Основные компоненты операционных систем.

Операционная система(ОС) — система программ, предназна­ченная для управления ресурсами ЭВМ и процессами, которые ис­пользуют эти ресурсы, а также для обеспечения пользовательско­го интерфейса.

Под ресурсомЭВМ понимается любой логический или аппарат­ный компонент ЭВМ, а под процессом— последовательность дей­ствий, предписанных программой.

Любая ОС решает две наиболее важные задачи:

1) предоставление пользователю удобного интерфейса (пользова­тельский интерфейс) для управления аппаратными средствами и программным обеспечением ЭВМ;

2) повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами (программный и ап­паратно-программный интерфейсы).

Первая задача обусловлена сложностью управления компью­тером на уровне машинного языка, особенно это касается ввода-вывода. Например, организация чтения блока данных с гибкого диска включает последовательное выполнение ряда команд с за­данием таких параметров, как номер блока на диске, номер секто­ра на дорожке и др. Наличие же ОС сводит эту задачу к копирова­нию логического объекта — файла с одного носителя на другой в интуитивно понятном пользователю интерфейсе (например, Про­водник ОС Windows). Аналогично операционная система управляя другими аппаратными средствами, образуя на их основе в некотором смысле «виртуальную» машину, с которой взаимодействуетпользователь.

Рис. 29. Классификация операционных систем

Наряду с этим ОС управляет всеми частями сложной системы компьютера, распределяя ресурсы компьютера (время процессо­ра, память и данные) между конкурирующими процессами, обес­печивая при этом максимальную эффективность функционирова­ния компьютера.

Операционные системы различают (рис. 29) по особенностям реализации внутренних алгоритмов управления основными ресур­сами компьютера, особенностям использованных методов проекти­рования, типам аппаратных платформ, сферам применения и др.

Обобщенная характеристика современной ОС для ПК — сетевая, - многопользовательская, многозадачная и даже многопроцессорная. Всем этим критериям соответствуют наиболее широко используе­мые ОС семейства Windows, выпускаемые компанией Microsoft для ПК начиная с 2003 года. Включение сетевого ядра в ОС персональ­ных компьютеров в первую очередь связано с развитием и массо­вым использованием глобальной сети Internet.

Однозадачные ОСвыполняют функцию предоставления поль­зователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадач­ные ОС включают средства управления периферийными устройст­вами, средства управления файлами, средства общения с пользо­вателем.

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

Главным отличием многопользовательских систем от однополь­зовательских является наличие средств защиты информации каж­дого пользователя от несанкционированного доступа других поль­зователей. Появление многопользовательских ОС, в первую оче­редь, связано с решением проблемы разграничения прав досту­па пользователей к аппаратным, программным ресурсам ПК, а так­же данным.

Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компо­нуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую. Альтернативой являются ОС, построенные на базе мик­роядра, работающего в привилегированном режиме и выполняю­щего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специа­лизированные компоненты ОС — серверы, работающие в пользовательском режиме. Такие ОС реализуют «клиент-серверную» мо­дель взаимодействия прикладной программы и операционной сис­темы, в которой все обращения пользовательской программы (кли­ента) к операционной системе обрабатываются специальной про­граммой (сервером).

При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режи­мом и пользовательским, однако, система получается более гиб­кой— ее функции можно наращивать, модифицировать или су­жать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользова­тельского режима.

Все операционные системы способны обеспечивать как пакет­ный, так и диалоговый режим работы с пользователем. В пакетном режимеоперационная система автоматически исполняет за­данную последовательность команд. В диалоговом режиме ОСна­ходится в ожидании команды пользователя, и получив ее, присту­пает к исполнению, а исполнив, возвращает отклик и ждет очеред­ной команды. Диалоговый режим работы основан на использова­ниипрерываний процессора. Опираясь на эти аппаратные прерыва­ния, операционная система создает свойкомплекс системных пре­рываний. Способность операционной системы прервать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств,и определяет сущность диало­гового режима работы.

С точки зрения пользователя, компетенция которого ограничива­ется грамотным применением имеющегося программного обеспече­ния, основными функциями операционных системявляются:

• обеспечение автоматического запуска;

• формирование интерфейса пользователя;

• организация и обслуживание файловой системы. Автоматический запускдисковых ОС обеспечивается записью

на этапе инсталляции (установки) ОС программного кода в специаль­ной (системной) области диска. Обращение к этому коду осуществ­ляют программы BIOS, которые по окончании своей работы дают команду на загрузку и исполнение содержимого системного диска.

Интерфейсы пользователя,предоставляемые ОС пользовате­лю, делятся на терминальные и графические. Терминальный ин­терфейсреализован в неграфических ОС, которые поддерживают интерфейс командной строки (MS-DOS). Основным устройством управления в данном случае является клавиатура. Управляющие команды вводят в поле командной строки, где их можно редакти­ровать. Исполнение команды начинается после ее подтверждения, например, нажатием клавиши ENTER.

Графические операционные системыреализуют более слож­ный тип интерфейса, в котором в качестве устройства управления, кроме клавиатуры, можно использовать мышь или другое устройст­во позиционирования. Работа с графической ОС основана на взаимо­действии активных и пассивных экранных элементов управления.

Первой наиболее полноценной графической ОС была ОС Windows 95, представленная компанией Microsoft в 1995 г.

