Особенности методов построения

При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.

К таким базовым концепциям относятся:

• Способы построения ядра системы - монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС - серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой - ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.
• Построение ОС на базе объектно-ориентированного подхода дает возможность использовать все его достоинства, хорошо зарекомендовавшие себя на уровне приложений, внутри операционной системы, а именно: аккумуляцию удачных решений в форме стандартных объектов, возможность создания новых объектов на базе имеющихся с помощью механизма наследования, хорошую защиту данных за счет их инкапсуляции во внутренние структуры объекта, что делает данные недоступными для несанкционированного использования извне, структуризованность системы, состоящей из набора хорошо определенных объектов.
• Наличие нескольких прикладных сред дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС. Многие современные операционные системы поддерживают одновременно прикладные среды MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS/2 или хотя бы некоторого подмножества из этого популярного набора. Концепция множественных прикладных сред наиболее просто реализуется в ОС на базе микроядра, над которым работают различные серверы, часть которых реализуют прикладную среду той или иной операционной системы.
• Распределенная организация операционной системы позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах. В распределенной ОС реализованы механизмы, которые дают возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера. Характерными признаками распределенной организации ОС являются: наличие единой справочной службы разделяемых ресурсов, единой службы времени, использование механизма вызова удаленных процедур (RPC) для прозрачного распределения программных процедур по машинам, многонитевой обработки, позволяющей распараллеливать вычисления в рамках одной задачи и выполнять эту задачу сразу на нескольких компьютерах сети, а также наличие других распределенных служб.

Операционная система составляет основу программного обеспечения ПК. Операционная система представляет комплекс системных и служебных программных средств, который обеспечивает взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ.

С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение ПК, входящее в его систему BIOS, с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких уровней – прикладных и большинства служебных приложений.

Для того чтобы компьютер мог работать, на его жестком диске должна быть установлена (записана) операционная система. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы.

Операционные системы различаются особенностями реализации алгоритмов управления ресурсами компьютера, областями использования.

Так, в зависимости от алгоритма управления процессором, операционные системы делятся на:

· Однозадачные и многозадачные

· Однопользовательские и многопользовательские

· Однопроцессорные и многопроцессорные системы

· Локальные и сетевые.

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы делятся на два класса:

· Однозадачные (MS DOS)

· Многозадачные (OS/2, Unix, Windows)

В однозадачных системах используются средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователями. Многозадачные ОС используют все средства, которые характерны для однозадачных, и, кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов: процессор, ОЗУ, файлы и внешние устройства.

 

В зависимости от областей использования многозадачные ОС подразделяются на три типа:

· Системы пакетной обработки (ОС ЕС)

· Системы с разделением времени (Unix, Linux, Windows)

· Системы реального времени (RT11)

Системы пакетной обработки предназначены для решения задач, которые не требуют быстрого получения результатов. Главной целью ОС пакетной обработки является максимальная пропускная способность или решение максимального числа задач в единицу времени.

Эти системы обеспечивают высокую производительность при обработке больших объемов информации, но снижают эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

В системах с разделением времени для выполнения каждой задачи выделяется небольшой промежуток времени, и ни одна задача не занимает процессор надолго. Если этот промежуток времени выбран минимальным, то создается видимость одновременного выполнения нескольких задач. Эти системы обладают меньшей пропускной способностью, но обеспечивают высокую эффективность работы пользователя в интерактивном режиме.

Системы реального времени применяются для управления технологическим процессом или техническим объектом, например, летательным объектом, станком и т.д.

По числу одновременно работающих пользователей на ЭВМ ОС разделяются на однопользовательские (MS DOS) и многопользовательские (Unix, Linux, Windows 95 - XP)

В многопользовательских ОС каждый пользователь настраивает для себя интерфейс пользователя, т.е. может создать собственные наборы ярлыков, группы программ, задать индивидуальную цветовую схему, переместить в удобное место панель задач и добавить в меню Пуск новые пункты.

В многопользовательских ОС существуют средства защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей.

Многопроцессорные и однопроцессорные операционные системы. Одним из важных свойств ОС является наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие средства существуют в OS/2, Net Ware, Widows NT.По способу организации вычислительного процесса эти ОС могут быть разделены на асимметричные и симметричные.

Одним из важнейших признаков классификации ЭВМ является разделение их на локальные и сетевые. Локальные ОС применяются на автономных ПК или ПК, которые используются в компьютерных сетях в качестве клиента.

