Компоненты операционной системы

Оглавление:

1. Введение
2. Функции
3. Компоненты операционной системы
4. Классификация операционных систем
5. Поколение ЭВМ
6. Заключение
7. Список использованной литературы
 

1. Введение.

Операцио́нная систе́ма, сокр. ОС (англ. operating system, OS) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных операционных систем общего назначения.

В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между  устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с  одной стороны — и прикладными  программами с другой.

Разработчикам программного обеспечения операционная система  позволяет абстрагироваться от деталей  реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый  набор функций (см.: интерфейс программирования приложений).

В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения. С 1990-х годов  наиболее распространёнными операционными  системами являются системы семейства  Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).

 

2. Функции

Основные функции:

• Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).
• Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.
• Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
• Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).
• Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.
• Обеспечение пользовательского интерфейса.
• Сохранение информации об ошибках системы.

Дополнительные  функции:

• Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
• Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.
• Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.
• Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.
• Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
• Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.
• Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см.: аутентификация, авторизация).

 

 

3. Компоненты операционной системы:

 

1. Загрузчик
2. Ядро
3. Командный процессор
4. Драйверы устройств
5. Встроенное программное обеспечение

 

1) Загрузчик операционной системы — системное программное обеспечение, обеспечивающее загрузку операционной системы непосредственно после включения компьютера.

Функции:

• обеспечивает необходимые средства для диалога с пользователем компьютера (например, загрузчик позволяет выбрать операционную систему для загрузки);
• приводит аппаратуру компьютера в состояние, необходимое для старта ядра операционной системы (например, на не-x86 архитектурах перед запуском ядра загрузчик должен правильно настроить виртуальную память);
• загружает ядро операционной системы в ОЗУ. Загрузка ядра операционной системы не обязательно происходит с жесткого диска. Загрузчик может получать ядро по сети. Ядро может храниться в ПЗУ или загружаться через последовательные интерфейсы (это может пригодиться на ранней стадии отладки создаваемой компьютерной системы);
• формирует параметры, передаваемые ядру операционной системы (например, ядру Linux передаются параметры, указывающие способ подключения корневой файловой системы);
• передаёт управление ядру операционной системы.

На компьютерах архитектуры IBM PC запуск загрузчика осуществляется программным обеспечением BIOS, записанной в ПЗУ компьютера, после успешного  окончания процедуры POST.

2) Ядро — центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

Как основополагающий элемент  операционной системы, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым  для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым  процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться  в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.

Объекты ядра ОС:

• Процессы
• Файлы
• События
• Потоки
• Семафоры
• Мьютексы
• Каналы
• Файлы, проецируемые в память

3) Оболочка операционной системы (от англ. shell «оболочка») — интерпретатор команд операционной системы, обеспечивающий интерфейс для взаимодействия пользователя с функциями системы.

В общем случае, различают  оболочки с двумя типами интерфейса для взаимодействия с пользователем: текстовый пользовательский интерфейс (TUI) и графический пользовательский интерфейс (GUI).

Командный интерпретатор  исполняет команды своего языка, заданные в командной строке или  поступающие из стандартного ввода или указанного файла.

В качестве команд интерпретируются вызовы системных или прикладных утилит, а также управляющие конструкции. Кроме того, оболочка отвечает за раскрытие  шаблонов имен файлов и за перенаправление  и связывание ввода-вывода утилит.

В совокупности с набором  утилит, оболочка представляет собой  операционную среду, язык программирования и средство решения как системных, так и некоторых прикладных задач, в особенности, автоматизации часто  выполняемых последовательностей  команд.

Последние версии операционной системы Windows используют в качестве своей оболочки интегрированную среду Проводника Windows. Проводник Windows представляет собой визуальную среду управления включающую в себя Рабочий стол, Меню Пуск, Панель задач, а также функции управления файлами. Ранние версии Windows 3.xx в качестве графической оболочки включают менеджер программ.

4) Дра́йвер (англ. driver) — компьютерная программа, с помощью которой другие программы (операционная система) получают доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.

В общем случае драйвер  не обязан взаимодействовать с аппаратными  устройствами, он может их только имитировать (например, драйвер принтера, который  записывает вывод из программ в файл), предоставлять программные сервисы, не связанные с управлением устройствами (например, /dev/zero в Unix, который только выдаёт нулевые байты), либо не делать ничего (например, /dev/null в Unix и NUL в DOS/Windows).

Операционная система  управляет некоторым «виртуальным устройством», которое понимает стандартный  набор команд. Драйвер переводит  эти команды в команды, которые  понимает непосредственно устройство. Эта идеология называется «абстрагирование от аппаратного обеспечения». Впервые  в отечественной вычислительной технике подобный подход появился в  серии ЕС ЭВМ, а такого рода управляющие  программы назывались канальными программами.

