Операционные системы

Введение

Вы когда-нибудь задумывались, как происходит в компьютере обработка команд? Почему - то или иное наше действие вызывает тот или иной результат? Как именно происходит взаимодействие между человеком и компьютером?

Однозначно, что  задумывались.

ОПЕРАЦИОННАЯ  СИСТЕМА — вот так называется первая и самая главная программа, благодаря которой становится возможным общение между компьютером и человеком.

Операционная  система (или, более фамильярно, просто ОС) — это своего рода буфер-передатчик между компьютерным железом и  остальными программами. ОС принимает  на себя сигналы-команды, которые посылают другие программы, и «переводит» их на понятный машине язык. ОС управляет всеми подключенными к компьютеру устройствами, обеспечивая доступ к ним другим программам. Наконец, третья задача ОС — обеспечить удобство работы с компьютером для человека-пользователя.

Получается, что  каждая ОС состоит как минимум  из трех обязательных частей.

Первая — ядро, командный интерпретатор, «переводчик» с программного языка на «железный», язык машинных кодов.

Вторая - специализированные программки для управления различными устройствами, входящими в состав компьютера. Такие программки называются драйверами — т. е. «водителями», управляющими. Сюда же относятся так называемые «системные библиотеки», используемые как самой операционной системой, так и входящими в ее состав программами.

И, наконец, третья часть — удобная оболочка, с которой общается пользователь — интерфейс. Своего рода красивая обертка, в которую упаковано скучное и не интересное для пользователя ядро. Сравнение с упаковкой удачно еще и потому, что именно на нее обращают внимание при выборе операционной системы, — о ядре же, главной части ОС, вспоминают уже потом. Поэтому такая нестабильная и ненадежная с точки зрения ядра ОС, как Windows 98/ME, и пользовалась таким сногсшибательным успехом — благодаря красивой обертке-интерфейсу.

Сегодня графический  интерфейс неизменный атрибут любой  операционной системы, будь то Windows 98/ME, Windows NT/2000 или MacOS, операционная система для компьютеров Apple Macintosh. Но операционные системы первых поколений имели не графический, а текстовый интерфейс, т. е. команды компьютеру отдавались не щелчком мышки по рисунку-пиктограмме, а с помощью введения команд с клавиатуры. Например, сегодня для запуска программы редактирования текстов Microsoft Word достаточно щелкнуть по значку этой программы на Рабочем Столе Windows 98/ME. А раньше, при работе в ОС предыдущего поколения — DOS, необходимо было вводить команду типа

C:\WORD\word.exe mybook. doc.

Операционные  системы делятся на однозадачные и многозадачные. Здесь тоже все ясно: однозадачные ОС (DOS) могут выполнять в одно и то же время не более одной задачи, а многозадачные ОС (Windows 98/ME) способны, как Александр Македонский, одновременно управляться с несколькими процессами, деля между ними мощность компьютера. Например, в тот самый момент, когда я пишу эти строчки, мой компьютер копирует файл из сети Интернет, одновременно услаждая мой слух музыкой с любимого компакт-диска. В принципе число задач, которое может выполнять ваша ОС, не ограничено ничем, кроме мощности процессора и емкости оперативной памяти.

Еще один критерий — разрядность. 16-разрядные операционные системы (DOS, Windows 3.1, Windows 3.11) ушли в прошлое. С появлением Windows 98/ME. 64-разрядных ОС для домашнего использования пока нет — неудивительно, ведь первый 64-разрядный процессор для рынка массовых компьютеров под названием Itanium появился на рынке только в 2001 году.

Наконец, едва ли не самое важное для нас деление  — специализация, предназначение той или иной ОС. Ведь что бы там ни говорили отдельные руководители отдельной программной корпорации, универсальных операционных систем не существует. Одна более пригодна для работы в сети, другую выберут программисты, третью — домашние пользователи... И потому, как показывает практика, знания одной ОС в наше время отнюдь не достаточно. В работе вам наверняка придется столкнуться с другими ОС — и готовиться к этому надо заранее.

Функции ОС: 

Управление памятью;

Управление доступом к устройствам ввода-вывода;

Управление файловой системой;

Управление взаимодействием  процессов, диспетчеризация процессов;

Управление использованием ресурсов;

Загрузка программ в оперативную память и их выполнение;

Интерфейс с  пользователем;

Межмашинное взаимодействие (сеть);

Защита самой  системы и пользовательских данных и программ;

Разграничение прав доступа и многопользовательский  режим работы.  

Виды ОС:

Многопользовательская система, система с коллективным доступом, система коллективного доступа (multiuser system,multiaccess system) - вычислительная система или ее часть (например операционная система), позволяющая нескольким пользователям одновременно иметь доступ к одной ЭВМ со своего терминала (локального или удаленного). Многопользовательский характер работы достигается благодаря режиму разделения времени, который заключается в очень быстром переключении ЭВМ между разными терминалами и программами и соответственно быстрой отработке команд каждого пользователя. При этом последний не замечает задержек времени, связанных с обслуживанием других пользователей. Примерами разработок указанного вида могут служить помимо Windowsоперационные системы: NetWare, созданная и развиваемая фирмойNovell (США) для локальных информационных вычислительных систем;Unix фирмы AT&T’s Bell Laboratories (США); REAL/32 и др.

