Операционных систем семейства Windows

Особое значение в истории и сегодняшнем дне операционных систем имеет семейство продуктов Windows корпорации Microsoft как наиболее популярных ОС для персональных компьютеров и сетей на их основе.

Как уже отмечалось выше, вплоть до версий Windows 3.1/3.11 это была не операционная система в полном смысле данного понятия, а лишь графическая оболочка, надстройка над ОС MS-DOS. Полноценной ОС Windows стала начиная с четвертой версии, получившей наименование Windows 95. Ключевыми позициями, отличающими Windows 95 от Windows 3.х, явились следующие:

– новое 32-разрядное ядро;

– усовершенствованный механизм многозадачности;

– улучшенная поддержка аппаратного обеспечения;

– новые и существенно обновленные приложения.

После Windows 95 на рынке появилась ее новая редакция Windows 95 OSR2 (OEM Service Release – «сервисный выпуск для производителей компьютеров»). В эту редакцию были включены следующие чрезвычайно полезные дополнения:

– новая файловая система FAT32;

– встроенный браузер-обозреватель Internet Explorer 3.0;

– поддержка трехмерной графики;

– расширенный состав драйверов;

– повышенная стабильность работы системы.

Следующей версией стала Windows 98. Главным достоинством новой системы явилось включение более мощного браузера Internet Explorer 4.0 и обеспечение поддержки новых аппаратных устройств. Дальнейшим совершенствованием стала разработка Windows 98 SE (Second Edition), в которой была расширена поддержка аппаратных устройств с новыми интерфейсами USB и FireWire, включена новая версия браузера Internet Explorer 5.0, а также исправлены некоторые ошибки, добавлены новые функции и в целом существенно повышена стабильность работы.

Последней ОС в ряду Windows 9.х стала Windows ME (Millennium Edition). В нее включены новая система восстановления ОС, встроенный редактор видео, новый Internet Explorer 5.5. В Windows ME значительно обновлен графический интерфейс и упрощена работа с драйверами.

Параллельно с развитием линии ОС Windows 9.х корпорация Microsoft в 1988 году начала разработку и непрерывно продолжает развивать линию принципиально отличающихся от Windows 9.х операционных систем «новой технологии» – Windows NT (NT – New Technology). Если при создании Windows 9.х разработчики стремились сочетать новые возможности с предельной простотой установки и конфигурирования, максимальной совместимо­стью с имеющимся программным и аппаратным обеспечением, то серия NT прежде всего предназначалась для больших сетей и должна была обеспечить максималь­ную надежность и безопасность.

Команду разработчиков новой операционной системы возглавил перешедший в Microsoft из Digital Equipment Corporation Дэйв Катлер (Dave Cutler), ранее уже участвовавший в разработке нескольких ОС. К тому времени уже был накоплен немалый опыт академических исследований в облас­ти операционных систем, в том числе на основе Mach и других микроядерных ар­хитектур. Результатом трудов команды из почти 40 разработчиков стало появление в 1993 году операционной системы, получившей название Windows NT и поддерж­ивающей процессоры Intel x86, MIPS и Digital Alpha. Годом позже вышла версия Windows NT 3.51 с повышенной производительностью и поддержкой процессора PowerPC. За ней в 1996 последовала Windows NT 4.0.

Windows NT является 32-х разрядной ОС с приоритетной многозадачностью. В качестве фундаментальных компонентов в состав этой ОС входят развитый сетевой сервис и средства обеспечения безопасности. Windows NT обеспечивает совместимость со многими другими операционными и файловыми системами, а также с разнородными сетями, поддерживает высокопроизводительные многопроцессорные вычислительные комплексы. Windows NT не является дальнейшим развитием ранее существовавших продуктов. Ее архитектура создавалась заново с учетом современных жестких требований совместимости, переносимости, масштабируемости, распределенной обработки данных, расширяемости, надежности и отказоустойчивости операционных систем.

Несмотря на сходный интерфейс, Windows NT 4.0. имеет массу отличий от современной ей Windows 95:

– принципиально другое ядро, которое загружается самостоятельно и не имеет в своей основе MS-DOS;

– собственная файловая система NTFS, обеспечива­ющая разграничение доступа на уровне файлов, протоколирование файловых операций, хране­ние сверхбольших объемов данных, сжатие дис­ков и прочее;

– иной механизм многозадачности, обеспечиваю­щий лучшую изоляцию приложений друг от друга и от ядра системы (в частности, драйверы уст­ройств здесь не допускаются к ядру ОС, поэтому принципы написания драйверов для семейств 9.х и NT сильно отличаются);

– существенно расширенные многопользователь­ские возможности, чему способствует наличие серьезных средств авторизации, защиты трафи­ка и т.п;

– высокая степень масштабируемости.

На смену версии Windows NT 4.0. пришла ОС Windows 2000 Professional (в бета-версиях она называлась Windows NT 5.0.), с которой началась новая схема именования версий системы.

Windows 2000 Professional позволяет:

1. Облегчить использование ОС корпоративными клиентами, что достигается благодаря привычному, но более простому и «интеллектуальному» интерфейсу, упрощению настройки системы путем использованию новых «про­грамм-мастеров», ориентацией на работу с мобильными компьютерами, наличию эффективных встроенных инструментов для работы с Интернет.

2. Сохранить традиционные достоинства систем Windows NT: защищенность информации, устойчивость работы, надежность и высокую производи­тельность.

3. Перенести в систему лучшие качества Windows 98, такие как поддержка существующих приложений и драйверов, поддержка аппаратных устройств нового поколения, встроенная сетевая поддержка для подключения к системам Win­dows NT Server, Novell NetWare и UNIX.

4. Создать легко конфигурируемую настольную систему с автоматизированным процессом инстал­ляции, развитыми средствами удаленного администри­рования, установки и удаления программ, встроенной диагностики про­цесса загрузки.

Серверной версией Windows 2000 Professional является система Windows 2000 Server. Эта серверная платформа способна функционировать как сервер файлов, печати, приложений или Web-сервер и по сравнению с Windows 2000 Professional включает множество дополнительных специальных функций.

В конце 2001 г. корпорация Microsoft выпустила новую версию ОС – Windows XP, продолжившую линию Win­dows NT (внутренняя «фирменная» нумерация новой версии – Win­dows NT 5.1) и по сути являющейся модифицированной ОС Windows 2000 Professional. В новой ОС радикально изменен графический интерфейс, существенно повышена стабильность системы, значительно усовершенствована процедура инсталляции, усилена аппаратная и программная совместимость.

Новая серверная версия системы Windows 2000 Server – ОС Windows Server 2003 (внутренняя «фирменная» нумерация этой версии – Win­dows NT 5.2). Windows Server 2003 обладает рядом преимуществ по сравнению с Windows 2000 Server. Это самая быстрая, самая надежная и наиболее защищенная из всех серверных ОС Windows, когда-либо выпущенных Microsoft.

Windows Server 2003 предоставляет интегрированную инфраструктуру, по­могающую гарантировать безопасность информации. Надежность, готовность и масштабируемость этой ОС по­зволяют реализовать сетевую инфраструктуру, соответ­ствующую потребностям наиболее взыскательных пользователей. Windows Server 2003 предоставляет инст­рументы для развертывания, управления и использования сетевой инфраструктуры предприятия, средства реализации административной политики, автоматизации задач и упро­щения процесса модернизации. Новые средства ОС помогают снизить расходы на сопровождение, позволяя пользователям выполнять большее число задач самостоятельно. Windows Server 2003 помогает организовать инфраструктуру прикладных задач и обеспечивает лучшее вза­имодействие между системами и клиентами. Для этого ОС предоставляет интегрированные Web-сервер и сервер мультимедийных потоков, которые позволя­ют легко, быстро и безопасно создавать динамичные Web-сайты для интрасети и Интернета. ОС также включает ин­тегрированный сервер приложений, обеспечивающий лег­кость разработки, развертывания и управления Web-серви­сами.

Высокая надежность Windows Server 2003 позволяет управлять расходами, снижая время ремонтных работ и регламентных про­стоев. Windows Server 2003 может гибко масштабироваться вверх и вширь в зависимости от текущих потребностей. Инструменты администрирования и настройки Windows Ser­ver 2003 упрощают развертывание и управление. Обеспечивается совместимость с существующими приложениями и продуктами независимых производителей.

Резюме

Прообразом современных операционных систем являются разработанные в середине 1950-х годов системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой, а последовательность подлежащих выполнению программ при этом составляла так называемый пакет заданий. Системы пакетной обработки стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом.

Следующим этапом эволюции ОС стала разработка в 1960-х годах универсальных ОС, которые были способны работать на разных типах ВМ, имеющих различный набор периферийных устройств и используемых в разных областях человеческой деятельности. Попытки удовлетворения сложных и часто противоречивых требований приводили к тому, что такие ОС были чрезвычайно громоздкими и имели низкую надежность при эксплуатации. Однако, несмотря на указанные проблемы, операционная система OS/360 и другие ей подобные ОС получили широкое признание потребителей. Важнейшим достижением ОС этого периода явилась реализация мультипрограммного режима и спулинга.

Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением в 1980-х годах ВМ на больших интегральных схем. ВМ стали доступны отдельным небольшим организациям и учреждениям, а впервые предложенные в то время «персональные компьютеры» были доступны уже отдельному человеку. ВМ все чаще объдинялись в распределенные вычислительные сети. Такие ВМ и сети на их основе стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки «дружественного» программного поддержки сетевого взаимодействия. На рынке операционных систем в то время начали доминировать системы двух классов: многопользовательские многозадачные (мультипрограммные) ОС клона UNIX и однопользовательские однозадачные (однопрограммные) ОС клона MS-DOS.

ОС UNIX получила несколько ветвей развития исходной архитектуры. Это ОС System V (корпорации AT&T) и BSD (Калифорний­ского университета в Беркли). Впоследствии на основе обеих ветвей был создан ряд новых версий ОС UNIX. Третья самостоятельная ветвь развития UNIX начиналась с микроядерной системы MINIX, за которой в 1991 году последовала зна­чительно более мощная многоза­дачная многопользовательская ОС LINUX.

В настоящее время существуют версии ОС UNIX для многих типов ВМ. Независимо от версии, общими для UNIX чертами являются многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа, реализация мультипрограммного режима разделения времени с вытесняющей многозадачностью, использование механизмов виртуальной памяти и свопинга, унификация операций ввода-вывода на основе расширенного использования понятия «файл», иерархическая файловая система, хорошая переносимость системы и множество других свойств.

Операционные системы корпорации Microsoft под названием MS-DOS и их аналоги других корпораций были разработаны для персональных компьютеров клона IBM PC. Управление компьютером при помощи команд DOS, вводимых в режиме командной строки, требует определенных знаний, большой аккуратности и внимания. Для того, чтобы сделать общение с компьютером более простым, были предложены так называемые программы-оболочки, представляющие собой программные надстройки операционной системы, позволяющие пользователю осуществлять действия по управлению ресурсами компьютера в рамках более развитого и удобного, чем командная строка, псевдографического интерфейса,. Следующим историческим шагом в развитии оболочек операционных систем стало появление в 1986 г. графической многооконной операционной оболочки Windows от корпорации Microsoft, которая работала на базе MS-DOS, а основой пользовательского интерфейса Windows послужил графический интерфейс пользователя GUI, представляющий собой в данном случае иерархически организованную систему окон и других графических объектов. Дальнейшим развитием семейства Microsoft Windows стала разработка полноценных операционных систем Windows 95 (Windows 4.0) и Windows NT, положившим начало двух ветвей ОС от Microsoft: Windows 95/98/ME и Windows NT/2000/XP/2003.

Полноценной ОС Windows стала начиная с четвертой версии, получившей наименование Windows 95. Ключевыми позициями, отличающими Windows 95 от Windows 3.х, явились новое 32-разрядное ядро, усовершенствованный механизм многозадачности, улучшенная поддержка аппаратного обеспечения, новые и существенно обновленные приложения. Следующими версиями стали Windows 98, Windows 98 SE и Windows ME. Главными достоинствами новых систем явилось включение более мощных версий браузера Internet Explorer, расширение поддержки новых аппаратных устройств с новыми интерфейсами.

Параллельно с развитием линии ОС Windows 9.х корпорация Microsoft в 1988 году начала разработку и непрерывно продолжает развивать линию принципиально отличающихся от Windows 9.х операционных систем «новой технологии» – Windows NT (NT – New Technology). Windows NT является 32-х разрядной ОС с приоритетной многозадачностью. В качестве фундаментальных компонентов в состав этой ОС входят развитый сетевой сервис и средства обеспечения безопасности. Windows NT совместима со многими другими операционными и файловыми системами, а также с разнородными сетями, поддерживает работу высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных комплексов.

На смену версии Windows NT 4.0. пришла существенно усовершенствованная и усиленная ОС Windows 2000 Professional. Серверной версией Windows 2000 Professional является система Windows 2000 Server, включающаяет множество дополнительных специальных функций.

В конце 2001 г. корпорация Microsoft выпустила новую версию ОС – Windows XP, продолжившую линию Win­dows NT и по сути являющейся модифицированной ОС Windows 2000 Professional. Новая серверная версия системы Windows Server 2003 обладает рядом преимуществ по сравнению с Windows 2000 Server. Это самая быстрая, самая надежная и наиболее защищенная из всех серверных ОС Windows, выпущенных Microsoft до настоящего времени.

