Операционные системы, среды и оболочки

Курс лекций по учебной дисциплине

«Операционные системы, среды и оболочки»

 

 

Введение. Понятие компьютерной техники.

Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования данными.

Основу компьютеров образует аппаратура (Hardware), построенная, в основном, с использованием электронных и электромеханических элементов и устройств. Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (Software) — заранее заданных, четко определённых последовательностей арифметических, логических и других операций.

При всем многообразии модификаций и вариантов персональных компьютеров любой из них состоит из одних и тех же видов устройств. А делятся эти устройства на внут­ренние (их еще называют комплектующими) и внешние (периферий­ные).

Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации компьютера, которая включает в себя следующие компоненты: системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

Понятие программного обеспечения.Работая с компьютером, мы фактически работаем с информацией. Информация — сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устрой­ством. Информацию, хранящуюся на компьютере, можно условно разделить на две большие группы:

Программы – набор (последовательность) компьютерных ко­манд выполняемых компьютером, которые расположены в определенном порядке и предназначены для выполнения определённых операций.

Данные – информация, которую эти программы обрабатывают или создают.

Весь набор программ, используемых при работе компьютера, принято называть программным обеспечением.

Программное обеспечение можно подразделить на три ступени по признаку при­ближенности программы к пользователю:

BIOS (Basic Input Output System)

Системные программы

Прикладные программы

1) производит настройку основных параметров оборудования компьютера (количество и тип дисков, скорость работы и многое другое); 2) производит самопроверку компьютера после включения, т.е. всё ли… 3) ищет на заданном диске компьютера операционную систему и передает ей управление компьютером.

Операционная система

Операционная система представляет комплекс системных и служебных программ­ных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное… В логической структуре типичной вычислительной системы ОС занимает положение…  

Функции операционных систем.

· Выполнение по запросу программ тех достаточно элементарных (низкоуровневых) действий, которые являются общими для большинства программ и часто… · Загрузка программ в оперативную память и их выполнение. · Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

Эволюция операционных систем.

Однопроцессорные системы

Однопроцессорные машины 40-50-х годов XX века не были ни гибкими, ни эф­фективными. Выполнение программ требовало трудоемких приготовлений:… Операционные системы были созданы для упрощения процесса установки программы и… В системах с пакетной обработкой задания, помещенные в запоминающее устройство, ждали выполнения в очереди заданий…

Многопроцессорные системы

Проблемы управления, которые возникают при разработке сетей, очень похо­жи на проблемы, возникающие при создании операционных систем. И на самом… Сети являются только одним из примеров многопроцессорного проектирова­ния,…  

Архитектура операционной системы

Прежде чем обратиться к строению обычной операционной системы, рассмотрим программное обеспечение, которое находится в обычной вычислительной системе.

 

Программное обеспечение

В отличие от прикладного, системное программное обеспечение выполняет задачи, которые, в принципе, присущи вычислительным системам. В некотором… Системное программное обеспечение можно разделить на две группы: опера­ционная система и обслуживающее программное…

Компоненты операционной системы

Хотя оболочка операционной системы играет важную роль в обеспечении… Главным компонентом современного графического пользовательского интер­фейса является устройство управления окнами…

Начало работы операционной системы

Запуск системы осу­ществляется с помощью процедуры, которая называется начальной загрузкой (bootstrapping, или, сокращенно, booting) и выполняется… Центральный процессор устроен таким образом, что счетчик программ при… Когда речь идет о небольших компьютерах, которые используются как сред­ство контроля в различной технике, вполне…

Шаг 1. Машина начинает работу с выполнения программы начальной загрузки, находящейся в ПЗУ. Операционная система хранится на дисковом запоминающем устройстве.

