Курс Операционные системы и среды

операционных систем

систем (история развития ОС, основные функции ОС)

процессоры, память, мониторы, таймеры, дисковые устройства, накопители на магнитных лентах,

сетевая коммуникационная аппаратура, принтеры и т.д., объединенные магистральным соединением (шиной)


программного обеспечения (ПО), в котором выделяют две части – системное и прикладное.

такими как процессор, коммуникационные и периферийные устройства, и предназначены для

обеспечения функционирования и работоспособности системы в целом.

Прикладное ПО - напрямую решает проблемы пользователя и предназначено для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитано на непосредственное взаимодействие с пользователем.
К прикладному ПО, как правило, относят разнообразные вспомогательные программы (игры, текстовые процессоры и т.п.).

возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом

аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных,

а также выполнение прикладных программ.

менеджер ресурсов
защитник пользователей и программ
постоянно функционирующее ядро

команд является крайне неудобным:
- работа с диском предполагает знание

внутреннего устройства его электронного компонента;
- работа по организации прерываний, работы таймера, управления памятью требует при программировании знания и учета большого количества деталей.

пользователем и компьютером) занимается ОС, что позволяет представлять ее пользователю

в виде виртуальной машины, с которой проще иметь дело, чем непосредственно с оборудованием компьютера

одном компьютере, будут пытаться одновременно осуществлять вывод на принтер, то

можно получить «мешанину» строчек и страниц.

ОС должна предотвращать такого рода хаос за счет буферизации подобной информации и организации очереди на печать.

ресурсов осуществляет упорядоченное и контролируемое распределение процессоров, памяти и других

ресурсов между различными программами.

необходимо обеспечить:
сохранность информации на диске, защиту от повреждения или

удаления файлов
разрешение программам одних пользователей произвольно вмешиваться в работу программ других пользователей
пресечение попыток несанкционированного использования вычислительной системы

компьютере и взаимодействующая со всеми прикладными программами.

Однако во многих

современных ОС постоянно работает на компьютере лишь часть ОС, которую принято называть ее ядром.

для чего следует рассмотреть историю развития вычислительных систем в целом.

а не только операционных систем, т.к. аппаратное и программное обеспечение

эволюционировали совместно, оказывая взаимное влияние друг на друга.

ламповые вычислительные устройства и появился принцип программы, хранящейся в памяти

машины (John Von Neumann, июнь 1945 г.).

та же группа людей
Компьютеры в качестве инструмента решения

практических прикладных задач используются не регулярно
Программирование осуществляется исключительно на машинном языке

Первый период (1945–1955 гг.) Ламповые машины. Операционных систем нет.

организации вычислительного процесса решаются строго последовательно, с пульта управления с

использованием перфокарт
- Вычислительная система выполняет одновременно только одну операцию

системного программного обеспечения:
1951-1952 г. – прообразы компиляторов с символических

языков (Fortran)
1955 г.- разработка Assembler для IBM-701

Период характеризуется крайне высокой стоимостью вычислительных систем, их малым количеством и низкой эффективностью использования.

Пакетные ОС
Появляется новая техническая база – ПП элементы, что привело

к :
повышению надежности
возможности решения серьезных прикладных задач
снижению потребления электроэнергии, совершенствованию системы охлаждения
уменьшению размеров
снижению стоимости эксплуатации и обслуживания

Пакетные ОС
Все это способствовало:
бурному развитию алгоритмических языков (LISP, COBOL, ALGOL-60)
появлению

первых компиляторов, редакторов связей, библиотеки математических и служебных подпрограмм
упрощению процесса программирования
разделению персонала на программистов и операторов

Пакетные ОС
Для повышения эффективности задания с похожими ресурсами начинают объединять

в пакет заданий.

Появляются системы пакетной обработки, автоматизирующие запуск одной программы из пакета за другой, увеличивая коэффициент загрузки процессора.

Пакетные ОС
Недостатки:
Использование части машинного времени на выполнение системной управляющей программы
Программа,

получившая доступ к процессору, обслуживается до ее завершения. При передаче данных между внешними устройствами и памятью процессор простаивает, а при работе процессора простаивают внешние устройства.

микросхем. Первые многозадачные ОС
В технической базе произошел переход к

интегральным микросхемам, что привело к еще большему:
повышению надежности;
уменьшению стоимости;
повышению производительности;
и др.;

микросхем. Первые многозадачные ОС
Повышению эффективности использования процессорного времени мешает низкая

скорость работы механических устройств ввода-вывода (1200 перфокарт/мин.)

микросхем. Первые многозадачные ОС
В пакетные системы вводится прием «spooling» (сокр.

от Simultaneous Peripheral Operation On Line) или «подкачки-откачки» данных, что позволило совместить операции ввода-вывода одного задания с выполнением другого задания, но потребовало разработки аппарата прерываний для извещения процессора об окончании этих операций.

