Операционные системы - раздел Образование, Свободные программы и системы в школе
Существуют Две Группы Определений Операционных Систем: «Совок...
Существуют две группы определений операционных систем: «совокупность программ, управляющих оборудованием» и «совокупность программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны операционные системы.
Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом) и т.п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки – также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры – могут обходиться без ОС, запуская по включении программу, записанную на вставленном в устройство «катридже» или компакт‑диске.
(Многие встроенные компьютеры и даже некоторые игровые приставки на самом деле работают под управлением своих ОС. Мы не будем подробно останавливаться на этих классах вычислительных систем. Тем не менее, ответ на вопрос, почему это так, к концу этого раздела должен быть в общих чертах понятен).
Операционные системы, в свою очередь, нужны, если:
вычислительная система используется для различных задач, причем программы, исполняющие эти задачи, нуждаются в обмене данными. Из этого следует необходимость в универсальном механизме хранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на нее реализацией файловой системы . Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;
различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране требуют исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция – тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);
между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия , чтобы пользователи могли защищать свои данные от чужого взора, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;
необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере, осуществляемой с помощью приема, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком , «нарезает» процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочередно различным исполняющимся программам (процессам );
наконец, оператор должен иметь возможность как или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды , одна из которых – оболочка и набор стандартных утилит – является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы).
Таким образом, современные универсальные ОС можно охарактеризовать как 1) использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным), 2) многопользовательские (с разделением полномочий), 3) многозадачные (с разделением времени).
Многозадачность и распределение полномочий требуют определенной иерархии привилегий компонентов самой ОС. В составе ОС различают три группы компонентов:
ядро , содержащее планировщик, драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием, сетевую подсистему, файловую систему;
системные библиотеки и оболочку с утилитами .
Большинство программ, как системных (входящих в ОС), так и прикладных, исполняются в непривилегированном (пользовательском) режиме и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ядерным ресурсам, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, ее ядро) управляет оборудованием.
Текущая редакция стандарта на ОС содержит определения около тысячи системных вызовов (часть из которых должна реализоваться только в определенных классах систем; например, в системах «реального времени») и около двухсот команд оболочки и утилит ОС. Стандарт определяет лишь функции вызовов и команд, и не содержит указаний относительно способов их реализации.
Стандарт, кроме этого, определяет способ адресации файлов в системе, локализацию (установки, касающиеся национально‑специфических моментов, таких, как язык сообщений или формат даты и времени), совместимый набор символов, синтаксис регулярных выражений, структуру каталогов в файловой системе, формат командной строки и некоторые другие аспекты поведения ОС.
В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включается и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков). Операциональной замкнутостью обладают системы, удовлетворяющие «разработческому» профилю в терминах стандарта.
Все темы данного раздела:
Свободные программы и системы в школе
Введение. Зачем программам быть свободными?
На сегодня в школе, как и в некоторых других сегментах рынка, преобладают «альтернативные», нес
Право и экономика ПО
Поскольку существует изрядная путаница с терминологией, имеет смысл привести определения далее используемых терминов. Это особенно уместно, когда мы говорим о программах в школе, ве
Логика и последовательность освоения СПО
Логика и последовательность изложения материала в этом курсе существенно отличается от логики, в которой написано большинство книг, посвященных СПО.
Чаще всего авторы исход
Краткая история открытых ОС
К концу шестидесятых годов XX в. операционным системам как классу программного обеспечения шел уже второй десяток. Были разработаны больше сотни различных ОС для разных компьютеров, из них полтора
Роль свободных операционных систем
В последние 5‑7 лет рост пользовательской базы открытых ОС в основном происходит за счет распространения их свободных вариантов – «БСД» и «ГНУ/Линукс» – причем темп задает сейчас «ГНУ/Линукс»
Альтернативные операционные системы
Большинство альтернативных (нестандартных) операционных систем вытеснены сегодня в ниши и не претендуют на универсальность. Ниже рассмотрены исключения.
«Майкрософт Уиндоуз НТ» («М
Практическая интеграция
Сильными техническими сторонами открытых ОС, выгодно отличающими их от любых альтернатив в плане практической интеграции (разворачивания, поддержания в работоспособном состоянии, не
Критерии для выбора дистрибутива.
Общая пользовательская аудитория и срок существования дистрибутива. Общее правило: чем более широка аудитория, тем быстрее исправляются ошибки и тем проще найти помощь в решении той или иной
Технические параметры дистрибутивов.
Бинарная установка или установка из исходников? В сообществе «БСД» в качестве штатной процедуры установки принято «портирование», т.е. автоматизированная компиляция и сборка пакетов для целе
Обзор самых популярных дистрибутивов.
