Что такое ОС? Подходы к определению
Большинство пользователей имеет опыт эксплуатации операционных систем, но тем не менее они затруднятся дать этому понятию точное определение. Давайте кратко рассмотрим основные точки зрения. Подход 1: Операционная система - виртуальная машина При разработке ОС широко применяется абстрагирование, которое является важным методом упрощения и позволяет сконцентрироваться на взаимодействии высокоуровневых компонентов системы, игнорируя детали их реализации. В этом смысле ОС представляет собой интерфейс между пользователем и компьютером. Архитектура большинства компьютеров на уровне машинных команд очень неудобна для использования прикладными программами. Например, работа с диском предполагает знание внутреннего устройства его электронного компонента — контроллера для ввода команд вращения диска, поиска и форматирования дорожек, чтения и записи секторов и т. д. Ясно, что средний программист не в состоянии учитывать все особенности работы оборудования (в современной терминологии — заниматься разработкой драйверов устройств), а должен иметь простую высокоуровневую абстракцию, скажем, представляя информационное пространство диска как набор файлов. Файл можно открывать для чтения или записи, использовать для получения или сброса информации, а потом закрывать. Это концептуально проще, чем заботиться о деталях перемещения головок дисков или организации работы мотора. Аналогичным образом, с помощью простых и ясных абстракций, скрываются от программиста все ненужные подробности организации прерываний, работы таймера, управления памятью и т. д. Более того, на современных вычислительных комплексах можно создать иллюзию неограниченного размера операционной памяти и числа процессоров. Всем этим занимается операционная система. Таким образом, операционная система представляется пользователю виртуальной машиной, с которой проще иметь дело, чем непосредственно с оборудованием компьютера. Подход 2: Операционная система - менеджер ресурсов Операционная система предназначена для управления всеми частями весьма сложной архитектуры компьютера. Представим, к примеру, что произойдет, если несколько программ, работающих на одном компьютере, будут пытаться одновременно осуществлять вывод на принтер. Мы получили бы мешанину строчек и страниц, выведенных различными программами. Операционная система предотвращает такого рода хаос за счет буферизации информации, предназначенной для печати, на диске и организации очереди на печать. Для многопользовательских компьютеров необходимость управления ресурсами и их защиты еще более очевидна. Следовательно, операционная система, как менеджер ресурсов, осущест вляет упорядоченное и контролируемое распределение процессоров, памяти и других ресурсов между различными программами. Подход 3:Операционная система - защитник пользователей и программ Если вычислительная система допускает совместную работу нескольких пользователей, то возникает проблема организации их безопасной деятельности. Необходимо обеспечить сохранность информации на диске, чтобы никто не мог удалить или повредить чужие файлы. Нельзя разрешить программам одних пользователей произвольно вмешиваться в работу программ других пользователей. Нужно пресекать попытки несанкционированного использования вычислительной системы. Всю эту деятельность осуществляет операционная система как организатор безопасной работы пользователей и их программ. С такой точки зрения операционная система представляется системой безопасности государства, на которую возложены полицейские и контрразведывательные функции. Подход 4: Операционная система - постоянно функционирующее ядро Наконец, можно дать и такое определение: операционная система — это программа, постоянно работающая на компьютере и взаимодействующая со всеми прикладными программами. Казалось бы, это абсолютно правильное определение, но, как мы увидим дальше, во многих современных операционных системах постоянно работает на компьютере лишь часть операционной системы, которую принято называть ее ядром. Как мы видим, существует много точек зрения на то, что такое операционная система. Невозможно дать ей адекватное строгое определение. Нам проще сказать не что есть операционная система, а для чего она нужна и что она делает. На сегодняшний день можно констатировать, что операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений. Функции ОС: 1. Обеспечение интерфейса. 2. Обеспечение автоматического самозапуска. 3. Организация файловой системы. 4. Обслуживание файловой структуры. 5. Прием указаний от пользователя 6. Управление установкой, исполнением и удалением приложений. 7. Взаимодействие с аппаратным обеспечением. 8. Обслуживание компьютера. 9. Дополнительные функции. 10. Идентификация программ и данных 11. Прием и исполнение запросов от программ 12. Обеспечение операций ввода-вывода 13. Обеспечение работы СУФ или СУБД 14. Обеспечение взаимодействия связанных компьютеров 15. Аутентификация и идентификация пользователей 16. Предоставление услуг на случай сбоя системы 1. Обеспечение интерфейса Интерфейс пользователя – интерфейс между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера. Аппаратно-программный интерфейс – интерфейс между программным и аппаратным обеспечением. Программный интерфейс – интерфейс между различными видами программного обеспечения.
2. Обеспечение автоматического самозапуска Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск. Для дисковых ОС в специальной области диска (системной) создается запись программного кода. Обращение к этому коду выполняют программы, находящиеся в BIOS. Когда эти программы завершают свою работу, то они дают команду на загрузку и исполнение содержимого системной области диска. Недисковые ОС присутствуют в специализированных вычислительных системах. Здесь автоматический запуск ОС производится аппаратно: при подаче питания процессор обращается к фиксированному адресу постоянной памяти, начиная с которого записана программа запуска ОС. 3. Организация файловой системы Все современные дисковые ОС обеспечивают создание файловой системы, которая служит для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы – табличный. Эта таблица располагается в системной области диска и содержит информацию о том, в каком месте жесткого диска записан тот или иной файл. ОС контролирует целостность и надежность этих данных. 4. Обслуживание файловой структуры Данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, но пользователю они представляются для удобства в виде иерархической структуры, а все преобразования берет на себя ОС. При обслуживании файловой структуры ОС выполняет следующие операции: а. создание файлов и присвоение им имен; б. создание каталогов (папок) и присвоение им имен; в. переименование файлов и каталогов; г. копирование и перемещение файлов между дисками и между каталогами одного диска; д. удаление файлов и каталогов; е. навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу или каталогу; ж. управление атрибутами файлов.
