всепользователи режима разделения времени остановят выполнение своих задач. Такиесистемы используются при решении научно- технических задач. При этом главноеназначение таких ОС — обеспечение более высокой эффективности использованиявсех вычислительных ресурсов ВС и достижение максимальных удобств в работепользователя. Однако использование операционных систем общего назначения вусловиях работы конкретного пользователя часто означает явную избыточностьмногих системных средств. В таких случаях применяют ОС специального назначения.
4. Операционные системы специальногоназначения
К таким системам относят операционные системы,предназначенные для решения задач реального времени, для организации работывычислительных сетей, и. некоторые другие.
1. Операционные системы реального времени.
Операционные системы реального времени отличаются отоперационных систем общего назначения в первую очередь тем, что поступающая всистему информация обязательно должна быть обработана в течение заданныхинтервалов времени (эти интервалы времени нельзя превышать). Кроме того запросына обработку могут поступать в непредсказуемые моменты времени. Поэтому такиеоперационные системы должны обеспечить некоторые дополнительные возможности,например, создание постоянных задач.
При работе в режиме реального времени возможновозникновение очередей запросов на обработку, поэтому операционная система должнаорганизовать такие очереди и их обслуживание в соответствии с заданнойдисциплиной.
При больших нагрузках на ЭВМ возможно возникновениеситуаций, в которых одна или несколько задач не могут быть реализованы взаданный промежуток времени. Поэтому операционная система должна иметьвозможность динамического изменения приоритетов «аварийных задач»,после выполнения которых устанавливаются прежние значения приоритетов.
2. Операционные систиемы, предназначенные дляорганизации работы вычислительных сетей
Работа операционной системы в вычислительной сетихарактеризуется определенными особенностями. Главной из них являетсянеобходимость организации передачи данных внутри вычислительной сети. Любаяинформация внутри вычислительной сети передается отдельными порциями — блокамиданных. Основные требования, предъявляемые к операционным системам по передачеблоков данных, можно сформулировать следующим образом:
· блоки данных должны циркулироватьв сети асинхронно и независимо в обоих направлениях между источником сообщенияи его адресатом;
· операционные системы должныосуществлять контроль за прохождением блока данных в течение всего периода егопребывания в сети;
· необходимы программные иаппаратные средства, предотвращающие потерю или искажения блоков данных приодновременном нахождении их в вычислительной сети;
· операционные системы должнывключать в себя механизм обнаружения повторных, потерянных или ошибочных блоковданных в вычислительной сети.
5. Операционные системы, основанные награфическом интерфейсе
Операционная системы семейства Windows.
Оболочка Windows включает в себя множество компонентови обеспечивает пользователям различной квалификации комфортные условия работы.
В течение долгих лет с момента своего появленияперсональные компьютеры (IBM — совместимые) обходились без специальных«пользовательских оболочек», работая непосредственно под управлениемоперационной системы (MS-DOS, DR DOS, PC-DOS). Все операции управлениякомпьютером производились путем ввода с клавиатуры некоторых слов — директив.Неудобство такого алфавитно-цифрового интерфейса порождало претензии и к самимкомпьютерам (возможно и не совсем обоснованные).
Работа с персональной ЭВМ мало отличалась от работы,например, на мини-ЭВМ: необходимо было хорошо знать операционную систему.
Сейчас, например, оболочка Windows исповедуетсовершенно другие принципы в части интерфейса пользователя с ЭВМ. Основнаяидея, заложенная в основу оболочки Windows, — естественность представленияинформации. Информация должна представляться в той форме, которая обеспечиваетнаиболее эффективное усвоение этой информации человеком. Несмотря на простоту(и даже тривиальность) этого принципа, его реализация в интерфейсах прикладныхпрограмм персональных ЭВМ по разным причинам оставляла желать лучшего. Да иреализация его в рамках Windows тоже не лишена недостатков. Но эта оболочкапредставляет собой существенный шаг вперед по сравнению с предыдущимиинтерфейсами.
Windows представляет собой графическую оболочку. Отпользователя не требуется ввод директив с клавиатуры в виде текстовых строк.Необходимо только внимательно смотреть на экран и выбирать из предлагаемогонабора требуемую операцию с помощью манипулятора мышь. Курсор мыши следуетпозиционировать на поле требуемой директивы меню, или на интересующую васпиктограмму, или на поле переключателя (кнопки). На выбранном объектенеобходимо зафиксировать курсор кнопкой мыши — и операция выполняется. Спомощью того же манипулятора можно перемещать пиктограммы и окна по экрану,менять их размер, открывать и закрывать их — и все это при минимальномиспользовании клавиатуры для ввода каких бы то ни было директив. Кроме того,для любителей традиционного интерфейса DOS реализована возможность выхода наэтот уровень. При разработке графического интерфейса Windows не последнюю рольиграли и эргономические соображения: учтены требования к цветовой гамме,сочетаниям цветов, шрифтам, формам и размерам пиктограмм и окон. По сравнению снекоторыми другими пакетами внешнее оформление оболочки Windows может бытьпризнано «спартанским» вследствие отсутствия излишеств и за деловойстиль. Понятие «графически — ориентированный» включает в себя дляWindows также и соответствие изображения на экране последующему изображению натвердой копии (распечатке). В этом плане можно считать, что в оболочке Windowsреализован принцип WYSIWYG (What you see is what you get = То, что вы видите,вы и получаете), до сих пор бывший привилегией небольшого числа программ.
6. Генерация операционной системы
Генерация операционной системы — процесс созданияконкретного варианта операционной системы, наиболее полно учитывающего запросывозможных пользователей и конфигурацию ЭВМ в конкретной ситуации.
Операционные системы поставляются в видедистрибутивных носителей, содержащих модули всех управляющих и обрабатывающихпрограмм. В процессе генерации формируются ядро операционной системы — частьнаиболее часто используемых управляющих модулей, постоянно присутствующих воперативной памяти, и системные наборы данных.
Процесс генерации операционной системы осуществляетсяс помощью специальной программы — генератора операционной системы. Затемрешается вопрос о том, какие из всех возможных средств и составных частейследует включить в состав сгенерированной операционной системы. При этомуточняется, какие из модулей операционной системы будут резидентными, то естьбудут постоянно присутствовать в RAM в составе ядра, а какие модули — транзитными, то есть постоянно будут находиться на жестком диске, а в RAM будутпопадать по мере надобности.
Следует помнить, что всякое перемещение модулейоперационной системы между жестким диском и RAM, как и всякий обмен,осуществляется относительно медленно. Решение этого вопроса основывается напоиске наилучшего компромисса между быстродействием и размером ядраоперационной системы, так как если все модули сделать резидентными, тобыстродействие операционной системы окажется максимальным, но максимальнымбудет и размер RAM, занимаемой под ядро операционной системы. В противномслучае мы проиграем в быстродействии, но сэкономим память.
Поскольку ЭВМ используются в различной конфигурации(отличаются емкость RAM, количество внешних устройств и т.п.), необходимо пригенерации перечислить весь состав технических средств вычислительногокомплекса, внешних устройств. В результате можно сгенерировать вариантоперационной системы, максимально учитывающий функциональное назначение иконфигурацию конкретной вычислительной системы.
Литература1. Вильям Столлингс.Операционные 2004.
2. Гордеев Александр.Операционные системы: Учебник для вузов. — 2-е изд2006