Скорее всего, реальный выбор будет идти между дистрибутивами, либо входящими в «высшую лигу» по популярности в мире (Debian, RedHat, Mandrake и SuSE), либо разрабатывающимися в России (ALT Linux и
Сеанс работы и команды
Интерфейс оператора ОС представляет собой интерпретирующий язык, конструкции которого могут выполняться непосредственно при их вводе оператором (интерактивный режим) или из файлов (
Загрузка и разгрузка системы
Изначальный запуск программ, составляющих операционную систему, называется загрузкой ОС, их завершение – ее разгрузкой , а загрузка сразу вслед за разгрузкой – перезагрузкой .
Вход в систему и выход из системы
Для того, чтобы взаимодействовать с компьютером, нужно зарегистрироваться в ОС. Регистрируясь («входя» в систему) , вы сообщаете системе, что на определенном терминале (реальном или виртуаль
Простая команда
Простая команда – это строка, состоящая из:
(необязательных) присвоений значений переменным окружения команды;
(необязательного) имени команды;
(необязательных и допустим
Страницы руководства по простым командам
Текущая версия стандарта на ОС описывает 176 команд. В различных системах их доступно от нескольких десятков до нескольких тысяч, и выучить детали синтаксиса и семантики каждой практически невозмож
Создание и удаление файлов
Именем файла в открытой ОС может быть любая строка поддерживаемых символов, не содержащая нулевого символа[21]и символа косой черты («/»), но рекомендуется ограничиться символами, входящими в пе
Каталоги
Если команда «ls» подается без операндов (т.е. если она подана без аргументов вообще или только с аргументами‑ключами), результатом станет вывод списка имен всех файлов в текущем каталоге
Копирование, перемещение, переименование файлов
Командой «cp» можно скопировать файлы, командой «mv» – переименовать (переместить) их. Обе эти команды имеют два отличающихся по семантике варианта.
1) Если последним операндом является им
Генерация имен файлов
В качестве операндов чаще всего выступают имена файлов, и во многих случаях операцию желательно выполнить не над одним, а над целым списком файлов. Стандартная оболочка реализует особый механизм дл
Экранирование специальных символов
Специальное значение символов «?», «*», «[», «]», «~» при указании имен файлов и является причиной, по которой их (а также другие символы, имеющие специальное значение для оболочки) не рекомендуетс
Оболочка как команда
Пожалуй, наиболее убедительной демонстрацией единства принципов открытых систем является следующий пример. Запишем в файл «сценарий» строки, соответствующие каким‑либо уже известным нам коман
Маска прав по умолчанию
Когда пользователь создает файл (командой «touch» или перенаправлением вывода другой команды), права доступа к нему устанавливаются равными маске прав по умолчанию , за исключением того, что
Особенности прав на каталоги
Следующий пример может показаться контринтуитивным.
Вся правда о файлах
Дело в том, что понятие о файлах и их «нахождении» в каталоге выше давалось нами в несколько упрощенной форме. Если быть точными, каталог содержит не «файлы», а записи о файлах , вполне подо
Процессы
Наряду с файлом, понятие процесса является важнейшим в концепции открытых операционных систем.
Процесс – это обладающая уникальным идентификатором единица исполняемо
Переменные
До сих пор мы имели дело с параметрами, передававшимися команде в виде аргументов, следующих за именем команды. Команда интерпретирует аргументы исходя их их значений (так, большинс
Конвейер
Помимо использования символов завершения («&», «;», «&&» и «||») и скобок «(» и «)», в открытых ОС имеется еще один механизм объединения простых команд в группу – конвей
Элементы обработки текста
Обработка «плоских» (неразмеченных) текстов – одно из первых (после собственно вычислительных задач и управления приборами), очень важное и хорошо исследованное приложение компьютер
Редакторы
Когда компьютеры были большими и дорогими, задача редактирования программ и других текстов решалась гораздо более простыми устройствами, обычно состоявшими из телетайпа (или клавиатуры) и перфорато
Дидактика редакторов
Реальное очень значимое отличие заключается в том, что по своей архитектуре «vi» – более или менее монолитная программа (с вытекающей отсюда компактностью), а «Emacs» – на самом деле, расширяема
Автоматизированная обработка текстов
ОС «Юникс» была во многом «рождена для обработки текстов» (прежде всего, это была система для программистов, а программы – это тексты). Набор служебных программ (утилит) современных стандартных ОС
Базовые регулярные выражения
Многими стандартными утилитами (такими как «sed», «grep», «vi») для поиска, замены, выбора текста, используются базовые регулярные выражения.
