Операционные системы

Операционные  системы

Определение операционной системы

Операционная система  в наибольшей степени определяет облик всей вычислительной системы  в целом. Несмотря на это, пользователи, активно использующие вычислительную технику, зачастую испытывают затруднения  при попытке дать определение  операционной системе. Частично это  связано с тем, что ОС выполняет  две по существу мало связанные функции: обеспечение пользователю-программисту удобств посредством предоставления для него расширенной машины и  повышение эффективности использования  компьютера путем рационального  управления его ресурсами.

Эволюция ОС

Первый период (1945 -1955)

Известно, что компьютер  был изобретен английским математиком  Чарльзом Бэбиджем в конце восемнадцатого века. Его "аналитическая машина" так и не смогла но-настоящему заработать, потому что технологии того времени не удовлетворяли требованиям по изготовлению деталей точной механики, которые были необходимы для вычислительной техники. Известно также, что этот компьютер не имел операционной системы. 

Некоторый прогресс в создании цифровых вычислительных машин произошел  после второй мировой войны. В  середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа в  области вычислительной техники, а  не использование компьютеров в  качестве инструмента решения каких-либо практических задач из других прикладных областей. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительного  процесса решались вручную каждым программистом  с пульта управления. Не было никакого другого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 - 1965)

С середины 50-х годов начался  новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых  элементов. Компьютеры второго поколения  стали более надежными, теперь они  смогли непрерывно работать настолько  долго, чтобы на них можно было возложить выполнение действительно  практически важных задач. Именно в  этот период произошло разделение персонала  на программистов и операторов, эксплуатационщиков и разработчиков вычислительных машин.

В эти годы появились первые алгоритмические языки, а следовательно и первые системные программы - компиляторы. Стоимость процессорного времени возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий.

Третий период (1965 - 1980)

Следующий важный период развития вычислительных машин относится  к 1965-1980 годам. В это время в  технической базе произошел переход  от отдельных полупроводниковых  элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что дало гораздо большие возможности новому, третьему поколению компьютеров. 

Для этого периода характерно также создание семейств программно-совместимых машин. Первым семейством программно-совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, явилась серия машин IBM/360. Построенное в начале 60-х годов это семейство значительно превосходило машины второго поколения по критерию цена/производительность. Вскоре идея программно-совместимых машин стала общепризнанной. 

Программная совместимость  требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными "монстрами". Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. В каждой новой версии операционной системы исправлялись одни ошибки и вносились другие. 

Однако, несмотря на необозримые  размеры и множество проблем, OS/360 и другие ей подобные операционные системы машин третьего поколения  действительно удовлетворяли большинству  требований потребителей. Важнейшим  достижением ОС данного поколения  явилась реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько  программ. Пока одна программа выполняет  операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило  при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет  другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом. 

Другое нововведение - спулинг (spooling). Спулинг в то время определялся как способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задания считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся раздел. 

Наряду с мультипрограммной  реализацией систем пакетной обработки  появился новый тип ОС - системы  разделения времени. Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, нацелен на создание для  каждого отдельного пользователя иллюзии  единоличного использования вычислительной машины.

Четвертый период (1980 - настоящее время)

Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В  эти годы произошло резкое возрастание  степени интеграции и удешевление  микросхем. Компьютер стал доступен отдельному человеку, и наступила  эра персональных компьютеров. С  точки зрения архитектуры персональные компьютеры ничем не отличались от класса миникомпьютеров типа PDP-11, но вот цена у них существенно  отличалась. Если миникомпьютер дал  возможность иметь собственную  вычислительную машину отделу предприятия  или университету, то персональный компьютер сделал это возможным  для отдельного человека. 

Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что  потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения, это положило конец кастовости программистов. 

На рынке операционных систем доминировали две системы: MS-DOS и UNIX. Однопрограммная однопользовательская ОС MS-DOS широко использовалась для компьютеров, построенных на базе микропроцессоров Intel 8088, а затем 80286, 80386 и 80486. Мультипрограммная многопользовательская ОС UNIX доминировала в среде "не-интеловских” компьютеров, особенно построенных на базе высокопроизводительных RISC-процессоров. 

В середине 80-х стали бурно  развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых  или распределенных ОС. 

В сетевых ОС пользователи должны быть осведомлены о наличии  других компьютеров и должны делать логический вход в другой компьютер, чтобы воспользоваться его ресурсами, преимущественно файлами. Каждая машина в сети выполняет свою собственную  локальную операционную систему, отличающуюся от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств, позволяющих  компьютеру работать в сети. Сетевая ОС не имеет фундаментальных отличий от ОС однопроцессорного компьютера. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сетевого адаптера), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы.

