Реальный масштаб времени

Разделение полномочий

Разделение времени и многозадачность

Пакетный режим

Эволюция операционных систем и основные идеи

Ядро операционной системы

Ядро — центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

Как основополагающий элемент операционной системы, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.

Объекты ядра ОС:

· Процессы

· Файлы

· События

· Потоки

· Семафоры

· Мьютексы

· Каналы

· Файлы, проецируемые в память

Предшественником операционных систем следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т. п.).

В 1950—1960-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы.

Необходимость оптимального использования дорогостоящих вычислительных ресурсов привела к появлению концепции «пакетного режима» исполнения программ. Пакетный режим предполагает наличие очереди программ на исполнение, причём система может обеспечивать загрузку программы с внешних носителей данных в оперативную память, не дожидаясь завершения исполнения предыдущей программы, что позволяет избежать простоя процессора.

Уже пакетный режим в своём развитом варианте требует разделения процессорного времени между выполнением нескольких программ.

Необходимость в разделении времени (многозадачности, мультипрограммировании) проявилась ещё сильнее при распространении в качестве устройств ввода-вывода телетайпов (а позднее, терминалов с электронно-лучевыми дисплеями) (1960-е годы). Поскольку скорость клавиатурного ввода (и даже чтения с экрана) данных оператором много ниже, чем скорость обработки этих данных компьютером, использование компьютера в «монопольном» режиме (с одним оператором) могло привести к простою дорогостоящих вычислительных ресурсов.

Разделение времени позволило создать «многопользовательские» системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с многочисленными терминалами. При этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные вычисления) — в пакетном режиме.

Распространение многопользовательских систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей избежать возможности изменения исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или по ошибке), а также изменения самой системы прикладной программой.

Реализация разделения полномочий в операционных системах была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры с двумя режимами работы процессора — «реальным» (в котором исполняемой программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы на исполнение).

Применение универсальных компьютеров для управления производственными процессами потребовало реализации «реального масштаба времени» («реального времени») — синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.

Включение функции реального масштаба времени позволило создавать решения, одновременно обслуживающие производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и/или в режиме разделения времени).

Файловые системы и структуры

Постепенная замена носителей с последовательным доступом (перфолент, перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных дисках).

Файловая система — способ хранения данных на внешних запоминающих устройствах.

Операционная система - комплекс системный и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение, входящее в BIOS, с другой стороны, сама является опорой для программного обеспечения более высокого уровня - прикладного и служебных приложений. Приложениями ОС принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

1. Основная функция всех ОС - посредническая. Она заключается в обеспечении интерфейсов:

· пользователя (между пользователем и программно-аппаратными средствами
По реализации интерфейса пользователя ОС подразделяются на графические и неграфические. Неграфические используют интерфейс командной строки, основным устройством управления которого является клавиатура. Управляющие команды вводятся в поле командной строки. Графические ОС реализуют более сложный тип интерфейса. Работа в графическом интерфейсе основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. В качестве активного элемента выступает указатель мыши, а в качестве пассивных выступают графические элементы управления приложением: кнопки, значки, переключатели, флажки, меню и т.д.

· между программным и аппаратным обеспечением

· между разными видами программного обеспечения

2. Обеспечение автоматического запуска

· Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск.Для дисковых ОС в специальной(системной) области диска создаётся запись программного кода. Обращение к этому коду происходит из BIOS. Завершая свою работу программы BIOS дают команду на загрузку и исполнение системной области диска. Диск с системной областью называется системным. На компьютере должен быть как минимум один системный диск.

3. Оганизация файловой системы

· Все дисковые ОС обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы - табличный. Физический адрес на диске характеризуется тремя параметрами: № поверхности, № цилиндра и № сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и равноудалённых от оси вращения. Наименьшей единицей хранения данных является сектор, его размер 512 байт. Группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера зависит от ёмкости диска. ОС семейства MS DOS _ Windows используют файловую систему на основе таблиц размещения файлов(FAT - File Allocation Table). Начиная с Windows 98 ОС системы семейства Windows поддерживают FAT32 - с 32 разрядными полями в таблице размещения файлов.
ОС Windows NT и Windows XP способны поддерживать совершенно другую файловую систему -NTFS. В ней служебная информация хранится в главной таблице файлов MFT. В этой системе размер кластеров не зависит от размера диска и для больших дисков она работает более эффективно, чем FAT32.