5. Прием от пользователя (или от оператора системы) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых команд оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (, хотя имеются и иные команды. 6. Управление установкой приложений Для правильной работы приложений они сначала должны пройти процедуру установки. Она нужна из-за того, что при разработке ПО невозможно заранее предвидеть особенности аппаратной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой будет работать это ПО. Поэтому дистрибутивный комплект ПО (установочный пакет) представляет собой не законченный программный продукт, а так называемый полуфабрикат, из которого в процессе установки формируется полноценное приложение. При этом происходит привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и настройка его на работу именно в этой среде.
7. Управление исполнением приложений а. Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ. б. Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти. в. Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу). г. возможность одновременной (режим мультипрограммирования) или поочередной работы нескольких приложений (в зависимости от типа ОС); д. Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами. е. возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями; ж. Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений. з. возможность прерывания работы приложения по желанию пользователя и снятия сбойной задачи без ущерба для других приложений (надежность системы).
8. Управление удалением приложений a) Если в ОС каждое приложение имеет собственные ресурсы, то его удаление не требует вмешательства ОС – достаточно удалить каталог, где размещается приложение. b) Если в ОС ресурсы используются совместно, то нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, необходимые другим приложениям (даже если эти ресурсы были установлены с удаляемым приложением). Поэтому в таком случае удаление происходит под контролем ОС. 9. Взаимодействие с аппаратным обеспечением Из-за многообразия аппаратных средств, разработчики ПО не могут предусмотреть варианты взаимодействия своих программ с ними. Поэтому разработчики прилагают к своим программам специальные средства управления – драйверы. 10. Обслуживание компьютера С этой целью современные ОС содержат в своем составе служебные приложения: а. Средства проверки дисков. Включают в себя средства логической проверки (целостность файловой структуры) и средства физической диагностики поверхности. б. Средства сжатия дисков – запись данных на диск в уплотненном виде посредством специального драйвера. в. Средства управления виртуальной памятью. Она создается на жестком диске с целью расширения ОП. г. Средства кэширования дисков. Дисковый кэш – это область ОП, в которой хранятся ранее считанные данные и программы (для ускорения повторного обращения к ним). д. Средства резервного копирования данных. 11. Дополнительные функции а. поддержка локальной сети без специального ПО; б. доступ к основным службам интернета средствами самой ОС; в. наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений; г. возможность оформления рабочей среды ОС; д. обеспечение поочередной работы различных пользователей на одном ПК с сохранением настроек и данных каждого пользователя; 12. Идентификация всех программ и данных.
13. Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений. Операционная система умеет выполнять очень большое количество системных функций (сервисов), которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования (Application Program Interface, API) этой операционной системы.
14. Обслуживание всех операций ввода-вывода. 15. Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения.
16. Обеспечение взаимодействия связанных между собой компьютеров (Для сетевых операционных систем).
17. Аутентификация и авторизация пользователей (для большинства диалоговых операционных систем). Под аутентификациейпонимается процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи. Очевидно, что если входное имя (login) пользователя и его пароль совпадают, то, скорее всего, это и будет тот самый пользователь. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права (привилегии), определяющие, что он может, а что не может делать на компьютере.
18. Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.
Тема 3. Архитектурные особенности компьютера На макроуровне компьютер состоит из процессора, памяти и устройств ввода-вывода; при этом каждый компонент представлен одним или несколькими модулями. Чтобы компьютер мог выполнят свое основное предназначение, состоящее в выполнении программ, различные компоненты должны иметь возможность функционировать между собой. Итак, выделим 4 структурные компоненты компьютера: 1. Процессор. Осуществляет контроль за действиями компьютера и обрабатывает данные. Если в системе есть только один процессор, он называется центральным процессором (Central Processing Unit - CPU). 2. Память. Разные виды памяти имеют различное назначение. 3. Устройства ввода-вывода. Служат для передачи данных между компьютером и внешним окружением, состоящим из различных периферийных устройств, в число которых входит вторичная память, коммуникационное оборудование и терминалы. 4. Системная шина. Определенные структуры и механизмы, обеспечивающие взаимодействие между процессором, оперативной памятью и устройствами ввода-вывода. Рис. 3. Макроструктура компьютера Процессор Он выбирает из памяти команды и выполняет их. Обычный цикл работы центрального процессора выглядит так: он читает первую команду из памяти, декодирует ее для определения ее типа и операндов, выполняет команду, затем считывает, декодирует и выполняет последующие команды. Таким образом осуществляется выполнение программ. Для каждого центрального процессора существует набор команд, который он в состоянии выполнить. Например, процессор Pentium не может обработать программы, написанные для SPARC, а процессор SPARC не может выполнить программы, написанные для Pentium. Доступ к памяти для получения команд или наборов данных занимает намного больше времени, чем выполнение этих команд. Поэтому все центральные процессоры содержат внутренние регистры для хранения ключевых переменных и временных результатов. Регистр – область памяти быстрого доступа, но намного меньшей емкости, чем основная память. Регистры выполняют 2 основные функции: 1. Регистры, доступные пользователю. Позволяют программисту хранить в них некоторые данные, чтобы сократить число обращений к основной памяти. 2. Регистры управления и регистры состояния. Используются в процессоре для контроля над выполняемыми операциями. С их помощью привилегированные программы ОС могут контролировать ход выполнения других программ.
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (936)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |