Операциялық жүйелер

Біртапсырмалы ОЖ қолданушы мен  машина арасындағы өзара байланысты ыңғайластыра отырып, көбінесе оған виртуалды  машина ұсыну функциясын атқарады. Құрамына периферийлі құрылғыларды басқару, файлдарды басқару, қолданушымен қарым-қатынас құралдары енеді.

Көптапсырмалы ОЖ процессор, оперативті жад, сыртқы құрылғылар және файлдар  жұмысын басқарады.

 Көптапсырмалы режимді қолдау. Бір мезетте бірдей жұмыс атқаратын қолданушылар санына байланысты ОЖ екіге бөлінеді:

• бірқолданбалы (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);
• көпқолданбалы (UNIX, Windows NT).

Екеуінің арасындағы бастапқы ерекшелік-әрқайсысындағы сақтандыру құрылғылары.

Ығыстыратын және ығыстырмайтын көптапсырмалылық. Маңызды бөлетін ресурс – процессорлы уақыт болып табылады. Жүйедгі процессорлар расындағы процессорлық уақытты үлестіру ОЖ спецификасын білдіреді. Көптапсырмалылықты ұйымдастыруда екі алгоритм түрін белгілеуге болады:

• ығыстырмайтын көптапсырмалылық (NetWare, Windows 3.x);
• ығыстыратын көптапсырмалылық (Windows NT, OS/2, UNIX).

Олардың бір-бірінен айырмашылығы – процесстерді жоспарлаудағы механизмнің  орталықтандыру дәрежесі. Бірінші жағдайда процесстерді жоспарлау толығымен операциялық жүйеде орындалады, ал екінші жағдайда жүйе мен қосалқы бағдарламалар арсында орындалады. Ығыстырмайтын көптапсырмалылық кезінде процесс өз қалауы бойынша келесі орындалуға дайын тұрған процессті таңдау мүмкіндігін операциялық жүйеге тапсырғанша орындалады. Ығыстыратын көптапсырмалылық жағдайында процесстің бір процессордан екіншіге ауысу шешімін операциялық жүйе қабылдайды.

Көпжіптілікті қолдау. Оперциялық жүйелердің маңызды қасиеті – бір тапсырма аясында есептеуді параллель жағдайға келтіру мүмкіншілігі. Көпжіпті ОЖ процессорлі уақытты тапсырма арасында емес, оның бөлек жіптері арасында бөледі.

Көппроцессорлы өңдеу. ОЖ-ның келесі маңызды қасиеті – ондағы көппроцессорлы өңдеуді қолдаудың құралы – мультипроцессированиенің болуы. Ондай функциялар Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 сияқты ОЖ-ларда кездеседі.

Көппроцессорлы ОЖ ассиметриялы және симметриялы болып бөлінеді. Асимметриялы ОЖ толығымен қосалқы бағдарламаларды басқа процессорлерге бөлетін жалғыз процессорде жұмыс істейді. Симметриялы ОЖ жүйедегі барлық процессорларды қамтиды.

Аппаратты платформалар ерекшеліктері

Операциялық жүйелердің қасиеттеріне аппаратты құрылғылар септігін тигізеді.Типі бойынша аппараттар персоналды компьютерлердің, мини-компьютерлердің,мейнфреймдердің, кластерлердің және ЭЕМ желілерінің ОЖ-лері болып ажыратылады.