Драйвер состоит из нескольких функций, которые обрабатывают определенные события операционной системы. Обычно это 7 основных событий:

• Загрузка драйвера. Тут драйвер регистрируется в системе, производит первичную инициализацию и т. п.
• Выгрузка. Драйвер освобождает захваченные ресурсы — память, файлы, устройства и т. п.
• Открытие драйвера. Начало основной работы. Обычно драйвер открывается программой как файл, функциями CreateFile() в Win32 или fopen() в UNIX-подобных системах.
• Чтение.
• Запись: программа читает или записывает данные из/в устройство, обслуживаемое драйвером.
• Закрытие: операция, обратная открытию, освобождает занятые при открытии ресурсы и уничтожает дескриптор файла.
• Управление вводом-выводом (англ. IO Control, IOCTL). Зачастую драйвер поддерживает интерфейс ввода-вывода, специфичный для данного устройства. С помощью этого интерфейса программа может послать специальную команду, которую поддерживает данное устройство. Например, для SCSI-устройств можно послать команду GET_INQUIRY, чтобы получить описание устройства. В Win32-системах управление осуществляется через API-функцию DeviceIoControl(). В UNIX-подобных — ioctl().

 

5) Встроенным программным обеспечением - прошивкой (англ. Firmware, fw) называется содержимое энергонезависимой памяти компьютера или любого цифрового вычислительного устройства — микрокалькулятора, сотового телефона, GPS-навигатора и т. д., в которой содержится его микропрограмма.

Cловом «прошивка» иногда называют образ ПЗУ, предназначенный для записи в память соответствующего устройства с целью обновления его микропрограммы, а также собственно процесс записи этого образа в энергонезависимую память устройства.

Прошивка памяти осуществляется при изготовлении устройства различными способами — например, установкой микросхемы памяти с записанным содержимым («прошитой»).

Большинство устройств допускают  замену содержимого памяти («перепрошивку»). Способы «перепрошивки» могут быть самыми различными — от физической замены микросхемы памяти до передачи данных по беспроводным каналам.

Микропрограммы («прошивки») применяются везде, где применяются  микропроцессоры: в мобильных телефонах, фотоаппаратах, измерительных приборах, телевизорах, платёжных картах и т. п.

Зачастую различные по возможностям и цене приборы отличаются лишь версиями микропрограммы. Для  обозначения версии микропрограммы используется номер партии аппаратного  обеспечения или другие специализированные идентификаторы. Часто смена «прошивки» производится изготовителем без  уведомления потребителя.

 

4. Классификация операционных систем

Операционные системы  можно классифицировать на группы по следующим признакам:

 По количеству пользователей:  однопользовательская ОС (обслуживает  только одного пользователя); многопользовательская  (работает со многими пользователями) Отличием многопользовательских  систем является наличие средств  защиты информации пользователей  от несанкционированного доступа.

 По числу процессов:  однозадачные (обрабатывают только  одну задачу — уже не используются) Однозадачные ОС предоставляют  пользователю виртуальной машины  и включают средствами управления  файлами, периферийными устройствами  и средства общения с пользователем.; многозадачные (располагает в оперативной памяти одновременно несколько задач, которые попеременно обрабатывает процессор). Многозадачные ОС дополнительно управляют разделением между задачами совместно используемых ресурсов. По типу средств вычислительной техники: однопроцессорные, многопроцессорные (задачи могут выполняться на разных процессорах; серверы, как правило, многопроцессорные) Многопроцессорные ОС делятся на асимметричные и симметричные. Асимметричная ОС выполняется на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричные ОС децентрализована и использует все процессоры, разделяя между ними системные и прикладные задачи, сетевые (обеспечивают совместное использование ресурсов всеми выполняемыми в сети задачами) Сетевая ОС предоставляет пользователю некую виртуальную вычислительную систему, работать с которой гораздо проще, чем с реальной сетевой аппаратурой. В то же время эта виртуальная система не полностью скрывает распределенную природу своего реального прототипа, то есть является виртуальной сетью.

 По типу интерфейса (способа взаимодействия с пользователем)  операционные системы делятся  на 2 класса: ОС с интерфейсом командной  строки и ОС с графическим  интерфейсом. Первые операционные  системы (CP/M, MS-DOS, Unix) вели диалог с пользователем на экране текстового дисплея. Это был в полном смысле слова диалог, в ходе которого человек и компьютер по очереди обменивались сообщениями: человек вводил очередную команду, а компьютер, проверив ее, либо выполнял, либо отвергал по причине ошибки. Такие системы в литературе принято называть ОС с интерфейсом командной строки. Развитие графических возможностей дисплеев привело к коренному изменению принципов взаимодействия человека и компьютера. Командная строка была безвозвратно вытеснена графическим интерфейсом, когда объекты манипуляций в ОС изображаются в виде небольших рисунков, а необходимые действия тем или иным образом выбираются из предлагаемого машиной списка — так называемого меню. При подобном методе диалога набор текста полностью отсутствует и вполне достаточно всего нескольких клавиш.