Однопользовательская  система (one user system) -  операционная система, не обладающая свойствами многопользовательской. Примерами однопользовательских ОС являются MS DOS фирмы Microsoft (США) и ОС/2, созданная совместно Microsoft и IBM.

Сетевая операционная система, СОС (NOS, Network Operating System) - операционная система, предназначенная для обеспечения работы вычислительной сети. Примерами сетевых операционных систем являются Windows NT, Windows 2000, Novel Netware, Unix, Linux и др.

Типы ОС:

графические (с  наличием графического пользовательского  интерфейса - GUI) - текстовые (только командная строка);

бесплатные - платные;

открытые (с возможностью редактировать исходный код) - закрытые (без возможности редактировать  исходный код);

клиентские - серверные;

высокая стабильность (устойчивость к сбоям аппаратной части)- низкая стабильность;

простая в администрировании (для рядового пользователя) - сложная, для системных администраторов;

16-разрядная  - 32-разрядная - 64-разрядная (в далеком  прошлом были еще и 8-разрядные);

с высоким уровнем  безопасности данных - с низким уровнем  безопасности;  

Операционные  системы, в свою очередь, нужны, если:

вычислительная  система используется для различных  задач, причём программы, исполняющие  эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует  необходимость универсального механизма  сохранения данных; в подавляющем  большинстве случаев ОС отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют  возможность непосредственно «связать»  вывод одной программы с вводом другой, минуя относительно медленные  дисковые операции;

различные программы  нуждаются в выполнении одних  и тех же рутинных действий. Напр., простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может  потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотекичасто используемых подпрограмм (функций);

между программами  и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от чужого взора, а возможная ошибка в программе  не вызывала тотальных неприятностей;

необходима возможность  имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, «нарезает» процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочередно различным исполняющимся программам (процессам);

наконец, оператор должен иметь возможность, так или  иначе, управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого  служат операционные среды, одна из которых — оболочка и набор стандартных утилит — является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы). Таким образом, современные универсальные ОС можно охарактеризовать прежде всего как

использующие  файловые системы (с универсальным  механизмом доступа к данным),

многопользовательские (с разделением полномочий),

многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют  определённой иерархии привилегий компонентов  самой ОС. В составе ОС различают  три группы компонентов:

ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевую подсистему, файловую систему;

системные библиотеки и

оболочку с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в ОС), так  и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ядерным ресурсам, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, её ядро) управляет оборудованием.   

Текущая редакция стандарта на ОС содержит определения  около тысячи системных вызовов  и других библиотечных подпрограмм (часть из которых должна реализоваться только в определённых классах систем; напр., в системах «реального времени») и около 200 команд оболочки и утилит ОС. Стандарт определяет лишь функции вызовов и команд, и не содержит указаний относительно способов их реализации.

Стандарт, кроме  этого, определяет способ адресации  файлов в системе, локализацию (установки, касающиеся национально-специфических  моментов, таких, как язык сообщений  или формат даты и времени), совместимый  набор символов, синтаксис регулярных выражений, структуру каталогов  в файловой системе, формат командной  строки и некоторые другие аспекты  поведения ОС.

В определении  состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включается и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков). Операциональной замкнутостью обладают системы, удовлетворяющие «разработческому» профилю в терминах стандарта.   

ОПЕРАЦИОННЫЕ  СИСТЕМЫ КОРПОРАЦИИ MICROSOFT

DOS

20-летняя история  операционных систем интересна  и поучительна, Началась она именно с DOS (аббревиатура словосочетания Disk Operating System). Точнее — с первой версией этой ОС, выпущенной корпорацией Microsoft в 1981 г. и предназначенной для поставки с компьютерами IBM PC (хотя сначала IBM отдала предпочтение другой ОС под названием СР/М). Кстати, немногие сегодня помнят, что MS-DOS отнюдь не была оригинальной разработкой самой Microsoft: компания Билла Гейтса лишь +

доработала «операционку» под названием QDOS, созданную компанией Seattle Computer Products.

16-разрядная  однозадачная операционная система  DOS обладала «интерфейсом командной строки», т. е. все команды пользователю приходилось набирать на клавиатуре вручную, в командной строке ОС. Никакой графики. Никакого сервиса...

Однако DOS процветала на протяжении 10 лет. У Microsoft даже появились конкуренты в виде фирм Novell, Digital Research и... IBM. Каждая из этих компаний выпустила свою версию DOS, которые во многом превосходили продукт Microsoft. В частности, Novell DOS пользовалась заслуженной популярностью, как превосходная сетевая ОС, продукт IBM обладал лучшими сервисными возможностями.

Конечно, со временем DOS совершенствовалась и пополнялась новыми программами. С каждой новой версии она поддерживала все больше типов устройств. Однако главные ее недостатки не были, да и не могли быть устранены.

Главным уязвимым местом DOS оставалась работа с оперативной памятью. Дело в том, что в эпоху создания MS-DOS оперативная память большинства компьютеров не превышала 256 килобайт. DOS могла работать с 640 килобайтами оперативной памяти, и Билл Гейтс утверждал, что никому и никогда не понадобится больший объем.