В состав локальных ОС входит клиентская часть ПО для доступа к удаленным ресурсам и услугам. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами ПК включенных в сеть с целью совместного использования ресурсов. Они представляют мощные средства разграничения доступа к информации, ее целостности и другие возможности использования сетевых ресурсов.

4. История ОС. Эволюция операционных систем. Примеры ОС.

Эволюция ОС.

1.Программный продукт – пакетные мониторы.

Этот этап оформился к концу 50-х г. Основная функция: управление ресурсами (памятью, процессором, вводом-выводом).Эти программы создавались с целью выполнения всей последовательности работ ( организация данных, слежение за ходом выполнения), а также для автоматизации перехода от одной работы к другой. Появились также ф-ции защиты работ от порчи и ошибок. Функции: 1) Ограничение времени доступа к процессору.2) Надзор над вводом-выводом. 3)Защита зоны памяти, постоянно занимаемой монитором от ошибок и порчи.

 

2-й этап. Мультипрограммирование и разделение времени ( с 60 до 70 г.). 1)Введение автономных специализированных процессоров для передачи информации( буферный ввод-вывод).2)мультипрограммирование, связанное с разделением памяти сразу для нескольких работ. 3)Работа с разделением времени восстановила возможность интерактивного общения с машиной.

3-й этап. Сети, распределенные системы ПК. (70-е, начало 80-х г.).Появление микропроцессоров, развитие техники передачи данных.

4-й этап. Графические ОС.(середина 80-х г.)

5-й этап. Архитектура клиент-сервер (конец 80-х, начало 90-х).

6-й этап. Сетевые ОС, тонкие клиенты (середина 90-х г.).

Операционная система (ОС)- это упорядоченная последоват. системных управляющих программ совместно с необходимыми информационными массивами, предназначенная для планирования исполнения пользовательских программ и управления всеми ресурсами вычислительной машины, с целью предоставления возможности пользователям эффективно решать задачи сформулированные терминами вычислит. машины.

 

5. Программы операционной системы (какие процессы в вычислительной системе обеспечивает, какие основные компоненты ОС – обрабатывающие и управляющие программы).

6. ОС как виртуальная машина.

7. Классификация операционных систем. Примеры.

8. Критерии эффективности ОС. Классификация ОС на основе критериев эффективности.

9. Операционная система MS DOS. Основные команды.

 

10. Графические программные оболочки (на примере Windows 3.х).

11. Понятие графического интерфейса пользователя.

12. Архитектура ОС. Ядро и вспомогательные модули ОС.

13. Задачи ОС по управлению файлами и внешними устройствами.

14. Объектно - ориентированный подход. Windows 95/98, основные особенности.

15. Сетевые ОС. Функциональные компоненты сетевых ОС.

16. Процессы и потоки. Управление процессами и потоками. Режим мультипрограммирования.

17. Управление памятью. Функции ОС по управлению памятью.

18. Алгоритмы распределения памяти.

19. Управление вводом и выводом (подсистема ввода - вывода). Логическая организация файловой структуры.

20. Физическая организация файловой структуры.

21. Операционная система Unix. Основные понятия, каталоги и файлы.

22. Требования к современным ОС.

23. Операционная система Linux. Преимущества и недостатки ОС Linux.

24. Возможности, предоставляемые пакетом офисных приложений StarOffice.

25. Команды Linux. для работы с каталогами.

26. Команды Linux для работы с файлами.

27. Файловые системы и каталоги в Linux.

28. Управление процессами в Linux.

29. Планирование запуска команд в Linux.

 

 

Для подготовки к экзамену обязательно необходимо воспользоваться:

1. Учебно-методическое пособие по дисциплине «Операционные системы, среды и оболочки». Пособие размещено в ЭУМК.
2. Конспект лекций по дисциплине. Материалы к лекциям по дисциплине (в электронном виде).
3. Материалы, представленные в презентации по дисциплине.
4. Электронный учебник Э. Танненбаум, Современные операционные системы, 2010 г. (обратить внимание на введение, историю операционных систем, процессы и потоки, управление памятью, управление вводом и выводом).

В качестве дополнительной литературы можно воспользоваться:

1. Т.Л. Партыка, И.И. Попов, Операционные системы, среды и оболочки.
2. + дополнительная литература из библиотеки СПбГУП