Первые многозадачные ОС
При обработке пакета заданий на носителях непрямого доступа

появилась возможность выбора очередного выполняемого задания.
Начинается развитие функций планирования заданий (в зависимости от наличия запрошенных ресурсов, срочности вычислений и т.д.).

микросхем. Первые многозадачные ОС
Дальнейшее повышение эффективности использования процессора достигается за

счет идеи мультипрограммирования – поочередного выполнения заданий во избежание простоя процессора (как при однопрограммном режиме)

строении вычислительной системы:
1) Реализация защитных механизмов
Конкурирующие пользовательские программы не

должны иметь самостоятельного доступа к распределению ресурсов. Необходимо обеспечить их изолированное выполнение, а ОС – от программ пользователей. Появляются привилегированные (с доступом к оборудованию и ресурсам) и непривилегированные («пользовательские») команды и режимы работы ОС.

прерывания оповещают ОС о том, что произошло асинхронное событие, например

завершилась операция ввода-вывода.
Внутренние прерывания возникают, когда выполнение программы привело к ситуации, требующей вмешательства ОС, например деление на ноль или попытка нарушения защиты.

доступ к памяти и организация каналов ввода-вывода позволили освободить центральный

процессор от рутинных операций.

мультипрограммирования заключается в:
- организации интерфейса между прикладной программой

и ОС при помощи системных вызовов
- организации очереди из заданий в памяти и планировании выделения процессора одному из заданий
- сохранении содержимого регистров и структур данных при переключении заданий
- упорядоченном размещении, замещении и выборке информации из памяти за счет стратегии управления памятью
- др.

относится появление первых систем реального времени (СРВ), используемых для управления

техническими объектами.
Характерным для СРВ является обеспечение заранее заданных интервалов времени реакции на предусмотренные события для получения управляющего воздействия.
СРВ работают со значительной недогрузкой, а важнейшей их характеристикой является постоянная готовность системы – ее реактивность.

этом периоде появляются большие интегральные схемы (БИС).

Компьютер с достаточно

развитой архитектурой стал доступен отдельному человеку, что первоначально привело к некоторой деградации архитектуры этих ЭВМ и их ОС (пропала необходимость защиты файлов и памяти, планирования заданий и т. п.).

Компьютеры стали использоваться не только специалистами, что потребовало разработки «дружественного»

программного обеспечения
Рост сложности и разнообразия решаемых на ПК задач привели к возрождению практически всех черт, характерных для архитектуры больших вычислительных систем

- вытесняющая многозадачность (preemptive scheduling)
- использование концепции баз

данных для хранения и распределенной обработки больших объемов информации
- приоритетное планирование (prioritized scheduling)
- выделение квот на использование ограниченных ресурсов компьютеров
- системы разделения времени (time-sharing): процессор переключается между задачами через определенные интервалы времени

и увеличивается стоимость труда программиста.

Благодаря широкому распространению вычислительных сетей

и средств оперативной обработки (работающих в режиме on-line), пользователи получают доступ к территориально распределенным компьютерам и их данным.

под управлением сетевых и распределенных ОС.
Сетевые (классические) ОС характеризуются:
возможностью доступа

к ресурсам другого сетевого компьютера
каждый ПК в сетевой ОС работает под управлением ОС, отличающейся от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств (программной поддержкой для сетевых интерфейсных устройств и доступа к удаленным ресурсам), которые, однако, не меняют структуру ОС

как обычные автономные системы (пользователь может не знать где хранятся

файлы – на локальной или удаленной машине – и где выполняются программы)
«внутреннее» строение распределенной ОС имеет существенные отличия от автономных систем

ОС условно разделить на две различные группы – интерфейсные и внутренние.

пользователей к общим ресурсам;
интерфейс пользователя (команды в MS DOS, UNIX;

графический интерфейс в ОС Windows)
поддержка работы в локальных и глобальных сетях

Изд.ТПУ, 2010. — 167 с.
Операционные системы: Учебник для вузов. 2-е

изд. / А. В. Гордеев. — СПб.: Питер, 2004.— 416 с.
Основы операционных систем. Курс лекций. Учебное пособие / В.Е. Карпов, К.А. Коньков / – под ред. В.П. Иванникова. – М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-университет информационных технологий», 2004. – 632 с.
Сетевые операционные системы / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. — СПб.: Питер, 2002. — 544 с.
Столлингс В. Операционные системы, 4-е издание.: Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. — 848 с.
Иртегов Д. В. Введение в операционные системы. — СПб.: БХВ-Петербург, 2002. — 624 с.
Робачевский А.М. Операционная система UNIX. — СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 1999.
Стен Келли-Бутл. Введение в UNIX. — М.: «Лори», 1995. — 600 с.
Фролов А. В., Фролов Г. В. Операционная система IBM OS/2 Warp. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1995. — 272 с.

Литература