Шаг 2. Программа начальной загрузки переписывает операционную систему с запоминающего устройства в оперативную память, а затем передает ей управление машиной

 

В большинстве персональных компьютеров программа начальной загрузки сна­чала пытается извлечь операционную систему с гибкого диска. Если диск не встав­лен в дисковод, программа автоматически извлекает операционную систему с жест­кого диска машины. Однако если гибкий диск находится в дисководе, но при этом не содержит копию операционной системы, программа начальной загрузки останавливается и выводит на экран сообщение об ошибке. Возможно, вы уже сталкивались с такой ситуацией, когда включали компьютер при вставленной в дисковод дискете с данными.

 

 

Выбор операционной системы

Операционные системы накладывают определенные требования на технические характеристики аппаратного обеспечения. Список этих требований определяет… · емкость ОЗУ; · пространство жесткого диска;

При выборе операционной системы для конкретной среды нужно учесть много факторов.

Прежде всего, нужно убедиться, что ОС полностью соответствует требованиям конечного пользователя. ОС поддерживает работу с необходимыми… Далее, необходимо провести исследование и убедиться, что в системе есть… Другой вопрос - это количество трудовых ресурсов, необходимых для поддержки ОС. В коммерческой среде можно…

Установка операционной системы

Перед установкой ОС жесткий диск форматируется и разбивается на несколько логически изолированных частей, называемых разделами или томами. Каждый… Установка с нуля. Установка «с нуля» выполняется на новую (только что… Обновление. Если платформа ОС не меняется, чаще всего возможно выполнить обновление. При этом настройки конфигурации…

Установленную ОС или приложение важно постоянно дополнять новейшими исправлениями.

 

Исправление представляет собой часть кода программы, устраняющую проблему или улучшающую функции прикладной программы или ОС. Обычно производитель предоставляет исправление для устранения известной уязвимости или проблемы.

Исправления ОС устанавливаются различными способами, в зависимости от типа ОС и потребностей пользователя. Существуют следующие варианты загрузки и установки:

 

Автоматическая установка

ОС можно настроить так, чтобы она подключалась к веб-странице производителя, загружала и обновляла небольшие исправления без участия пользователя. Обновление можно запланировать на то время, когда компьютер работает, но не используется.

 

Запрос разрешения

Некоторые пользователи предпочитают контролировать процесс установки исправлений. Обычно это те, кто понимает, как исправления могут отразиться на работе системы. Систему можно настроить так, чтобы конечный пользователь получал уведомления о доступных обновлениях. После этого он сможет решить, стоит ли загружать и устанавливать файл.

 

Установка вручную

Для приложений тоже нужны исправления и обновления. Обычно производитель… Обозреватели и офисное программное обеспечение часто становятся жертвами сетевых атак. Этим приложениям нужно…

Координирование действий машины

Одним из главных принципов, лежащих в основе современных операционных систем, является разделение понятий программы и деятельности по ее… Различие между программой и процессом подчеркивается еще и тем фактом, что… В обычном компьютере с разделением времени множество процессов конку­рируют за кванты времени. К этим процессам…

Управление процессами

Диспетчер — компонент ядра операционной системы, который управляет вы­полнением запланированных процессов. В системах с разделением времени эта… Каждый раз, когда начинается квант времени процесса, диспетчер запускает таймер, который измеряет, сколько времени…

Обработка конкуренции между процессами

 

Семафор

Для того чтобы управлять доступом к принтеру, операционная система долж­на отслеживать, свободен ли принтер. Это можно сделать в помощью флага,… Хотя при первом рассмотрении такое решение и кажется хорошим, однако… Предположим, что принтер доступен в данный момент, и некоторый процесс запрашивает доступ к нему. Система проверяет…

Взаимная блокировка

Взаимная блокировка возникает, когда выполняются все три приведенные ниже… 1. Существует конкуренция за ресурс, который не может использоваться со­вместно.