Үлкен машинаның ОЖ-сі персоналды компьютер ОЖ-не қарағанда қиынырақ және функцианалды екені айқын. Желілік  ОЖ-нің құрамында байланыс желілері арқылы компьютерлер арасында хабарлама  тасымалдайтын құрылғылар бар, және олар автономды ОЖ-нде қажет емес. Осы хабарламалар негізінде желілік  ОЖ желіге қосылған, ажыратылған қолданушылар арасында компьютер ресурстарының бөлінуін қамтамасыз етеді.Хабарламаларды тасымалдау функциясының тұрақты болуы үшін желілік ОЖ-ның құрамында IP, IPX, Ethernet,т.б. сияқты арнайы бағдарламалық компоненттер бар. Көппроцессорлы жүйелер операциялық жүйеден жақсы ұйымдасушылықты талап етеді, сол арқылы операциялық жүйенің өзі, және оның қосымшалары жүйенің жеке процессорларымен  параллель жұмыс атқаруына болады. ОЖ бөліктерінің параллель жұмыс істеуі ОЖ-ні құраушыларға бірқатар қиыншылық тудырады, себебі бұл жағдайда жеке процесстерді ортақ жүйелік кестелерге үйлесімді жеткізілуін қамтамасыз ету, жарысу эффектісін, және тағы басқа қажетсіз нәтижелерді болдырмау қиынға түседі. Кластерлер операциялық жүйелерге басқа талаптар қойылады. Кластер –ортақ қосымшаларды орындау үшін бірге жұмыс істейтін, қолданушыға жалпы жүйе болып көрінетін есептеу жүйелерінің әлсіз байланысқан жиыны.Кластер жүйелерінің функциялануы үшін арнайы аппаратурамен қатар операциялық жүйеден бағдарламалық көмек қажет, бұл көмек ажыратылатын ресурстарға жеткізілудің үйлесімділігі, келіспеушілік пен жүйенің динамикалық реконфигурациясын байқауда көрінеді. Кластерлі технологиялар аумағындағы бірінші өндірулердің бірі – Digital Equipment компаниясының  VAX компьютерлері негізінде жасалған шешімдері болды.  Аппаратты платформаның анықталған түріне бағытталған ОЖ-мен қатар, ұялы деп аталатын, бір типті компьютерден басқа типті компьютерге оңай орнатылатын операциялық жүйелер бар.Осындай ОЖ-нің көрнекті өкілі –атақты UNIX жүйесі.Бұл жүйелерде аппаратты-тәуелді орындар локалданған, сондықтан жүйенің жаңа платформаға тсымалдануы кезінде солар ғана көшіріледі. ОЖ-нің қалған бөлігінің тасымалдануын оның машиналық-тәуелсіз тілде жазылуы жеңілдетеді.Мысалы, операциялық жүйелерді бағдарламалау үшін арнайы жасалған С-да. 

Қолдану аймақтарының ерекшеліктері

Көптапсырмалы ОЖ оларды өндіруде қолданылған  эффективтілік критерияларына сәйкес үш түрге бөлінеді:

• пакеттік өңдеу жүйелері (мысалы, OC EC),
• уақытты бөлу жүйелері (UNIX, VMS),
• шынайы уақыт жүйелері (QNX, RT/11).

Пакеттік өңдеу  жүйелері нәтижелерінің тез шығуын талап етпейтін, негізінен есептеуге арналған тапсырмаларды орындауға арналған. Пакеттік өңдеу жүйелерінің басты мақсаты және эффективтілік критерийі –оның максималды өткізу қасиеті, яғни максимал санды тапсырманы бірлік уақыт ішінде шығару қасиеті. Пакеттік өңдеу жүйелерінде бұл мақсатқа жету үшін фнкцияланудың келесі сызбасы қолданылады: жұмыстың басында тапсырмалар пакеті құрылады, әр тапсырманың жүйелік ресурстарға талабы бар; осы тапсырмалар пакетінен мультибағдарламалық қосылыс жасалады, яғни бір уақытта орындалатын көптеген тапсырмалар. Бір уақытта орындалу үшін ресурстарға айрықша талаптары бар тапсырмалар таңдап алынады. Осылайша, тапсырмалар пакетінен жаңа тапсырма таңдап алу жүйеде орныққан ішкі оқиғаға тәуелді. Бұдан шығатыны, мұндай ОЖ-де тапсырманың белгілі уақыт аралығында орындалуына кепіл беру мүмкін емес. Пакеттік өңдеу жүйелерінде бір тапсырманы орындаудан басқасын орындауға ауысу тек тапсырманың өзі процессордан бас тарса ғана орындалады, мысалы, енгізу-шығару операциясын орындаудың қажеттілігі кезінде. Сондықтан бір тапсырма процессорды көп уақытқа ұстап тұруы мүмкін, бұл жағдай интерактивті тапсырмаларының орындалуына мүмкіндік бермейді.Қолданушының пакеттік өңдеу жүйесі орнатылған есептеу машинасымен қарым-қатынасы мынадай түрде: қолданушы тапсырманы әкеледі, оны диспетчер-операторға береді, ал күн аяғында нәтижесін алады. Мұндай тәртіп қолданушы еңбегінің өнімділігін кемітетіні көрініп тұр.

