Назначение и функции операционных систем (ОС) [1 c. 21 – 26; 2 разд. 3.1]
Операционная система – комплекс программ, управляющий устройствами вычислительной системы и обеспечивающий выполнение всех остальных программ и их взаимодействие с аппаратурой, другими программами и пользователями.
Более точно, ОС – это комплекс программных средств (программ и микропрограмм), управляющий аппаратными, информационными и программными ресурсами для выполнения программных процессов и обеспечивающий взаимодействие процессов с аппаратурой, другими процессами и пользователями.
Для разных ОС характерно большое разнообразие понятий и терминологии, усугубляемое при переводе на русский язык.
Операционная среда. ОС управляет программными процессами, распределяет ресурсы для их выполнения и создает программно-аппаратную среду, в которой выполняются программы. Эта среда называется операционной.
Основная, естественная (нативная – native) операционная среда образуется непосредственно кодом ОС.
Основные функции ОС.
· Организация пользовательского интерфейса: прием, обработка и выполнение заданий, команд и указаний конечных пользователей (операторов).
· Управление процессами (выполнением программ): создание, выполнение, завершение и уничтожение процессов, управление их взаимодействием, в том числе совместным использованием ресурсов операционной системы.
· Поддержка программных библиотек – хранение, поиск и загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.
· Организация программного интерфейса: прием и исполнение системных вызовов – обращений программ к услугам операционной системы.
· Управление памятью: организация работы всех видов реальной и виртуальной памяти; учет свободных и занятых участков памяти и размещение в ней программ и данных.
· Управление устройствами: процессорами, периферийными устройствами, накопителями; организация и размещение данных в накопителях, выполнение операций ввода-вывода.
· Управление данными (файловая система): организация и доступ к данным в файлах; создание, уничтожение, хранение, копирование, перемещение и другие операции с файлами.
· Обеспечение работы СУБД – систем управления базами данных.
· Обеспечение работы инструментальных систем для разработки ПО.
· Обеспечение надежности и безопасности: защита устройств компьютера, операционной системы и программ от вредного влияния других программ; обеспечение сохранности и секретности данных и регулирование прав доступа к ним; сохранение работоспособности вычислительной системы при сбоях и отказах оборудования, ошибочных действиях людей, в случае аварий; защита окружающей среды.
Мультипрограммирование = многозадачность [1 c. 22 – 26; 2 разд. 3.2]
Появление в аппаратуре ЭВМ системы прерываний обеспечило возможность одновременной работы устройств компьютера, и в начале 60-х годов появились мультипрограммные (многозадачные) ОС. В режиме мультипрограммирования в оперативной памяти находится несколько программ (процессов, задач). Когда программа выполняет операцию ввода-вывода, центральный процессор запускает соответствующее устройство, а сам переключается на выполнение другой программы. Пока процессор выполняет команды одной программы, другие программы могут работать с устройствами ввода-вывода. По завершении ввода-вывода устройство прерывает работу процессора, и ОС выбирает, какой процесс продолжать. При этом минимизируется простой оборудования.
Многопользовательский режим работы = режим разделения времени
В 60-е годы появились операционные системы с разделением времени (СРВ), обеспечивающие диалог многих пользователей с одной ЭВМ через терминалы (дисплеи). В режиме разделения времени ОС выделяет квантами (порциями) процессорное время по очереди разным терминалам, подобно гроссмейстеру в сеансе одновременной игры со многими шахматистам. Главный показатель – время ответа (отклика). Пользователи вновь ведут диалог с компьютером, которого не было при пакетной обработке. Для уменьшения простоев при падении интенсивности диалога ОС может совмещать разделение времени с фоновой пакетной обработкой.