Классификация операционных систем
Операционные системы различаются особенностями реализации алгорит- мов управления ресурсами компьютера, областями использования и по многим другим признакам. Так, в зависимости от особенностей алгоритма управления процессором операционные системы делятся на однозадачные и многозадач- ные, однопользовательские и многопользовательские, на однопроцессорные и многопроцессорные, с командным или графическим интерфейсом, а также на локальные и сетевые.
Однозадачные и многозадачные операционные системы. По числу одно-
временно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:
— однозадачные (например, MS DOS, MSX)
— многозадачные (OC EC, OS\2, Unix, ОС семейства Windows) и др.
Однозадачные ОСв основном выполняют функцию предоставления поль-
зователю виртуальной машины, делая более простым и удобным интерфейс пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управле- ния периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.
Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляет раз- делением совместно используемых ресурсов, таких, как процессор, оперативная память, файлы и важнейшие устройства.
В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделя-
ются на три типа:
— системы пакетной обработки (OC EC)
— системы с разделением времени (Unixб, VMS, Windows, Linux);
— системы реального времени (QNX, RT\11).
Системы пакетной обработки – без непосредственного доступа пользова-
теля, а с предварительным сбором и формированием всего блока (пакета) про-
грамм, подлежащих одновременному решению.
В системах с разделением времени каждой задаче выделяется небольшой квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго и
время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно не- большим, то это предполагает параллельное выполнение нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы. Ясно, что подобные
системы обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользовате- лем задача, а не та, которая «выгодна» системе. Критерием эффективности сис-
тем с разделением времени является не максимальная пропускная способность процессора, а эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.
Системы реального времени (ОС РВ) применяются для управления раз- личными техническими объектами (таким, как станок, спутник, научная экспе- риментальная установка) или технологическими процессами (гальваническая линия, доменный процесс и т.п.). Применяют ОС РВ и в банковском деле. Кри- терием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы- реактивно- стью. Среди наиболее известных ОС РВ для IBM PC-RTMX, AMX, OS-9000, FLEX OS, QNX и др. Среди перечисленных ОС наиболее полным набором ин- струментальных средств обладает ОС РВ QNX, которая выполняет 32- разрядные приложения и может работать совместно с ОС семейства Unix.
Некоторые операционные системы могут совмещать в себе свойства сис- тем разных типов, например, часть задач может выполняться в режиме пакет- ной обработки, а часть- в режиме реального времени или в режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки часто называют фоновым режимом.
Многопользовательский и однопользовательский режимы. По числу одновременно работающих пользователей ОС могут быть разделены на одно-
пользовательские (MS DOS, Windows 3.x) и многопользовательские (Unix, Windows NT, Windows XP, Linux). Главным отличием многопользовательских
систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует отметить, что не всякая многозадачная система является многопользо- вательской и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.
Многопроцессорные и однопроцессорные системы. Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки мно- гопроцессорной обработки. В наши дни становится общепринятым введение в
ОС функций поддержки многопроцессорной обработки. В наши дни становить- ся общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной об- работки данных. Такие функции имеются в ОС OS/2 фирмы IBM, Windows NT
фирмы Microsoft, NetWare 4.1 Novell.
В системе многопроцессорной обработкой данных ОС могут быть разде-
лены по способу организации вычислительного процесса следующим образом:
асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выпол- няется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные зада- чи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует все количество процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.
Выше были рассмотрены особенности ОС, связанные с управлением толь-
ко одним типом ресурсов - процессором. Важное влияние на ОС в целом, на возможности её использования в той или иной области оказывают также осо-
бенности управления и другими ресурсами такими, как память, файлы, устрой-
ства ввода-вывода.
Одним из важных признаков классификации ОС является деление их на сетевыеи локальные. Сетевые ОСпредназначены для управления ресурсами компьютера, объединенных в сеть с целью совместимого использования дан- ных. Они представляют мощное средство разграничения доступа к информа- ции, ее целостности и сохранности, а также другие возможности использования сетевых ресурсов. Сетевая ОС составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в некоторой степени автономен, поэтому под сете- вой ОС, с одной стороны, понимается вся совокупность ОС отдельных компью- теров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресур- сов по единым правилам- протоколам. С другой стороны, сетевая ОС - это ОС отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети. В большинстве случаев ОС устанавливаются на одном или более достаточно мощных компьютерах- серверах, предназначенных исключительно для обслу- живания сети и совместно используемых ресурсов. Все остальные ОС будут считаться локальными сетевыми и могут использоваться на любом ПК, под- ключенном к сети в качестве рабочей станции. На каждой рабочей станции вы- полняется своя собственная локальная сетевая ОС, отличающаяся от ОС авто- номного компьютера наличием дополнительных средств, позволяющих компь- ютеру работать в сети. Локальная сетевая ОС такого типа не имеет фундамен- тальных отличий от ОС автономного компьютера, но она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сете- вого адаптера), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам, однако эти дополнения сущест- венно не меняют структуру самой ОС. В сетевой ОС отдельной машины можно выделить несколько частей:
∗ средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между планированием и диспетчеризации
процессов, управление процессорами в многопроцессорных машинах, управле- ние периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС;
∗ средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее
пользование- серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, напри-
мер, блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного исполь-
зования; введение справочников имен сетевых ресурсов; обработку запросов
удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных; управле-
ние очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным уст-
ройствам;
∗ средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их ис-
пользование- клиентская часть ОС. Эта часть выполняет распознавание и пере-
направление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользова-
телей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, а переда-
ется в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера. клиентская
часть также осуществляет прием ответов от сервера и преобразования их в ло-
кальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных
запросов не различимо;
∗ коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит
обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию
сообщения выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., т.е. является средства транспортировки сообщений.
В зависимости от функций возлагаемых на конкретный компьютер, его ОС
может отсутствовать либо клиентская либо серверная часть.
Первые сетевые ОС представляли сетевые ОС представляли собой сово- купность существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой обо- лочки. При этом локальная ОС встраивался минимум сетевых функций, необ- ходимый для работы сетевой оболочки, которая выполняла основные сетевые функции.
Однако более эффективным представляется путь разработки ОС, изна-
чально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логиче-
скую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а так же высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT фирмы
Microsoft, которая за счет встроенности сетевых средств обеспечивает более высокие показатели производительности и защищённости информации.
Интерфейс ОС должен быть дружелюбным к пользователю и в этом аспекте
можно говорить о двух уровнях общения пользователя с машиной:
ƒ командный интерфейс – пользователь должен прилично знать файловую систему и команды операционной системы и вводить их с клавиатуры в командную
строку, имеющуюся на экране дисплея; такой интерфейс обеспечивается непосредст- венно MS DOS; для облегчения работы с такой ОС используют различные оболоч- ками ОС, в частности, наиболее популярной оболочкой Norton Commander, а также Volkov Commander, FAR Manager и т. п.;
ƒ интерфейс в виде графических меню – пользователь должен ориенти- роваться в многочисленных меню и панелях инструментов и уметь выбрать в этих меню нужные команды и файлы по условным графическим значкам, обычно со-
провождаемым их наименованиями; интерфейс этого типа реализуется графиче- скими интерфейсными системами (Windows 3.1) и операционными системами с графическим интерфейсом (Windows 9x/NT/2000/XP).
К операционным системам командного типа относятся: MS DOS, R DOS, UNIX, Linux и многие другие. Наибольшее распространение среди них получила дисковая операционная система MS DOS, как в локальном варианте, так и в со-
ставе других ОС. В качестве ОС с графическим интерфейсом можно назвать ОС
семейства Windows.