Регулярное выражение – это последовательность
Элементы программирования оболочки
В предыдущих главах мы рассматривали язык оболочки с точки зрения, в основном, непосредственного исполнения вводимых команд. Теперь взглянем на него под другим углом: как на
Комментарии и указание оболочки
Часть любой строки, начинающаяся со знака «#» вплоть до символа новой строки является комментарием и не исполняется оболочкой. Как и в других языках программирования, комментарии предназначены для
Переменные и присваивание значений
Конструкция, состоящая из имени переменной и ее значения , разделенных знаком равенства («=») без промежутков, за которой не следует никакой команды, является определением переменной
Генерация кодов возврата
Обычно директивные языки для определения условий в операторах условного и циклического исполнения применяют механизм выражений . Язык оболочки в этом плане достаточно эксцентричен, и
Циклическое исполнение с предусловием
Оболочка поддерживает два оператора цикла с предусловием : «while – do – od» (Рис. 1‑82) и «until – do – od» (Рис. 1‑83).
Циклическое исполнение со списком значений
Оболочка предоставляет также возможность организации циклического исполнения с переменной, пробегающей список значений (Рис. 1‑84).
Передача аргументов сценарию
Как и любая команда, сценарий, написанный на языке оболочки, может вызываться с позиционными параметрами (ключами и операндами).
Сценарию эти параметры доступны посредством ряда специальны
Функции и вызов других сценариев
В сценарии на языке оболочки можно определить подпрограммы‑функции. В функции определенными являются переменные, определенные сценарием (или его окружением) на момент вызова функции. Однако с
Раскрытие команды
Крайне занимательной является возможность раскрыть целую команду, то есть включить в командную строку ее стандартный вывод. Для этого команда заключается в обратные апострофы «`» и «`», кото
Включенный документ
В некотором смысле обратной по отношению к раскрытию команды с помощью обратных апострофов является конструкция включенного документа (или, конструкция «документ здесь»).
На Рис. пр
Справочник по наиболее употребительным стандартным командам ОС
exit ‑ завершить исполнение оболочки
Синтаксис: exit [код_зав]
Семантика: exit завершает исполнение оболочки с кодом возврата
Цветной сэндвич
То, что пользователю, сидящему за монитором, представляется сплошной графической операционной средой, реализовано как многослойный сэндвич технологий.
Непосредственно с обо
Окноводы
Как же менеджер окон преодолевает указанное ограничение X‑протокола? Никак – просто выделенным ему окном является весь экран. (На самом деле, менеджер окон – не единственная п
Столоначальники
...Что демонстрирует отсутствие резкой границы между ними. Существует два подхода к тому, чтобы достроить оконную систему до полнофункциональной среды. Первый – добавить в «графичес
Базовая функциональность оконного менеджера
Как уже говорилось, ключевой компонент графической платформы – Икс‑сервер:
захватывает оборудование,
создает по запросу других программ (которые в этой терми
Расширенная функциональность оконного менеджера
Собственно, перечисленными функциями оконный менеджер, предназначенный для работы в составе интегрированной операционной среды, может и ограничиться. При использовании же в качестве
Интегрированные графические среды
Запуск графической среды (точнее, «бутерброда» из оконной среды «Икс», оконного менеджера и графической среды) в открытой операционной системе можно сравнить с запуском «Майкрософт
Плюсы и минусы интегрированных сред
Однородность опыта и связанная с нею привычность (иногда ошибочно называемая «интуитивностью», хотя она не имеет отношения к философскому и психологическому понятиям интуиции) позво
Общие черты интегрированных сред
Сколько‑нибудь последовательной теории интегрированных графических сред не существует. Изучая отдельные среды в динамике их развития, можно, тем не менее, выделить несколько о
Стандарты разметки текста
Существуют и доказали свою устойчивость два основных типа языков разметки.
Первый из них, это семейство, называемое *ML‑языками: на эти две буквы заканчиваются аббревиатуры их назван
Программирование особого рода
Мы придерживаемся отнюдь не общепризнанной точки зрения, согласно которой популярность электронных таблиц как делового приложения компьютера, обусловлена именно простотой решения задач, требующих п
Свободные редакторы электронных таблиц
Пробежавшись по каталогам свободных программ (таким, как «кузница кода» Sourceforge, содержащая тысячи проектов), можно обнаружить более двух десятков программ в категории «электронные таблицы». Бо
Векторизация растровых изображений
Рис. 4‑9
Выше уже
Источники и параметры растровой графики
Обычным источником растровых изображений является сканер – устройство, «проходящее» (сканирующее) лист бумаги или кадр фотопленки точка за точкой и передающее компьютеру значения, с
Источники и параметры и форматы представления растровой графики
За тридцатилетнюю историю компьютерной графики разработано великое множество (сотни) форматов хранения изображений. Большинство из них является плодом несогласованности «техническог
Интерактивная функциональность и эргономика
Тем не менее, базовой интерактивной функциональности «ГИМП» (включая доступные модули) вполне достаточно, чтобы покрыть обычно изучаемые в школе вопросы обработки графики.
Фильтрация и синтез изображений
Основной прием автоматизированной обработки изображений – фильтрация их целиком, либо выделенных в них областей. Большая часть упомянутых внешних модулей реализует именно функцию фи
Новости и инфо для студентов