Организация файловой системы

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание фай­ловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения… Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий… Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена…

Иерархия каталогов

В UNIX существует только один корневой каталог, а все остальные файлы и…

Классификация файловых систем

 

По предназначению файловые системы можно классифицировать на нижеследующие категории:

· Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в разы медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск. Для этого применяется либо журналирование, например в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates — в BSD системах.

· Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.

· Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, HFS, UDF и др.

· Виртуальные файловые системы: AEFS и др.

· Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др.

 

 

Файловые системы FAT32, NTFS

Штатными средствами Windows 2000 и Windows XP невозможно создать разделы FAT32 более 32 ГБ, однако, с такими разделами возможно работать, если они… Windows XP работает с томами объемом до 2 ТБ (из справки Windows XP).… Максимально возможный размер файла для тома FAT32 — 4 ГБ — 4 294 967 296 байт (232 — 4 294 967 296 байт) — это весьма…

Обслуживание файловой структуры.

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной струк­туре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры —… • создание файлов и присвоение им имен; • создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

Создание файлов и присвоение им имен

Имена дисков, файлов и каталогов

При работе с дисками, файлами или каталогами вам как-то необхо­димо указать компьютеру, с каким именно объектом вы собираетесь производить некоторые действия, к какому именно устройству или каталогу вы хотите обратиться. К дискам, файлам и каталогам приня­то обращаться по именам.

 

Имена дисков

 

Имена файлов

Поскольку из определения файла вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и… По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. До… Соглашение 83 не является стандартом, и потому в ряде случаев отклонения от правильной формы записи допускаются как…

Создание каталогов (папок)

Для си­стематизации хранения и облегчения поиска файлы на дисках рас­пределяют по каталогам (директориям). Каталоги внутри себя могут содержать как… Каталоги (папки) — важные элементы иерархической структуры, необходимые для… Все современные операционные системы позволяют создавать каталоги. Правила присвоения имени каталогу ничем не…

Удаление файлов и каталогов (папок)

Средства удаления данных не менее важны для операционной системы, чем сред­ства их создания, поскольку ни один носитель данных не обладает… Удаление файлов является временным. В операционных системах Windows оно… Уничтожение файлов происходит при очистке Корзины. В этом случае файл полностью удаляется из файловой структуры…

Типы файлов

Типов файлов огромное количество. Но мы познакомимся только с несколькими основными типами файлов, которые часто встречаются при работе в операционной системе Windows.

 

Файлы программ (исполняемые файлы)

Эти файлы имеют расширения .exe, .com, .bat. Содержимое таких файлов составляют команды компьютера. Если операционная систе­ма получает команду обработать такой файл, она начинает выполнять содержащиеся в нем команды.

 

Файлы документов

 

Графические файлы

К графическим файлам можно отнести файлы с расширениями .bmp, .jpg, .gif, .pcx, .wmf. Это файлы, содержимым которых является графи­ческая информация, рисунки. Обрабатываются эти файлы либо про­граммой просмотра изображений, либо графическим редактором Paint. Файлы с расширением .bmp являются основным графическим форматом в Windows, а файлы с расширениями .jpg и .gif широко ис­пользуются для передачи графической информации в сети Интернет.

 

Звуковые файлы

 

Мультимедиа файлы

Так обычно называют файлы, которые хранят в себе движущееся изображение со звуком, проще говоря, видеофильмы, видеоклипы или мультфильмы. Расширения этих файлов — .mpg, .mov, ,avi, а проигрываются они все тем же «универсальным проигрывателем».

 

Управление атрибутами файлов

Кроме имени и расширения имени файла операционная система хранит для каж­дого файла дату его создания (изменения) и несколько флаговых величин,… Основных атрибутов четыре: • Только для чтения (Read only);

Файловый менеджер

Выделяют различные типы файловых менеджеров, например: Навигационные и пространственные — иногда поддерживается переключение между этими …

Наиболее известные двупанельные файловые менеджеры

Навигационные файловые менеджеры   Microsoft Windows Проводник Windows (англ. Windows Explorer) —…