 Уақытты бөлу жүйелері пакеттік өңдеу жүйелерінің негізгі кемшілігі –қолданушы-программисттің тапсырмаларды орындаудан аластатылуын жоюға арналған. Уақытты бөлу жүйесінің әр қолданушысына терминал табысталады, сол арқылы ол өз бағдарламасымен диалог жүргізуіне болады. Уақытты бөлу жүйелерінде әр тапсырмаға тек квант процессорлық уақыт берілетіндектен, ешқандай тапсырма процессорды көп уақыт пайдаланбайды, және жауап уақыты да ыңғайлы. Егер квант аса үлкен емес болып таңдалса,бір машинада бір уақытта жұмыс істеп отырған қолданушыларға олардың әрқайсысы машинаны бөлек пайдаланып отырғандай болып көрінеді. Уақытты бөлу жүйелерінде өткізу қасиеті азырақ, себебі орындауға қолданушы жіберген әр тапсырма қабылданады, және процессордың тапсырмадан тапсырмаға жиі ауысуына көп шығындалады. Уақытты бөлу жүйелерінің эффективтілік  критерийі –максималды өткізу қасиеті емес,қолданушы жұмысының ыңғайлылығы мен нәтижелігі болып табылады.

Шынайы уақыт жүйелері станок, спутник сияқты техникалық объектілерді немесе гальваникалық сызық, доменды процесс сияқты техникалық процесстерді басқару үшін қолданылады.  Осы жағдайлардың бәрінде шектеулі уақыт беріледі, осы уақыт аралығында объекіні басқаратын бағдарлама орындалуы тиіс, олай болмаған жағдайда авария болуы мүмкін: спутник көріну зонасынан шығып кетеді, датчиктардан келетін тәжірибелік ақпараттар жоғалады, гальваникалық жамылғының қалыңдығы дұрыс болмайды. Осылайша, шынайы уақыт жүйелерінң эффективтілік критерийі – бағдарламаны қосу мен нәтижені алу арасындағы  алдын-ала тағайындалаған уақыт интервалдарына төзу . Бұл уақыт жүйенің әсер уақыты деп талады, ал сәйкес қасиет –әсер етушілік.

Кейбір операциондық жүйелер қасиеті  жағынан әр түрлі типті ОЖ болуы  мүмкін. Тапсырма жартысы пакеттік өңдеу режимінде орындалса, жартысы  реалды уақыт немесе уақыт бөлу режимінде  орындалуы мүмкін. Осындай жағдайда пакеттік өңдеу режимін фондық режим  деп атайды.

Құрастыру тәсілдерінің ерекшеліктері.

Базалық концепцияларға жатады:

• Жүйенің ядро құрылымының тәсілі – монолиттік ядро немесе микроядролық тәсіл. Кейбір ОЖ-лер монолиттік ядроны қолданады, себебі ол нақтылы режимде жұмыс істеп, бір процедурадан екіншіге тез өтеді.ОЖ-ның микроядро тәсілімен құрылуы белгіленген режимде жұмыс атқарып, аппаратураны басқару функцияларының аз мөлшерде қолданылуына негізделген.Дегенмен, жоғары дәрежедегі ОЖ функцияларын арнайы компоненттері атқарады –қолданбалы режимді серверлер.Мұндай тәсілмен жұмыс істеу белгіленген режим мен қолданбалы режим арасындағы алмасулар жиі  болып тұруына байланысты өте баяу жүреді, әйтсе де жүйе өзгермелі күйге енеді – оның функцияларын қолданбалы режимдегі серверлерді қосып-алу арқылы  өсіруге, сығуға мүмкіндік пайда болады. Сонымен қоса, серверлер кез-келген қолданбалы процесстер сияқты бір-бірінен сенімді қорғалған.
• ОЖ-нің объектілі-бағдарлы базада құрылуы ОЖ ішіндегі барлық жетістіктерін қолдануға мүмкіндік береді. Нақты айтқанда:стандартты объектілер формасындағы сәтті шешімдердің аккумуляцисы, мұралық механизм көмегімен жаңа объектілер тудыру, объектінің ішкі құрылымына ену есебінен пайда болған мәлімет қорғау қасиеті, ол өз кезегінде өзге қолданушылардың заңсыз түрде қол сұғуына жол бермейді, жақсы белгіленген объектілер жиынынан тұратын жүйенің құрастырылуы.
• Бірнеше қосалқы аймақтардың болуы жалғыз ОЖ шегінде бірнеше ОЖ-лерге арналған қосымша бағдарламаларды орындауға мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы операционды жүйелер бір мезгілде MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS/2 сияқты қосалқы аумақтарды қабылдайды, ол микроядро тәсілімен жүзеге асады. ОЖ ұйымдасуының бөліктенуі бағдарламашылар мен қолданушылардың желілі аймақтарда жұмыс атқаруын мейілінше жеңілдетеді.
• Бөліктенген ОЖ құрамына қолданушыға желіні кәдімгі бірпроцессорлы компьютер ретінде қабылдауға мүмкіндік беретін механизмдер жинақталған. ОЖ-нің таратылған ұйымдасуының өзіне тән белгілері:таратылатын ресурстардың бірыңғай анықтама қызметінің, бірыңғай уақыт қызметінің болуы, жойылған мәліметтерді қайтару механизмін қолдану (RPC).

