Операционные системы

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ               3

1.      Понятие операционной системы. Классификация ОС              4

2.      Структура ОС               5

3.      Порядок загрузки ОС               8

4.      Функции ОС               9

4.1. Распределение ресурсов               9

4.2. Функциональные компоненты операционной системы               10

4.3. Управление памятью               12

4.4. Управление файлами и внешними устройствами               13

4.5. Защита данных и администрирование               14

4.6. Интерфейс прикладного программирования. Пользовательский интерфейс              15

5.      Сетевые операционные системы и распределенные операционные системы              16

6.      Требования к современным операционным системам               18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ               21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ               23

ВВЕДЕНИЕ

История любой отрасли науки или техники позволяет не только удовлетворить естественное любопытство, но и глубже понять сущность основных достижений этой отрасли, осознать существующие тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития. За почти полувековой период своего существования операционные системы прошли сложный путь, насыщенный многими важными событиями.

Огромное влияние на развитие операционных систем оказали успехи в совершенствовании элементной базы и вычислительной аппаратуры, поэтому многие этапы развития операционных систем тесно связаны с появлением новых типов аппаратных платформ, таких как мини-компьютеры или персональные компьютеры. Серьезную эволюцию операционные системы потерпели в связи с новой ролью компьютеров в локальных и глобальных сетях. Важнейшим фактором развития операционных систем стал Интернет. По мере того как эта Сеть приобретает черты универсального средства массовых коммуникаций, Оперативные Системы становятся все более простыми и удобными в использовании, включают развитые средства поддержки мультимедийной информации, снабжаются надежными средствами защиты.

На современном этапе развития операционных систем на передний план вышли средства обеспечения безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой компьютерами, а так же с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных по сетям, особенно по публичным, таким как Интернет. Многие операционные системы обладают сегодня развитыми средствами защиты информации, основанными на шифрации данных, аутентификации и авторизации.

Современным              операционным              системам              присуща многоплатформенностъ, то есть способность работать на совершенно различных типах компьютеров.

1.     Понятие операционной системы.

Классификация ОС

Операционная система (ОС) – совокупность программных средств, обеспечивающих управление аппаратными ресурсами вычислительной системы и взаимодействие программ с аппаратурой, другими программами и пользователем. ОС выполняет следующие основные функции: управление памятью, управление вводом-выводом, управление файловой системой, управление взаимодействием процессов, диспетчеризацию процессов, защиту, учет использования ресурсов, обработку командного языка. Во многих случаях системные сервисные программы также считаются частью ОС.

Классификация ОС по количеству одновременно выполняемых на одной ЭВМ задач и количеству пользователей, одновременно реализующих эти задачи, подразделяются:

1. Однозадачные однопользовательские ОС предназначены для выполнения в каждый момент времени одной единственной программы. При этом все ресурсы ЭВМ предоставляются ОС для этой задачи. Одновременное выполнение нескольких программ невозможно. Данная ОС применяется на ПК.

2. Многозадачные однопользовательские ОС предназначены для одновременного выполнения нескольких программ на ЭВМ. При этом ядро ОС использует процессор в защищенном режиме и поддерживает страничную организацию оперативной памяти, механизм свопинга (сброса и восстановления с жесткого диска страниц оперативной памяти), средства разделения ресурсов других устройств, специальные средства межпрограммного обмена и т. д. Данные ОС могут работать в виртуальном адресном пространстве для любой задачи до 4 Гб и более. Указанные функции предполагают расширенные средства идентификации и управления задачами. Такие ОС как правило применяются на ПК.

3. Многозадачные многопользовательские ОС реализуют функции многозадачных однопользовательских ОС для нескольких пользователей на одной ЭВМ. При этом возможно объединение вычислительных ресурсов нескольких ЭВМ локальной вычислительной сетью, а также расширенные функции администрирования, которые позволяют организовать межмашинный обмен данными на уровне ядра ОС, управлять процессами и вычислительными ресурсами любой ЭВМ, входящей в локальную вычислительную сеть. Функции идентификации процессов ещё более расширены для уникальной идентификации программ для распределенного вычислительного ресурса.

Особенности построения ОС определяют структуру файловых систем. Файловая система – способ организации данных на носителях информации. Любая ОС, а тем более многозадачная ОС, является дисковой, т.е. предусматривает активное использование для своих нужд ресурсов внешних носителей информации произвольного доступа, т.е. устройств, для которых время доступа к данным не зависит от их расположения на носителях информации. Поэтому изучение особенностей построения файловых систем является необходимым условием изучения ОС.

Как правило, все файловые системы ОС имеют списковую организацию.

Следующие файловые системы являются наиболее распространенными:

FAT 16 (для DOS, Windows, UNIX, OS/2),

FAT 32 для Windows,

NTFS для Windows NT, Windows XP;

HPFS для OS/2,

EXT 2 для UNIX.

2. Структура ОС

ОС образует автономную среду, связанную с системой команд процессора. Любая прикладная программа связана с ОС и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда. Прикладные программные средства, разработанные в среде одной ОС, не могут быть использованы для работы в среде другой ОС, если нет специального комплекса программ (конвертера), позволяющего это сделать. В таком случае говорят о программной несовместимости компьютеров.

ОС хранится на внешних носителях информации и при включении компьютера загружается в фиксированную область оперативной памяти.

ОС состоит из следующих основных компонентов:

-BIOS;

-ядро;

-драйверы устройств;

операционные оболочки;

системные утилиты.