Краткая характеристика современных операционных систем

Unix

 
Unix - это семейство полноценных, изначально многопользовательских, многозадачных и многотерминальных операционных систем, почти полностью совместимых друг с другом на уровне исходных текстов программ. 
 
В основном платные системы. 
Исходники могут быть доступны, а могут и нет. 
Изначально многозадачные и многопользовательские. 
Cтандарты SVID, XPG, POSIX и множество других. 
Типы файловых систем, поддерживаемых в UNIX: 
s5, ufs, nfs, rfs, vfs, nfs, fat16, fat32, vfat, Veritas, specfs, fifofs, bfs. 

FreeBSD

 
FreeBSD - это *nix-подобная операционная система для платформ i386 и Alpha/AXP, разработанная на основе операционной системы 4.4BSD-Lite с некоторыми усовершенствованиями, взятыми из 4.4BSD-Lite2 Калифорнийского Университета (Беркли).  
 
Бесплатная система. 
Распространяется с исходниками. 
Обладает вытесняющей многозадачностью. Многопользовательская. 
POSIX - совместима. 
Файловая система - UFS (Unix File System). 

Linux

 
Linux - это независимая реализация системы, соответствующей стандарту POSIX с некоторыми расширениями от System V и BSD, написанная "с нуля" (выглядит и функционирует как Unix). Как и другие версии UNIX, Linux - полная многозадачная многопользовательская операционная система .  
 
Ядро и большинство дистрибутивов бесплатны. 
Распространяются с исходниками. 
Изначально многозадачные и многопользовательские. 
Совместим на уровне исходных текстов с IEEE POSIX.1, System V и BSD. 
Свои файловые системы - ext2fs и ext3fs. 
Поддерживает так же файловые системы ISO 9660 CD-ROM , клиент и сервер NFS, DOS, Windows 9x, Minix, Xenix, Coherent, System V, DoubleSpace/Stacked, HPFS-2 (OS/2)(read), Amiga(read). 

Solaris

 
Solaris - это разновидность Berkley UNIX, предназначенная для работы в корпоративных вычислительных сетях.  
 
Платная система. 
Исходники доступны, но с рядом ограничений использования модифицированных версий. 
Многозадачная. Многопользовательская. 
Совместима с X/Open UNIX 95, различными разделами POSIX 1003.1, X11R6 и др. 

QNX

 
QNX (пpоизноcитcя как "queue nicks") - это *nix-подобная, POSIX-совместимая, многозадачная, многопользовательская, многопоточная операционная система реального времени с возможностью встраивания, легко масштабируемая.  
 
QNX является бесплатной операционной системой , если вы не собираетесь использовать ее в коммерческих целях. 
Исходники открыты лишь в необходимом для разработчика количестве (всё кроме ядра и основных менеджеров). 
Многозадачная. 
POSIX - совместима. 

OS/2

 
OS/2 - операционная  система компании IBM , конкурирующая  с ОС Windows.  
 
Платная система. 
Исходники закрыты. 
Многозадачная. Ранние версии однопользовательские , поздние - многопользовательские. 
Своя "высокопроизводительная файловая система" - HPFS . 
Поддерживает так же файловые системы Fat, имеет IFS для VFAT (FAT с поддержкой длинных имен), FAT32, Ext2, NTFS (read). 

Windows

 
Windows - платная ОС компании Microsoft. Очень популярна , т.к. 98% копий - пиратские. Большая часть разрабатываемого сейчас ПО пишется именно под Windows (Вирусы - все под Windows :).  
 
Платная. 
Исходники закрыты. 
В Windows95 и Windows NT используется вытесняющая (приоритетная) многозадачность. В Windows95 в режиме вытесняющей многозадачности выполняются только 32-битные приложения. 16-битные работают в режиме кооперативной многозадачности, как под Windows 3.1.  
Windows NT (2000,XP,2003...) является многопользовательской. 
Файловые системы - Fat, VFAT, Fat32, NTFS. 

DOS

 
Однозадачная  и однопользовательская ОС без графического интерфейса от Microsoft (MS DOS) или IBM (PC DOS), известная своим минимализмом .  
 
Бесплатна. 
Исходники, имхо, не нужны. 
Изначально однозадачна (механизм прерываний). 
Файловые системы - Fat, VFAT, Fat32 

NetWare

 
NetWare - лидирующая в данный момент система для построения всех видов сетей.  
 
Платная. 
Исходники закрыты. 
Многозадачна(невытесняющая м-ть). 

BeOS

 
BeOS - это новая операционная система, для платформ PowerPC и Intel x86, оптимизированная для обработки видео- и аудиоинформации и выполнения широкого круга задач, связанных с коммуникационными возможностями.  
 
Бесплатна. 
Исходники открыты в необходимом для разработчика количестве. 
Многозадачна. 
Файловая система - BFS (Be File System).