Принципы построения ОС

Принцип виртуализации

Этот принцип позволяет представить структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распределителей ресурсов (мониторов) и использовать единую централизованную схему распределения ресурсов.

Наиболее естественным и законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины. Чаще виртуальная машина, предоставляемая пользователю, воспроизводит архитектуру реальной машины, но архитектурные элементы в таком представлении выступают с новыми или улучшенными характеристиками:

· Принцип мобильности

Операционная система относительно легко должна переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа.

ОС должна быть написана на языке, который имеется на всех системах, на которые планируется в дальнейшем ее переносить, то есть она должна быть написана на языке высокого уровня.

· Принцип совместимости

Это способность ОС выполнять программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной операционной системы, а также для другой аппаратной платформы.

Необходимо разделять вопросы двоичной совместимости и совместимости на уровне исходных текстов приложений.

Двоичная совместимость достигается в том случае, когда можно взять исполняемую программу и запустить ее на выполнение на другой ОС. Для этого необходимы: совместимость на уровне команд процессора, совместимость на уровне системных вызовов и даже на уровне библиотечных вызовов, если они являются динамически связываемыми

· Принцип генерируемости

Принцип генерируемости существенно упрощает настройку ОС на требуемую конфигурацию вычислительной системы.

Основное положение этого принципа определяет такой способ исходного представления центральной системной управляющей программы ОС который позволял бы настраивать эту системную супервизорную часть, исходя из конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач

· Принцип открытости

Открытая ОС доступна для анализа как пользователям, так и системным специалистам, обслуживающим вычислительную систему.

Наращиваемая (модифицируемая, развиваемая) ОС позволяет не только использовать возможности генерации, но и вводить в ее состав новые модули, совершенствовать существующие и т. д. Необходимо, чтобы можно было внести дополнения и изменения, и не нарушить целостность системы.

· Принцип обеспечения безопасности вычислений

Правила безопасности определяют такие свойства, как защита ресурсов одного пользователя от других и установление квот по ресурсам для предотвращения захвата одним пользователем всех системных ресурсов

Обеспечение защиты информации от несанкционированного доступа является обязательной функцией сетевых операционных систем.

Задачи ОС по управлению файлами и устройствами.

Подсистема ввода-вывода (Input-Output Subsystem) мультипрограммной ОС при обмене данными с внешними устройствами компьютера должна решать ряд общих задач, из которых наиболее важными являются следующие:

• организация параллельной работы устройств ввода-вывода и процессора;
• согласование скоростей обмена и кэширование данных;
• разделение устройств и данных между процессами;
• обеспечение удобного логического интерфейса между устройствами и остальной частью системы;
• поддержка широкого спектра драйверов с возможностью простого включения в систему нового драйвера;
• динамическая загрузка и выгрузка драйверов;
• поддержка нескольких файловых систем;
• поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода.

 

 

Классификация ОС.

Операционные системы классифицируются по:

· количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские, многопользовательские;

· числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы: однозадачные, многозадачные;

· количеству поддерживаемых процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные;

· разрядности кода ОС: 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные;

· типу интерфейса: командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические);

· типу доступа пользователя к ЭВМ: с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени;

· типу использования ресурсов: сетевые, локальные.

В соответствии с первым признаком классификации многопользовательские операционные системы, в отличие от однопользовательских, поддерживают одновременную работу на ЭВМ нескольких пользователей за различными терминалами.

Второй признак предполагает деление ОС на многозадачные и однозадачные. Понятие многозадачности означает поддержку параллельного выполнения нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы, в один момент времени. Однозадачные ОС поддерживают режим выполнения только одной программы в отдельный момент времени.

В соответствии с третьим признаком многопроцессорные ОС, в отличие от однопроцессорных, поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи.

Четвертый признак подразделяет операционные системы на 8-, 16-, 32- и 64-разрядные. При этом подразумевается, что разрядность операционной системы не может превышать разрядности процессора.