В качестве активного элемента управления выступает указа­тель мыши — графический объект, перемещение которого на эк­ране синхронизировано с перемещением мыши. В качестве пас­сивных элементов управления выступают графические элемен­ты: окна, ярлыки, меню, экранные кнопки, значки, переключате­ли, флажки, раскрывающиеся списки и др. Характер взаимодей­ствия между активными и пассивными элементами управления выбирает сам пользователь. Графический интерфейс ОС не ис­ключает командный интерфейс, который дополняет любой гра­фический, поскольку не все возможности ОС (команды, програм­мы, сервисы) могут быть реализованы в графическом интерфей­се. Окно командной строки в ОС Windows XPвызывается после­довательным выбором пунктов: Пуск — Все программы — Стандартные — Командная строка.

Организация и обслуживание файловой системыявляется одной из важнейших функций ОС, обеспечивающей упорядочен­ное хранение данных на магнитных и оптических носителях, а так­же доступ к этим данным.

Сетевое программное обеспечениеявляется составной ча­стью системного ПО и предназначено для управления общими ре­сурсами в распределенных вычислительных системах. Общими ре­сурсами, как правило, являются сетевые накопители на магнитных и оптических дисках, принтеры, сканеры и др. аппаратные средства. Кроме этого, к общим ресурсам относятся программы и данные.

К сетевому ПО относят ОС, поддерживающие работу компьюте­ра в сетевых конфигурациях (так называемые сетевые ОС), а также отдельные сетевые программы (пакеты), используемые совместно с обычными — несетевыми ОС.

Сетевая операционная система составляет основу любой вы­числительной сети. В узком смысле сетевая ОС — это операцион­ная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возмож­ность работать в сети. Сетевая ОС отдельного ПК включает несколь­ко частей (рис. 30):

• средства управления локальными ресурсами компьютерареализуют функции ПК в локальном (изолированном от других ПК) режиме;

• средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование(серверная часть сетевой ОС) обеспечива­ют обработку запросов удаленного доступа к собственной фай­ловой системе и базе данных, управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам и т.д.;

• средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использование(клиентская часть сетевой ОС) формиру­ют и перенаправляют в сеть запросы к удаленным ресурсам от приложений и пользователей.

• коммуникационные средства ОСреализуют обмен сообще­ниями в сети, обеспечивая адресацию сообщений и выбор мар­шрута передачи сообщений по сети.

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компь­ютер, в его операционной системе может отсутствовать либо кли­ентская, либо серверная части.

Сервисные программывключают операционные среды, обо­лочки операционных систем и утилиты, которые предназначены для расширения возможностей операционной системы, измене­ния ее пользовательского и программного интерфейса, а также для предоставления дополнительных услуг по управлению ресур­сами компьютера.

Рис. 30. Структура сетевой операционной системы

Операционная среда— система, изменяющая и дополняющая как пользовательский, так и программный интерфейс. Операцион­ная среда создает для пользователя и прикладных программ иллю­зию работы в полноценной операционной системе, поскольку мо­жет полностью изменить интерфейс пользователя, часто ее называ­ют операционной системой. Появление операционной среды обыч­но означает, что используемая операционная система не полностью удовлетворяет требованиям практики. Примерами операционных сред является Windows 3.11 и Windows 3.11 for Work Groups (для ра­бочих групп), расширившая возможности ОС MS-DOS. Для пользо­вателя работа с этими оболочками выглядит аналогично работе в многозадачной ОС с графическим интерфейсом, тем не менее, оши­бочно называть Windows 3.11 операционной системой.

Оболочка операционной системы,в отличие от операцион­ной среды, модифицирует только пользовательский интерфейс, предоставляя пользователю качественно новый интерфейс по срав­нению с реализуемым операционной системой. Такие системы су­щественно упрощают выполнение часто запрашиваемых функций, например, таких операций с файлами, как копирование, переиме­нование и уничтожение, а также предлагают пользователю ряд до­полнительных услуг. В целом программы-оболочки заметно повыша­ют уровень пользовательского интерфейса, наиболее полно удов­летворяя потребности пользователя. Самой популярной оболоч­кой для MS-DOS являлась программа Norton Commander, которая стала прообразом для многих других подобных программ для ОС Windows 95, 98: Windows Commander, FAR-Manager и др.

Утилитыдополняют интерфейс пользователя и используются в тех случаях, когда программного обеспечения, представленного в ОС недостаточно для обслуживания пользователем компьютера, Они обеспечивают реализацию следующих действий:

• обслуживание магнитных дисков (форматирование, дефрагмен-тация, проверка поверхности и др.);

• обслуживание файлов и каталогов (поиск и восстановление уда­ленных файлов);

• предоставление информации о ресурсах компьютера;

• шифрование информации;

• защита от компьютерных вирусов;

• архивация файлов и др.

Существуют отдельные утилиты,используемые для решения одного из перечисленных действий, и многофункциональные утилиты.В настоящее время для ПК среди многофункциональных утилит одним из наиболее совершенных является комплект ути­лит Norton Utilities. Примерами встроенных утилит в ОС Windows являются программы для проверки диска Scandisk и его дефрагментации Defrag.

Некоторые стандартные утилиты ОС семейства Windows доступ­ны на вкладке Служебныев группе Стандартные программыв меню Пуск (рис. 31).

Средства разработки программиспользуются для разработки нового программного обеспечения, как системного, так и приклад­ного. В состав средств разработки ПО входят (рис. 32):

• языки программирования;

• трансляторы;

• редакторы связей.

При разделении программ на системные и прикладные возник­ло и разделение в языках программирования— одни их них(Bask, Fortran) предназначены для прикладного программирова­ния, другие (Assembler) — для системного. В настоящее время ис­пользуются языки программирования (С, C++, Microsoft Visual C++ и др.), предназначенные для создания программ как системного, так и прикладного уровней.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: