Понятие ОС. История создания и развития ОС. Основные функции ОС

(ОС) - комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы (ВС) (Вычислительная система - взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для обработки инфы) и удобства работы с ней.

Назначение ОС - организация вычислительного процесса в вычислительной системе, рациональное распределение вычислительных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. ОС исполняет роль своеобразного интерфейса ( Интерфейс - совокупность аппаратуры и программных средств, необходимых для подключения периферийных устройств к ПЭВМ) между пользователем и ВС, т.е. ОС предоставляет пользователю виртуальную ВС. Это означает, что ОС в значительной степени формирует у пользователя представление о возможностях ВС, удобстве работы с ней, ее пропускной способности. Различные ОС на одних и тех же технических средствах могут предоставить пользователю различные возможности для организации вычислительного процесса или автоматизированной обработки данных.

В программном обеспечении ВС ОС занимает основное положение, поскольку осуществляет планирование и контроль всего вычислительного процесса. Любая из компонент программного обеспечения обязательно работает под управлением ОС.

В соответствии с условиями применения различают три режима ОС: пакетной обработки, разделения времени и реального времени. В режиме пакетной обработки ОС последовательно выполняет собранные в пакет задания. В этом режиме пользователь не имеет контакта с ЭВМ, получая лишь результаты вычислений. В режиме разделения времени ОС одновременно выполняет несколько задач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ. В режиме реального времени ОС обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемыми входными сигналами. Время отклика ЭВМ с ОС реального времени на возмущающее воздействие должно быть минимальным.

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1. Стандарт CP/M

2. ОСтипа DOS

3. Стандарт MSX

4. ОС, основанные на графическом интерфейсе

5. Пи - система

6. ОСсемейства UNIX

Основные понятия концепции ОС. Виды архитектур ОС. Основные понятия в ОС

1. Системные вызовы – механизм обращения к ядру ОС

2. Прерывания – события, генерируемые с внешних устройств

3. Исключительные ситуации (Exception) – события, возникающие в результате выполнения прои команд, которая не может быть завершена. Бывают исправимые и неисправимые

4. Файлы - именованная область данных

Простейшей структуризацией ОС является ее разделение на две части: ядро и модули, выполняющие вспомогательные функции.

Ядро – это привелигерованые модули, которые делятся на два класса:

1) выполняющих такие функции системы, как управление памятью, произведение расчетов и тому подобных функций, которые, как вы понимаете, никогда не доступны для обычных прог.

2) Отвечающие на запросы программ, таких как: разрешение на открытие и чтение файлов, вывод графической инфы на экран и т.п. Эти функции, которые могут вызываться приложениями, называются интерфейсом прикладного программирования (API).

Как вы понимаете, так как в ядре находятся только основные функции ОС, то они должны выполнятся очень-очень быстро. Для этого, данные модули располагаются в оперативной памяти, попадаю туда при загрузке системы. Такой вид ПО, который располагается в буфере, называется резидентным.

Теперь немного о дополнительных модулях:

Они относятся к менее полезным для ОС (утилиты (например, программа дефрагментации), системные обрабатывающие прои (текстовые и графические редакторы, компиляторы, отладчики и т.д.), дополнительные прои (калькуляторы, игры и т.д.), библиотеки процедур (упрощают работу прог)), поэтому и загружаются в оперативную память только на время своего выполнения. Такой вид ПО называется транзитным

ОС как виртуальная машина и как система управления ресурсами. Задачи ОС

ОС как виртуальная машина

Чтобы успешно решать свои задачи, ныне пользователь или программист может обойтись без досконального знания аппаратного устройства компа и может даже не знать системы команд процессора.Программное и аппаратное обеспечение можно выстроить в виде иерархии, каждый уровень которой представляет собой виртуальную машину со своим интерфейсом-Аппаратная часть-операционная система-системные библиотеки-прикладные прои.ОС как интерфейс между пользователем и компом (виртуальная машина).При разработке ОС широко применяется абстрагирование, которое является важным методом упрощения, и позволяет сконцентрироваться на взаимодействии высокоуровневых компонентов систем, игнорируя детали их реализации. В этом смысле ОС представляет собой интерфейс между пользователем и компом.

Архитектура большинства компьютеров на уровне машинных программ очень неудобна для написания прикладным программ. Например, работа с диском предполагает знание внутреннего устройства его электронных компонента – контроллера, для ввода команд вращения диска, поиска и форматирования дорожек, чтения и записи секторов. Средний программист не в состоянии учитывать все особенности работы оборудования (разработки драйверов устройств), а должен иметь простое высокоуровневое абстрактное представление пространства диска, как набор файлов.