Базовая система ввода-вывода BIOS —самый близкий к аппаратуре компонент ОС. BIOS находится в постоянной памяти, которая входит в комплект поставки персонального компьютера. Тип ОС может изменяться, a BIOS остается постоянным. Поэтому BIOS, являясь неизменяемой частью персонального компьютера, с одной стороны, может рассматриваться как компонент аппаратной части, а с другой стороны, как компонент любой ОС. Строго говоря, BIOS не входит в состав ОС, но, учитывая, что без этого модуля функционирование ОС невозможно, будем считать его компонентом ее структуры.

Основная функция BIOS реализуется в процессе нормальной работы персонального компьютера. Это управление стандартными внешними (периферийными) устройствами, входящими в состав комплекта персонального компьютера конкретной модели, а именно: дисплеем, клавиатурой, дисководами, принтером, таймером. Выделение BIOS в отдельный аппаратно-программный модуль позволяет обеспечить независимость программного обеспечения от специфики конкретной модели персонального компьютера.

Ядро ОС – постоянно находящаяся в памяти часть ОС, управляющая всеми другими процессами ОС и распределяющая для них ресурсы.

Операционные оболочки — специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с ОС. ОС могут иметь текстовый и графический варианты интерфейса пользователя.

Эти программы существенно упрощают управление ОС, уменьшают напряженность и сложность работы пользователя.

Операционные оболочки позволяют изменить среду взаимодействия пользователя с компьютером, расширяют набор основных (диспетчер файлов, графический редактор, текстовый редактор, картотека и т.п.) и сервисных функций, обеспечивающих пользователю интегрированную информационную технологию вплоть до создания одноранговых локальных сетей.

Драйвер устройства — программа ОС для управления работой периферийными устройствами: дисководами, дисплеем, клавиатурой, принтером, манипулятором "мышь" и пр.

Драйвер устройства должен учитывать специфику работы внешнего устройства, все тонкости его функционирования. Поэтому каждому устройству должен соответствовать свой драйвер.

Функции драйвера устройства состоят в следующем:

-прием и обработка запроса (управляющего сигнала), который поступает к данному пе­риферийному устройству;

-преобразование запроса о необходимости связи с этим устройством в серию команд управления им с учетом всех деталей конструкции и особенностей его работы;

-обработка сигнала прерывания, который поступает от соответствующего этому драйверу периферийного устройства.

Драйверы выполняют только стандартные функции управления вводом-выводом.

Драйверами также считаются программы, обеспечивающие управление расширенной памятью, а также создание и обслуживание виртуальных устройств, например, электронного диска — имитации гибкого диска в оперативной памяти.

Драйверы могут быть либо стандартными, либо загружаемыми. Стандартные (внутренние) драйверы — это программы, которые находятся внутри BIOS или его модуля расширения ЕМ BIOS и служат для управления внешними устройствами, входящими в стандартный комплект поставки персонального компьютера. Эти драйверы подключаются к системе автоматически после перехода компьютера в нормальное рабочее состояние.

Загружаемые (внешние, устанавливаемые) драйверы —это программы, хранящиеся на диске и предназначенные для управления внешними устройствами, которые отличаются от стандартных либо по своим техническим параметрам, либо особыми режимами эксплуатации. Загружаемые драйверы подключаются к системе только тогда, когда они указаны в файле конфигурации. Возможность использования загружаемых драйверов облегчает адаптацию ОС к новым внешним устройствам.

Драйвер виртуального (логического) устройства – системная программа, выполняющая операции ввода-вывода по запросам прикладных программ. Одному логическому устройству может соответствовать несколько физических или одно физическое устройство может использоваться как несколько логических. Соответствие между логическими и физическими устройствами может меняться во время работы системы.

Расширением базового программного обеспечения компьютера является набор сервисных дополнительно устанавливаемых программ, которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

-программы диагностики работоспособности компьютера;

-антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;

-программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;

-программы архивирования данных, которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;

-программы обслуживания сети.

Эти программы часто называются утилитами.

Утилиты — программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров (диагностики, тестирования аппаратных и программных средств, оптимизации использования дискового пространства, восстановления разрушенной на магнитном диске информации и т.п.).

Следует помнить, что системное программное обеспечение является платформой для установки инструментария технологии программирования и прикладного программного обеспечения.

3. Порядок загрузки ОС

Загрузка ОС осуществляется в следующем порядке:

-загрузка BIOS;

-загрузка программы начальной загрузки;

-загрузка ядра;

-загрузка командного процессора;

-загрузка драйверов;

-загрузка системных утилит и прикладного ПО;

После включения ПК начинается загрузка BIOS. При этом осуществляется тестирование аппаратной части, в том числе и оперативной памяти, а при обнаружении неисправности индикация сообщения, инициализация оборудования. Далее осуществляется проверка наличия гибкого диска (при установленном порядке загрузки в SETUP). Если гибкий диск отсутствует, то происходит считывание главной загрузочной записи жесткого диска и поиск активного раздела. Если активный раздел на жестком диске отсутствует, то выдается сообщение "Ошибка загрузочного диска, вставьте системный диск". В результате чего происходит остановка работы компьютера. В случае наличия гибкого диска либо раздела жесткого диска происходит считывание загрузочной записи и определение, является ли он загрузочным. Если диск не загрузочный, то выдается сообщение "Не системный диск". В противном случае осуществляется загрузка ОС, т.е. считывание ядра ОС и передача ему управления, загрузка командного процессора, драйверов, обработка файлов конфигурации и т.д.