В соответствии с пятым признаком ОС по типу пользовательского интерфейса делятся на объектно-ориентированные (как правило, с графическим интерфейсом) и командные (с текстовым интерфейсом). Согласно шестому признаку ОС подразделяются на системы:

· пакетной обработки, в которых из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности;

· разделения времени (TSR), обеспечивающих одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания;

· реального времени, обеспечивающих определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими-либо внешними но отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами.

В соответствии с седьмым признаком классификации ОС делятся на сетевые и локальные. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов.

В большинстве случаев сетевые операционные системы устанавливаются на один или более достаточно мощных компьютеров-серверов, выделяемых исключительно для обслуживания сети и совместно используемых ресурсов. Все остальные ОС будут считаться локальными и могут использоваться на любом персональном компьютере, а также на отдельном компьютере, подключенном к сети в качестве рабочей станции или клиента.

В настоящее время распространены следующие семейства операционных систем: DOS; OS/2; UNIX; Windows; ОС реального времени.

Основные критерии подхода к выбору операционной системы:

В настоящее время имеется большое количество операционных систем, и перед пользователем стоит задача определить, какая операционная система лучше других (по тем или иным критериям). Очевидно, что идеальных систем не бывает, любая из них имеет свои достоинства и недостатки. Выбирая операционную систему, пользователь должен представлять, насколько та или иная ОС обеспечит ему решение его задач.

Чтобы выбрать ту или иную ОС, необходимо знать:

· на каких аппаратных платформах и с какой скоростью работает ОС;

· какое периферийное аппаратное обеспечение ОС поддерживает;

· как полно удовлетворяет ОС потребности пользователя, то есть каковы функции системы;

· каков способ взаимодействия ОС с пользователем, то есть насколько нагляден, удобен, понятен и привычен пользователю интерфейс;

· существуют ли информативные подсказки, встроенные справочники и т. д.;

· какова надежность системы, то есть ее устойчивость к ошибкам пользователя, отказам оборудования и т. д.;

· какие возможности предоставляет ОС для организации сетей;

· обеспечивает ли ОС совместимость с другими операционными системами;

· какие инструментальные средства имеет ОС для разработки прикладных программ;

· осуществляется ли в ОС поддержка различных национальных языков;

· какие известные пакеты прикладных программ можно использовать при работе с данной системой;

· как осуществляется в ОС защита информации и самой системы.

Функция ОС.

Функции операционной системы:

Операционная система (ОС) — это программа, которая выполняет функции посредника между пользователем и компьютером.

ОС выполняя роль посредника, служит двум целям: эффективно использовать компьютерные ресурсы и создавать условия для эффективной работы пользователя.

В качестве ресурсов компьютера обычно рассматривают:

· — время работы процессора;

· — адресное пространство основной памяти;

· — оборудование ввода-вывода;

· — файлы, хранящиеся во внешней памяти.

Функционирование компьютера после включения питания начинается с запуска программы первоначальной загрузки. Эта программа инициализирует основные аппаратные блоки компьютера, а затем загружается ядро ОС.

В дальнейшем ОС реагирует на события, происходящие в системе, как программные, так и аппаратные, и вызывает модули, ответственные за их выполнение.

ОС является как средой для организации работы пользователя, так и средой исполнения и взаимодействия различных программ.

В функции операционной системы входит:

· — осуществление диалога с пользователем;

· — ввод-вывод и управление данными;

· — планирование и организация процесса обработки программ;

· — распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);

· — запуск программ на выполнение;

· — всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

· — передача информации между различными внутренними устройствами;

· — программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

· — организация среды взаимодействия и обмена информацией между работающими программами.

Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютером. Операционная система скрывает от пользователя сложные подробности взаимодействия с аппаратурой, образуя прослойку между ними.

В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач н числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают основные классы операционных систем:

· —однопользовательские однозадачные, которые могут выполняться только на одном компьютере, обслуживать только одного пользователя и работать только с одной (в данный момент) задачей. В настоящее время практически не используются;

· — однопользовательские многозадачные, или настольные. которые обеспечивают одному пользователю одновременную работу с несколькими задачами.

· — многопользовательские многозадачные или серверные. Позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС наиболее сложны и требуют значительных машинных ресурсов.