ФАЙЛ можно открыть для чтения или записи и использовать для получения или сброса инфы, потом закрывать. Это проще чем задумываться о деталях перемещения головок диска или организации работы мотора. Аналогично, с помощью простых абстракций скрываются от программиста все подробности организации прерываний работы таймера, управление памятью и т.д. ОС представляется пользователю как интерфейс, или виртуальная машина с которой проще работать чем непосредственно с оборудованием компа.

ОС как менеджер ресурсов.

ОС предназначена для управления всеми частями весьма сложной архитектуры компа. Например, когда несколько программ работающих на одном компьютере будут пытаться одновременно осуществить вывод на принтер без управления со стороны ОС, была бы мешанина строчек и страниц. ОС предотвращает такого рода хаос за счет буферизации инфы, предназначенной для печати на диске, и организации очереди на печать. Для многопользовательских компьютеров необходимость управления ресурсами и их защиты еще более очевидна. ОС как менеджер ресурсов осуществляет упорядочение и контролирование распределения процессора, памяти и других ресурсов между различными программами.ОС как защитник пользователей и их программ.При совместной работе нескольких пользователей на одной ВС возникает проблема организации их безопасной деятельности. Необходимо обеспечивать сохранение инфы на диске чтобы никто не мог удалить или повредить чужие файлы. Прои одних пользователей не должны производить вмешательства в прои других пользователей, а так же нужно пресекать попытки несанкционированного использования ВС. Эту деятельность осуществляет ОС как организатор безопасной работы пользователей и их программ.ОС как постоянно функционирующее ядро.ОС это программа постоянно работающая на компьютере и взаимодействующая со всеми прикладными программами.Однако, во многих современных ОС постоянно работает на компьютере лишь часть ОС, которую принято называть ядром ОС.

Т.о. существует много точек зрения на то, что такое ОС. Невозможно дать ей адекватное строгое определение. Проще сказать не что есть ОС, а для чего она нужна и что она делает. Для выяснения этого вопроса полезно рассматривать историю развития вычислительных систем.

ОС выполняет множество функций, которые обычно группируются в соответствии с видом ресурса, которым управляет операционная система, либо со специфической задачей, применимой ко всем видам ресурсов. Можно выделить следующие функции современной многозадачной многопользовательской операционнной системы: управление процессами, управление памятью, управление файлами и внешними устройствами, защита данных и администрирование, интерфейс прикладного программирования, пользовательский интерфейс.Наиболее общим подходом к структуризации ОС является её разделение всех её модулей на две группы:

ядро – модули, выполняющие основные функции ОС, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса, такие как переключение контекста, управление памятью, обработка прерываний, работа с внешними устройствами и т.п. компоненты, реализующие дополнительные функции ОС – всевозможные служебные прои, или утилиты

Характеристики ОС

Основные функции операционных систем (ОС)

ОС (ОС) связывает аппаратное обеспечение и прикладные прои. Многие свойства различных программ похожи, и ОС обычно предоставляет этот общий сервис. Например, практически все прои считывают и записывают инфу на диск или отображают ее на дисплее. И хотя каждая программа в принципе может содержать инструкции, выполняющие эти повторяющиеся задачи, использование в этих целях ОС более практично. ОС может взаимодействовать с аппаратными средствами и пользователем или прикладными программами. Она также может переносить инфу между аппаратурой и прикладным программным обеспечением.

Прикладной программист не должен беспокоиться о написании специального программного кода для записи данных на все множество дисков, которое может быть на ПК. Программист просто просит операционную систему записать данные на диск, а ОС занимается зависящей от аппаратуры информацией. ОС получает предоставляемые прикладными программами данные и записывает их на физический диск.

Использование ОС делает программное обеспечение более общим: прои могут работать на любом компьютере, на котором можно запустить эту операционную систему, поскольку взаимодействуют с операционной системой, а не с аппаратурой.

Наиболее часто используемые ОС, такие как DOS, Windows, UNIX, также предоставляют пользовательский интерфейс: пользователь может набирать команды в системном приглашении. ОС интерпретирует эти инструкции с помощью прои, логично называемой командным интерпретатором, или процессором.

Пакетные и командные файлы.

Прежде чем мы приступим к созданию пакетных файлов для установки любимых прог и изменений в реестре, вы, вероятно, захотите узнать, что же это за файлы и как ими пользоваться. Пакетные файлы (*.cmd или *.bat) могут быть выполнены на различных стадиях установки Windows. Использование пакетных файлов помогает автоматизировать выполнение нескольких заданий. При этом никакого вмешательства пользователя не требуется.