Значительную роль в развитии ОС играет фирма Novell со своим сетевым операционными системами семейства NetWare.

Историческое значение имеет ОС OS/2 корпорации IBM, которая появилась на рынке раньше Windows 95 и была первой работающей 32-х разрядной ОС для персональных компьютеров, а кроме того поддерживала вытесняющую многозадачность, виртуальную память и имела средства работы в сети Internet.

Следует отметить также некоторые специализированные ОС. Например, IOS компании Cisco Systems предназначена исключительно для выполнения коммуникационных задач, MacOS ориентирована на конкретную аппаратную платформу компьютеров семейства Macintosh, PalmOS и Windows CE работают в сверхминиатюрных так называемых «карманных» компьютерах.

Отметим также ОС Solaris фирмы Sun Microsystems, которая благодаря высокому уровню отказоустойчивости предпочтительна для использования в интер- и интрасетях.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризуйте начальные этапы разработки и развития ОС.

2. Опишите основные характерные особенности ОС семейства MS-DOS и историю их эволюции.

3. Какие функции выполняют операционные оболочки, какова их роль в совершенствовании пользовательского интерфейса ОС?

4. Дайте характеристику ОС семейства UNIX, представьте области практического применения наиболее популярных версий UNIX.

5. В чем особенности реализации и функционирования сетевых операционных систем компании Novell?

6. Охарактеризуйте ОС семейства Windows 95/98/ME.

7. Назовите главные достоинства ОС линии Windows NT.

8. Какие качества характерны для современных серверных версий ОС Windows?

9. Перечислите известные специализированные ОС.

Пример практической реализации

Операционной системы: UNIX

Обзор системы UNIX

Общие представления

Операционная система UNIX представляет собой интерактивную систему, раз­работанную для одновременной поддержки нескольких процессов и нескольких пользователей. Она была разработана программистами и для программистов, что­бы использовать ее в окружении, в котором большинство пользователей являют­ся относительно опытными и занимаются сложными проектами разработки программного обеспечения. Во многих случаях большое количество программистов активно сотрудничают в деле создания единой системы, поэтому в операционной системе UNIX есть достаточное количество средств, позволяющих программистам работать вместе и управлять совместным использованием общей информации. К настоящему времени существует множество версий системы UNIX (см. раздел 6) и между ними имеются определенные различия. В дальнейшем изложении основное внимание уделяется общим чертам всех версий, а не особенностям какой-либо конкретной версии. Поэтому рассматриваемые воп­росы реализации ОС UNIX не всегда в равной степени соответствуют разным версиям.

Интерфейсы системы UNIX

Операционную систему UNIX можно рассматривать в виде некоторой пирамиды. У основания пирамиды располагается аппаратное обеспечение, состоящее из цен­трального процессора, памяти, дисков, терминалов и других устройств. Выше над аппаратным обеспечением работает операционная система UNIX. Ее функции заключаются в управ­лении аппаратным обеспечением и предоставлении всем программам интерфейса системных вызовов. Эти системные вызовы позволяют программам создавать про­цессы, файлы и прочие ресурсы, а также управлять ими. Программы обращаются к системным вызовам, помещая аргументы в регист­ры центрального процессора (или иногда в стек) и выполняя команду эмулиро­ванного прерывания для переключения из пользовательского режима в режим ядра и передачи управления операционной системе UNIX. Системные вызовы реализуются библиотечные функциями – процедурами. Каждая такая процедура помещает аргументы в нужное место и выполняет команду эму­лированного прерывания. Интерфейс библиотечных функций определен в стандарте POSIX. Стандарт POSIX определяет библиотечные процедуры, соответствующие системным вызовам, их параметры, что они должны делать и какой результат возвращать.

Помимо операционной системы и библиотеки системных вызовов, все вер­сии UNIX содержат большое количество стандартных программ, некоторые из них описываются стандартом POSIX 1003.2, тогда как другие могут различаться в разных версиях системы UNIX. К этим программам относятся командный про­цессор (оболочка), компиляторы, редакторы, программы обработки текста и утили­ты для работы с файлами. Именно эти программы и запускаются пользователем с терминала.

Таким образом, можно говорить о трех интерфейсах в операционной систе­ме UNIX: интерфейсе системных вызовов, интерфейсе библиотечных функций и интерфейсе, образованным набором стандартных обслуживающих программ.