Архитектура Операционной системы

Содержание

• Введение ……………………………………………………2
• Глава 1. Понятие операционной системы………………4
• 1.1. Функции операционной системы……………………6
• 1.2. Требования предъявляемые к ОС………………….11
• 1.3. Виды современных ОС……………………………..12
• Глава 2 Основные концепции ОС. Назначение ОС…..18.
• 2.1. ОС как виртуальная машина………………………18
• 2.2. ОС как менеджер ресурсов…………………………19
• Глава 3. Архитектура Операционной системы……….20
• 3.1.Структурирование ОС………………………………21
• 3.2. Пост UNIX архитектуры……………………………22
• Заключение……………………………………………….24
• Список литературы………………………………………30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Компьютерный мир за последние десятилетия достиг ошеломляющих результатов. Не одна отрасль не достигла таких результатов в техническом прогрессе, как компьютерная. Изменения, которые за 15 лет привели к появлению такого компьютерного продукта, как Windows, поистине впечатляют.

Некоторые (в том числе судебная система США) считают, что ведущее положение корпорации Microsoft на рынке операционных систем ПК было завоевано с помощью неэтичных средств, за счет монополизации. Так это или нет, но нам кажется, что система Windows завоевала свои сегодняшние позиции не только потому, что рынок "брали за горло". Ведь если Windows NT 3.1 опирается на 5 миллионов строк программного кода, a Windows 2000 -- более чем на 29 миллионов. Бесспорно, это огромный объем работы. Кто мог предвидеть в 1985 году, что через полтора десятка лет любая приличная операционная система должна будет поддерживать технологии, которые вообще не существовали в то время: CD-ROM, DVD, CD-R, CD-RW, Internet и intranet, USB, АРМ, ACPI, USB, RAID, Web средства обеспечения отказоустойчивой работы, шифрование и сжатие диска?.. И этот перечень продолжает пополняться. Могли ли мы себе представить, что сертификат специалиста MCSE (Microsoft Certified System Engineer) будет иметь такой же вес, как диплом врача или юриста?!

В результате совместной деятельности компаний Microsoft, IBM и Intel ситуация изменилась. Сегодня каждый желающий может купить себе компьютер, принтер, сканер, устройство резервного копирования, клавиатуру, модем, монитор и видеоадаптер, затем подключиться к Internet. Нравится вам это или нет, но разработка и принятие (под некоторым нажимом) стандартов оборудования и программного обеспечения, которые превратили персональный компьютер в предмет бытовой техники, осуществлялись часто благодаря усилиям Microsoft. Объединяющим звеном этой революции в мире ПК стала система Windows.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Понятие операционной системы

Операциомнная системма, ОС (англ. operating system) -- базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий интерфейс с пользователем, управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение прикладных программ и утилит.

ОС позволяет абстрагироваться от деталей реализации аппаратного обеспечения, предоставляя разработчикам программного обеспечения минимально необходимый набор функций. С точки зрения обывателей, обычных пользователей компьютерной техники, ОС включает в себя и программы пользовательского интерфейса.

Существуют две группы определений ОС: "совокупность программ, управляющих оборудованием" и "совокупность программ, управляющих другими программами". Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны операционные системы.

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 библиотеки часто 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.

В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

1.1Функции ОС

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).

Прикладные программы   Программное обеспечение   Системное программное обеспечение   Дополнительное системное ПО   Операционная система Пользовательское окружение   Ядро операционной системы     Встроенное программное обеспечение   Архитектура системы команд Аппартная платформа (архитектура компьютера) Микрограмма   Микроархитектура   Цифровой логический уровень

Физические устройства

 

Схема, иллюстрирующая место операционной системы в многоуровневой структуре компьютера

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 .

Компоненты операционной системы:

• Загрузчик
• Ядро
• Командный процессор (интерпретатор)
• Драйверы устройств
• Интерфейс

1.2. Требования, предъявляемые к Операционным системам

Операционная система является сердцевиной программного обеспечения, она создает среду для выполнения приложений и во многом определяет, какими полезными для пользователя свойствами эти приложения будут обладать. В связи с этим рассмотрим требования, которым должна удовлетворять современная ОС.

Очевидно, что главным требованием, предъявляемым к операционной системе, является способность выполнения основных функций: эффективного управления ресурсами и обеспечения удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ. Современная ОС, как правило, должна реализовывать мультипрограммную обработку, виртуальную память, свопинг, поддерживать многооконный интерфейс, а также выполнять многие другие, совершенно необходимые функции. Кроме этих функциональных требований к операционным системам предъявляются не менее важные рыночные требования. К этим требованиям относятся:

Расширяемость. Код должен быть написан таким образом, чтобы можно было легко внести дополнения и изменения, если это потребуется, и не нарушить целостность системы.

Переносимость. Код должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которая включает наряду с типом процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера) одного типа на аппаратную платформу другого типа.

Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда предсказуемыми, а приложения не должны быть в состоянии наносить вред ОС.

Совместимость. ОС должна иметь средства для выполнения прикладных программ, написанных для других операционных систем. Кроме того, пользовательский интерфейс должен быть совместим с существующими системами и стандартами.

Безопасность. ОС должна обладать средствами защиты ресурсов одних пользователей от других.

Производительность. Система должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. [1],[2]

1.3. Виды современных операционных систем

В настоящее время существует большое разнообразие ОС. Они классифицируются по следующим признакам:

- по количеству пользователей, одновременно обслуживаемых системой;

- по числу процессов, которые могут одновременно выполняться под управлением ОС;

- по типу доступа пользователя  к компьютеру;

- по типу средств вычислительной  техники, для управления ресурсами  которых система предназначена.

В соответствии с первым признаком различают однопользовательские и многопользовательские ОС. Многопользовательские системы поддерживают одновременную работу на компьютере нескольких пользователей (конечно, за различными терминалами).

Второй признак делит ОС на однозадачные и многозадачные. Заметим, что если система многопользовательская, то обычно она и многозадачная, но не наоборот.

В соответствии с третьим признаком ОС делятся на:

- системы с пакетной  обработкой, когда из программ, подлежащих  выполнению, формируется пакет, который  предъявляется компьютеру. В этом случае пользователи непосредственно с ОС не взаимодействуют. Данный тип ОС предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов компьютера;