4. Обслуживание файловой структуры.
К функциям обслуживания относятся:

· создание файлов
Файл - именнованная последовательность байтов произвольной длины. Создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе.
Имена файлов могут быть короткими и длинными. В ОС MSDOS имена файлов состояли максимум из 8 символов. В современных ОС полное имя файла (путь к файлу/имя файла.расширение) может содержать до 260 символов. Использование длинных имён имеет свои особенности:
- если в имени файла встречаются пробелы, их лучше заменить знаком _подчерка.
- В длинных именах файлов можно использовать символы любых алфавитов, но если документ готовиться для передачи - лучше воспользоваться латинскими символами.
Расширение имени файла указывает пользователю, исполняющей программе и ОС к какому типу относятся данные, содержащиеся в файле и в каком формате они записаны. ОС регистрирует типы файлов по расширению, поэтому расширения не являются частным делом пользователя. Приложения этих систем при создании нового файла предлагают выбрать имя, расширения же предлагается выбрать из списка, предлагаемого данным приложением.

· создание каталогов(директорий)
Каталоги -важные элементы файловой структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам. Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней, каталог самого верхнего уровня - корневой каталог диска.

Имена каталогов задаются по тем же правилам, что и имена файлов, но в отличие от файлов, им не требуются расширения, т.к. в каталогах сохраняется информация для ОС зарегистрированных в данном каталоге файлах и каталогах. В графических системах каталоги называют также папками, каждому каталогу на диске соответствует папка в ОС.

· навигация по файловой структуре
В иерархических структурах данных адрес объекта задаётся маршрутом(путём доступа), ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все промежуточные каталоги разделяются символом "\"(обратный слэш) в ОС Windows.
С:\Мои документы\Текущие\Рефераты\Операционные_системы.doc

· переименование файлов и каталогов

· копирование и перемещение файлов и каталогов

· управление атрибутами файлов
Кроме имени и расширения файлов ОС хранит для каждого файла дату его создания(изменения) и несколько флаговых величин, называемых атрибутами файла. Всего атрибутов 4:
-Только для чтения - Read only (можно только просматривать, нельзя вносить изменения)
-Скрытый - Hidden (не отображается на экране при проведении файловых операций)
-Системный - System (выполняет важные функции ОС, как правило, одновременно имеет атрибут скрытый)
-Архивный - Archive (остальные)

5. Управление приложениями.

· Работа с приложениями - наиболее важная часть работы ОС. С точки зрения управления приложениями различают однозадачные и многозадачные ОС. Однозадачные ОС передают все ресурсы компьютера одной задаче. Большинство современных ОС многозадачные. Они управляют распределением рессурсов между задачами и обеспечивают:
-возможность одновременной или поочерёдной работы нескольких приложений;
-возможность обмена данными между приложениями;
-восможность совместного использования ресурсов несколькими приложениями.

6. Взаимодействие с аппаратным обеспечением.

· Средства аппаратного обеспечения отличаются гигантским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеокарт, звуковых карт, принтеров, сканеров и т.д. Ни один разработчик программного обеспечения не может предусмотреть все варианты взаимодейчтвия своей программы, например, с принтером. Поэтому каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные пролграммы-драйверы. Управление взаимодействием пркладных программ с драйверами - одна из функций ОС.

7. Обслуживание компьютера

· Обслуживание компьютера - одна из важных функций ОС.
Средства проверки диска бывают двух типов - проверка целостности файловой структуры и проверка физической поверхности диска. Ошибки файловой структуры устраняются средствами ОС. Физические дефекты ОС локализует и исключает их из активной работы. Возможность ошибок файловой системы зависит от её типа. Например, схема организации работы в NTFS вообще исключает воз можность появления ошибок в файловой структуре. В системе FAT часто появляются ошибки типа "потерянных кластеров" или "общих кластеров".

Кроме основных функций ОС могут предоставлять дополнительные, например, возможность поддерживать локальную компьютерную сеть, обеспечение доступа к основным службам Интернета и т.д.

Кроме всего перечисленного, ОС включают минимальный набор прикладных программ для простейших практических задач:

· чтение, редактирование и печать текстовых документов

· создание и редактирование простейших рисунков

· выполнение арифметических расчётов.

· ведение дневников и служебных блокнотов

· работа с электронной почтой

· воспроихзведение и редактирование звукозаписи

· воспроизведение видеозаписи

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 599; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!