По назначению ОС делятся:

1.Операционные системы общего назначения (универсальные, для широкого круга задач Windows, Unix, Linux, OS/2) рассчитанные на интерактивную работу одного или нескольких пользователей в режиме разделения времени при не очень жестких требованиях ко времени реакции системы на внешние события. Как правило, в таких системах уделяется большое внимание защите самой системы, программного обеспечения и пользовательских данных. Обычно подобные системы используют встроенные в архитектуру процессора средства защиты и виртуализации памяти.

2.Операционные системы специального назначения (для встроенных систем, организации и ведения баз данных и др.).

Поддержка многозадачности. Многозадачность – это способность ОС одновременно выполнять несколько программ на одном компьютере. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов: вытесняющая и невытесняющая. Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во втором – распределен между системой и прикладными программами.

При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:

1) обеспечивающие однопрограммный режим;

2) обеспечивающие мультипрограммный режим.

Однозадачные ОС могут работать только с одной (в данный момент времени) программой.

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

1) системы пакетной обработки;

2) системы разделения времени(Windows, Unix);

3) системы реального времени (QNX, RT/11).

Мультипрограммирование в системах пакетной обработки. При использовании мультипрограммирования для повышения пропускной способности компьютера главной целью является минимизация простоев всех устройств компьютера. Такие простои могут возникать из–за приостановки задачи по ее внутренним причинам, связанным, например, с ожиданием ввода данных для обработки. При возникновении такого рода блокировки выполняемой задачи естественным решением, ведущим к повышению эффективности использования процессора, является переключение процессора на выполнение другой задачи, у которой есть данные для обработки.

Мультипрограммирование в системах разделения времени. Повышение удобства и эффективности работы пользователя является целью другого способа мультипрограммирования — разделения времени. В системах разделения времени пользователям (или одному пользователю) предоставляется возможность интерактивной работы сразу с несколькими приложениями. В пакетных системах возможности диалога пользователя с приложением весьма ограничены.

В системах разделения времени эта проблема решается за счет того, что ОС принудительно периодически приостанавливает приложения, не дожидаясь, когда они добровольно освободят процессор. Всем приложениям попеременно выделяется квант процессорного времени. Таким образом, пользователь, запустивший программы на выполнение, получает возможность поддерживать с ними диалог. Если квант выбран достаточно малым, то складывается впечатление, что каждое приложение монопольно использует машину.

Системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая выгодна системе. Кроме того, производительность системы снижается из–за возросших накладных расходов вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Это вполне соответствует тому, что критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя. Вместе с тем мультипрограммное выполнение интерактивных приложений повышает и пропускную способность компьютера (пусть и не в такой степени, как пакетные системы). Аппаратура загружается лучше, поскольку в то время, пока одно приложение ждет сообщения пользователя, другие могут обрабатываться процессором.

Одной из основных подсистем мультипрограммной ОС, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами, которая занимается их созданием и уничтожением, поддерживает взаимодействие между ними, а также распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами.

Подсистема управления процессами ответственна за обеспечение процессов необходимыми ресурсами. ОС поддерживает в памяти специальные информационные структуры, в которые записывает, какие ресурсы выделены каждому процессу. Она может назначить процессу ресурсы в единоличное пользование или в совместное пользование с другими процессами. Некоторые из ресурсов выделяются процессу при его создании, а некоторые — динамически по запросам во время выполнения. Ресурсы могут быть приписаны процессу на все время его жизни или только на определенный период. При выполнении этих функций подсистема управления процессами взаимодействует с другими подсистемами ОС, ответственными за управление ресурсами, такими как подсистема управления памятью, подсистема ввода–вывода, файловая система.

Когда в системе одновременно выполняется несколько независимых задач, то возникают дополнительные проблемы. Хотя процессы возникают и выполняются асинхронно, у них может возникнуть необходимость в обмене данными. Согласование скоростей процессов также очень важно для предотвращения эффекта «гонок» (когда несколько потоков пытаются изменить один и тот же файл), взаимных блокировок или других коллизий, которые возникают при совместном использовании ресурсов. Синхронизация процессов также является одной из важных функций подсистемы управления процессами.

Каждый раз, когда процесс завершается, ОС предпринимает шаги, чтобы удалить «следы» его пребывания в системе. Подсистема управления процессами закрывает все файлы, с которыми работал процесс, освобождает области оперативной памяти, отведенные под коды, данные и системные информационные структуры процесса. Выполняется коррекция всевозможных очередей ОС и списков ресурсов, в которых имелись ссылки на завершаемый процесс.

Мультипрограммирование в системах реального времени. Еще одна разновидность мультипрограммирования используется в системах реального времени, предназначенных для управления от компьютера различными техническими объектами или технологическими процессами. Способность гарантировать время реакции является отличительным признаком систем реального времени. Важно учитывать различие между гарантированностью и просто высокой производительностью и низкими накладными расходами. Далеко не все алгоритмы и технические решения, даже и обеспечивающие отличное среднее время реакции, годятся для приложений и операционных систем реального времени.

Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся:

на однопользовательские (MS–DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

многопользовательские (Unix, Windows NT).

В многопользовательских ОС на одном и том же компьютере одновременно могут работать много пользователей. Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Чтобы начать работать, человек должен «войти» в систему, введя свое учетное имя (account name) и пароль (password). Человек, зарегистрированный в учетных файлах системы (имеющий учетное имя), называется зарегистрированным пользователем системы. Регистрацию новых пользователей выполняет администратор системы. Пользователь не может изменить свое учетное имя, но может установить и/или изменить свой пароль. Пароли хранятся в отдельном файле в закодированном виде.

Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

Многопроцессорная обработка. Важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки – мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. Многопроцессорная обработка реализована в таких ОС, как Linux, Solaris, Windows NT, и в ряде других. Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро и задача может быть выполнена на любом процессоре. В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существуют главный процессор (master) и подчиненные (slave).

Мобильность (переносимость ОС). Вместе с ОС, ориентированными на совершенно определенный тип аппаратной платформы, существуют операционные системы, которые специально разработаны с таким 80

расчетом, чтобы они могли быть переносимыми с компьютера одного типа на другой. Такие ОC получили название мобильных. Наиболее ярким примером такой ОС является система Unix. Для того чтобы ОС была переносимой, требуется:

1) чтобы большая часть кода была написана на языке высокого уровня с применением общепринятого стандарта языка программирования, трансляторы с которого имеются на всех машинах, куда предполагается переносить систему;

2) объем аппаратно–зависимого кода должен быть минимален и локализован в нескольких модулях.

Многопоточность (multithreading). Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи на отдельные самостоятельные потоки, самостоятельно претендующие на процессорное время. Это обеспечивает одновременное выполнение программой нескольких не связанных друг с другом операций, к примеру, вычислений и записи результатов на диск, каждая из которых представляет отдельный поток. Следует отметить, что не все ОС поддерживают такую возможность.

Классификация по типу аппаратных платформ. По типу аппаратуры различают операционные системы персональных компьютеров, серверов, мейнфреймов и сетей ЭВМ.

В соответствии с отчётами компании NetShare на момент выхода книги распространённость основных операционных систем персональных компьютеров выглядит следующим образом:

· Windows 2000/XP/Vista (Microsoft) – 87.9%;

· Mac OS (Apple) – 9.73%;

· GNU/Linux – 1.02%.

В перечисленных ОС реализованы:

1) в области управления процессами запуска и завершения программ:

· многозадачность и многопоточность;

· межпрограммное взаимодействие и связь;

· возможность подключения к сети Internet в связи с встроенной поддержкой основных сетевых протоколов (TCP/IP, IPX/SPX, NetBeui);

· возможность запуска старых программ в режиме совместимости с более ранними ОС или их эмуляцию.

2) в области распределения ресурсов компьютера:

· поддержка стандарта Plag&Play;

· работа со средствами мультимедиа (возможность компьютера воспроизводить анимированную 2D/3D графику и синхронизированное с ней звуковое сопровождение в различных форматах под управлением пользователя), использование возможности аппаратного ускорения этих процессов;

· автоматическое определение оборудования во время инсталляции и последующей конфигурации;

3) в области взаимодействия с пользователями:

· различные виды интерфейса пользователя (командный, графический многооконный);

· встроенные в ОС вспомогательные и прикладные программы.

Сервера среднего и высокого класса обладают высокой производительностью в сочетании с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроизводительными внутренними магистралями и разнообразными устройствами ввода–вывода. Их операционные системы обеспечивают обработку, передачу и хранение данных в сети. Серверные ОС предоставляют пользователям различные виды сетевых служб (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью), поддерживают работу в сетях терминалов. Основными серверными ОС являются MS Windows 2000/2003/2008 Server и GNU/Linux.

Мейнфреймы и суперкомпьютеры являются наиболее мощными вычислительными системами. Отличие между ними заключается в том, что мэйнфреймы используются в первую очередь в системах обработки данных (важна высокая скорость ввода–вывода), а суперкомпьютеры решают сложные вычислительные задачи (высокая скорость вычислений). Ядро ОС мейнфрейма эмулирует набор виртуальных машин, на каждой из которых реализована однопользовательская операционная система. Мейнфреймы представляют собой многопроцессорные системы, содержащие один или несколько центральных и периферийных процессоров с общей памятью, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных. В ОС мейнфреймов поддерживаются разные типы логической организации файлов, каждый с различными свойствами. В настоящее время на мейнфреймах IBM System/Z широко применяются ОС GNU/Linux. Около 90% суперкомпьютеров также используют GNU/Linux в качестве основной ОС.

Сетевые операционные системы обеспечивают обработку, передачу и хранение данных в сети. Сетевая ОС предоставляет пользователям различные виды сетевых служб (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью), поддерживает работу в абонентских системах. Сетевые операционные системы используют архитектуру клиент–сервер или одноранговую архитектуру. Вначале сетевые операционные системы поддерживали лишь локальные вычислительные сети (ЛВС), сейчас эти операционные системы распространяются на ассоциации локальных сетей.