Эти файлы могут быть выполнены из cmdlines.txt, svcpack.inf, RunOnceEx раздела в реестре, или из секции [GuiRunOnce] в файле winnt.sif. Мы подробнее разберем различные варианты чуть позже. Типичное содержимое пакетного файла

Пакетные файлы поддерживают все команды, которые могут быть выполнены из командной строки. Чтобы увидеть командую строку достаточно проделать следующее: Пуск->Выполнить->cmd->ОК Пакетный файл (англ. batchfile) — текстовый файл в MS-DOS, OS/2 или Windows, содержащий последовательность команд, предназначенных для исполнения командным интерпретатором. После запуска пакетного файла, программа — интерпретатор (как правило COMMAND.COM или CMD.EXE) читает его строка за строкой и последовательно исполняет команды. Пакетный файл — аналог shellscript в Unix-подобных операционных системах.

Пакетные файлы полезны для автоматического запуска прог. Основная область применения — автоматизация наиболее рутинных операций, что регулярно приходится совершать пользователю компа. Примерами таких операций могут служить — обработка текстовых файлов; копирование, перемещение, переименование, удаление файлов; работа с папками; архивация; создание резервных копий баз данных и т. п. Пакетные файлы поддерживают операторы if и goto (а в системах семейства Windows NT и расширенный оператор for), что позволяет обрабатывать результаты выполнения предыдущих команд или прог и в зависимости от этого выполнять дальше тот или иной блок команд (как правило, в случае удачного завершения приложение возвращает 0 в переменной errorlevel; в случае неудачного — 1 или большее значение).

Пакетные файлы в DOS имеют расширение .bat; для других операционных систем они могут иметь другие расширения — например, .CMD в Windows NT и OS/2, или .BTM в 4DOS или подобных оболочках.

Пакетные файлы могут содержать как внутренние команды, обрабатываемые непосредственно COMMAND.COM или CMD.EXE, так и обращения к внешним утилитам, существующим в виде отдельных программ (.EXE файлов). Данные прои значительно расширяют возможности пакетных файлов.

Windows

— семейство проприетарных операционных систем корпорации Майкрософт (Microsoft), базирующихся на основе графического интерфейса пользователя. Появление их явилось решающим шагом в широком продвижении и развитии перспективных способов взаимодействия систем человек-машина и машина-машина, создания дружественной среды для взаимодействия как пользователя с компьютерными приложениями, так и аппаратных средств внутри вычислительного комплекса. Основное отличие программ для DOS и для Windows состоит в том, что DOS-программа может работать с аппаратными средствами компа (монитором, клавиатурой, принтером и т. д.) непосредственно минуя DOS (и, как правило, поступает именно таким образом), в то время как Windows-программа должна обращаться к внешним устройствам только через посредство Windows. Поэтому после установки в Windows драйвера, обеспечивающего поддержку данного устройства (то есть настраивающего Windows на особенности данного устройства) все Windows-прои могут работать с этим устройством. Это ликвидирует весьма болезненную для DOS проблему обеспечения совместимости программ с конкретными устройствами. Прои (драйверы) для поддержки наиболее распространенных устройств входят в Windows, а для остальных устройств поставляются вместе с этими устройствами или контролёрами.

В настоящее время под управлением операционных систем семейства Windows работает около 90 % персональных компьютеров.

Базовые механизмы функционирования WindowsХР Итак, начнем с начала — архитектура функционирования ОС WindowsХР состоит из двух частей: пользовательского режима, а также режима ядра, который находится под ним. Пользовательским режимом называется такой режим работы ОС и процессора, в котором выполняются пользовательские прои. Как правило, это наименее привилегированный режим процессора, в котором программа очень сильно урезана в своих «правах». Это необходимо для того, чтобы она не смогла нарушить работу самой ОС. Режимом ядра или ОС называется такой режим, который позволяет выполняющей в нем программе производить любые действия, на которые только способен компьютер. И именно поэтому к программам, выполняющимся в таком режиме, предъявляются повышенные требования. Так, к примеру, сама программа ОС проходит очень длительное и тщательное тестирование, прежде чем программисты примут решение о том, что в ней все функционирует нормально, в соответствии с задуманным планом. В некоторых случаях такие прои тестируются несколько тысяч часов, прежде чем будет принято соответствующее решение об их нормальном функционировании.

Файловая система DOS

- общая структура, определяющее именование, сохранение и размещение файлов. Корневой каталог - первый в файловой системе. Чтобы задать путь к файлу от корневого каталога, нужно записать: \ папка \ file.dan , а от текущего - file.dan. В любом месте пути .. , что означает подъём на 1 уровень вверх.

Некоторые команды MS-DOS:

MD - создание папки (имя).

RD - удаление папки (имя), но здесь надо отметить, что папка должна быть пустой и подняться на 1 уровень вверх, потом только удалить.CD - сменапапки (CD > file\ change dir).

Просмотр: DIR[устройство][путь].

Удаление: DEL

Операции над процессами

Системы, управляющие процессами, должны иметь возможность выполнять определенные операции над процессами, в том числе: -создание (образование) процесса; -уничтожение процесса;

-возобновление процесса;-изменение приоритета процесса; -блокирование процесса; -пробуждение процесса; -запуск (выбор) процесса.

Создание процесса состоит из многих операций, включая такие как: присвоение имени процессу; включение этого имени в список имен процессов, известных системе; определение начального приоритета процесса; формирование блока управления процессом РСВ; выделение процессу начальных ресурсов. Процесс может породить новый процесс. В этом случае первый, порождающий процесс называется родительским процессом, а второй, созданный процесс — дочерним процессом. Для создания дочернего процесса необходим только один родительский процесс. При таком подходе создается иерархическая структура процессов, подобная показанной на рис. 3.4, в которой у дочернего процесса есть только один родительский процесс, но у каждого родительского процесса может быть много дочерних процессов. Уничтожение процесса означает его удаление из системы.

Возобновление процесса – это активизация процесса, выполнение которого было приостановлено. Операция возобновления подразумевает не только непосредственно повторный запуск процесса, но и подготовку процесса к повторному запуску с той точки, в которой он был приостановлен.

Изменение приоритета процесса, как правило, означает модификацию значения приоритета в блоке управления данным процессом.

Резидентные прои

Большинство программ, выполнив свою работу, освобождают память и заменяются другими. Но некоторые, так называемые резидентные прои, остаются в памяти до тех пор, пока вы не выключите компьютер или не произведете перезапуск системы. Эти прои называют также резидентными в памяти или TSR-программами (terminateandstay - завершить и остаться).

Когда ДОС запускает программу, он находит для нее пространство в памяти, копирует программу с диска в память и затем на время передает управление от компа этой программе. Обычно по окончании работы программа возвращает управление компом операционной системе, и DOS использует память, которая была занята предыдущей программой, для следующей. С резидентными программами дело обстоит иначе. Когда резидентная программа завершает начальную часть своей работы, она передает управление компом операционной системе, но одновременно сообщает, чтобы последняя не отдавала другим программам ту область памяти, в которую она была загружена. Программа просит DOS оставить ее в памяти. В свою очередь система выставляет барьер там, где кончается резидентная программа, и загружает следующую нашу программу над резидентной программой. Что означает "над" резидентной программой? Когда мы говорим о памяти, мы связываем любую ее часть с адресом. Адреса начинаются с малых и располагаются по возрастанию. DOS и резидентные прои располагаются по адресам, начиная с малых номеров, поэтому, когда говорится, что программа загружается над другой программой, то имеется в виду, что она помещается в памяти по адресам с большими номерами. В результате, резидентная программа соединяется с небольшой частью DOS, которая остается в нижней части компьютерной памяти. Все последующие прои, которыми вы пользуетесь, будут работать в области памяти с более высокими адресами, не затрагивая резидентную программу и DOS, находящиеся ниже. Таким образом, резидентная программа постоянно находится в памяти до тех пор, пока не будет выключен компьютер.

В чем состоит суть резидентных программ? В отличие от других программ резидентная программа остается активной даже после, того, когда она, завершила свою работу. Программа остается в памяти и может продолжить свою работу, даже если после нее вы запускаете, другие прои.

Резидентные прои имеют много применений. Сама DOS включает в себя четыре различные резидентных прои. Известно также много других интересных резидентных программ, которые не являются составной частью DOS.

Одна из резидентных программа DOS вызывается командой PRINT, и действует как своего рода накопитель печати (спулер). Работа накопителя печати состоит в том, чтобы выводить на принтер инфу, не занимая процессор на то время, когда производится печатание, резидентная программа PRINT справляется с этой задачей, беря на себя работу по своевременной подаче инфы для принтера, оставляя в то же время процессор доступным для обслуживания других программ. Она загружает процессор процессом вывода на печать ровно настолько, чтобы принтер был постоянно занят своей работой оставляя основную часть ресурса процессора для работы других программ.

По характеру своей работы программа PRINT относится к так называемым фоновым программам.

Еще один пример резидентной прои DOS - программа GRAPHICS, которая обеспечивает вывод на принтер графических изображений на экране монитора. Она загружается в память по команде GRAPHICS, но ничего не делает до тех пор, пока не будет нажата клавиша PrtSc (печать экрана). После нажатия этой клавиши выводит на печать графическое изображение, которое в этот момент присутствует на экране монитора.