ТАҚЫРЫП 3. ОПЕРАЦИЯЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІҢ

ЖІКТЕЛУІ

Мақсаты: ОС негізгі міндеттерін, сенімділігі мен тиімділігін ұйымдас-тыруды  және артықшылықтары мен кемшіліктерін қарастыру.

Кілттік сөздер: интерфейс, функция, параметр, диалог, оперативті жад, дискілі жад, микропроцессор, разрядтылық.

Дәріс жоспары (1 сағат)

1. Әмбебап операциялық жүйелер және арнайы тағайындалған ОЖ.
2. Операциялық жүйелердің жіктелуі.
3. ОЖ тұрғызудың модульдік құрылымы және олардың төзімділігі.
4. Процессорды басқару.

Әдебиеттер: 2, 3, 7, 8, 14, 15, 17

Әмбебап операциялық жүйелер және арнайы тағайындалған ОЖ

ОЖ  негізгі міндеттері есептеуіш жүйенің  сенімділігі мен тиімділігін  ұйымдастырады.

Әмбебап операциялық жүйелер есептеуіш  жүйенің ресурсын қолдана отырып қойылған есепті кең спектрде шешу мүмкіндігімен ерекшеленеді.

Операциялық жүйе қолданушы мен есептегіш  жүйе (ЕЖ) арасындағы өзіндік интерфейс  ролін атқарады, яғни ОЖ қолданушыға  виртуальдық ЕЖ-ны ұсынады. Әртүрлі  ОЖ бірыңғай техникалық құралдар арқылы қолданушыға есептеу процессін  жүргізу немесе ақпараты автоматты  түрде өңдеу үшін әртүрлі мүмкіндіктер береді. ЕЖ-нің бағдарламалық қамтамасында операциялық жүйе негізгі орында тұрады, себебі ол барлық есептеу процессін  жоспарлау мен бақылауды жүзеге асырады. Бағдарламалық қамтаманың кез-келген компоненті міндетті түрде  ОЖ-нің басқаруымен жұмыс істейді.

ОЖ  бір-бірімен аз байланысқан екі  функцияны орындайды: кеңейтілген  машина ұсыну арқылы қолданушыға  ыңғайлылық қамтамасыз етеді және компьютердің ресурстарын рационалды басқару  арқылы қолданудың нәтижелігін жоғарылату.

ОЖ-ның жіктелуі

Дербес компьютерлер үшін операциялық  жүйе бірнеше параметрлер бойынша  өзгешеленеді. ОЖ:

• Бір қолданушы және көп қолданушылы (жүйемен бір мезгілде жұмыс жасайтын қолданушылар саны);
• Бір есепті және көп есепті (ОЖ көмегімен кез-келген мезгілде шешіліп шығарыла алатын есептер саны);
• ОЖ-мен қолданушының байланысының базалық түрі (командалар түрінде диалог, меню тілінде диалог, графикалық көріністер түрінде диалог орнату);
• Адрестік шинаның разрядтарының саны (16,32 немесе 64).

Ең аз қажетті ресурстар, яғни оперативті және дискілі жадтардың ең аз көлемдері, микропроцессорлар классы қажет. 

Көп есепті операциялық жүйе бір мезгілде бірнеше  бағдарламаларды іске қосуға мүмкіндік береді. Бұл бағдарламалар бір-біріне кедергі келтірмей параллель жұмыс істейтін болады. Мысалы, бір бағдарлама әуен тыңдай отырып дайын құжатты баспаға шығарады, ал екіншісі жаңа құжатты форматтайды. Адрестік шинаның разрядтылығы жад көлемін анықтайды. Дербес компьютерлер үшін 32 разрядтық ОЖ-ні  қолданудың үлкен мәні бар: