Операционная система как менеджер ресурсов. 17
Оглавление
Оглавление. 1
1. Понятие операционной системы.. 2
1.1. Назначение операционной системы.. 2
1.2. Функции операционной системы.. 4
1.3. Структура и состав ОС. 8
1.4. Классификация ОС. 11
1.5. Множественные прикладные среды и совместимость. 13
2. Концепция операционной системы.. 15
2.1. Операционная система как виртуальная машина. 15
2.2. Операционная система как менеджер ресурсов. 17
3. Основные понятия операционной системы.. 19
3.1. Процессы и потоки. 19
3.2. Взаимоблокировка. 30
3.3. Управление памятью.. 34
3.4. Ввод-вывод. 40
3.5. Файловые системы.. 45
4. Безопасность операционных систем.. 51
5. Компьютерные сети. 54
6. Сетевые и распределённые операционные системы.. 62
7. Мультимедийные операционные системы.. 65
Глоссарий. 71
Список литературы.. 76
Понятие операционной системы
Операционная система — комплекс программ, который управляет ресурсами компьютерной системы, осуществляет организацию вычислительных процессов в… Операционная среда — это программная среда, образуемая операционной системой,… Оболочка операционной системы — в общем случае, это часть операционной системы, определяющая интерфейс пользователя,…Назначение операционной системы
1. Организация удобного интерфейса между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера, с другой стороны. Сюда можно… a. Разработка программ. ОС предоставляет различные инструменты разработки (от… b. Исполнение программ. ОС берёт на себя все задачи по загрузке программы в память, предоставлению для программ…Функции операционной системы
1. Управление процессами. Подсистема управления процессами распределяет между исполняемыми процессами главный ресурс вычислительной системы –… 2. Управление памятью. Подсистема управления памятью распределяет имеющийся… Одним наиболее удобных способов управления памятью, используемых в настоящее время, является механизм виртуальной…Структура и состав ОС
Первые ОС разрабатывались как монолитные системы без какой-либо выраженной структуры и представляли собой набор функций и самостоятельных программ,… Архитектура ОС — это структурная и функциональная организация ОС на основе… Большинство современных ОС представляют собой хорошо структурированные модульные системы, способные к развитию,…Классификация ОС
С целью классифицировать ОС введём категории классификации.
1. Назначение. По назначению ОС делятся на универсальные и специализированные. Специализированные, как правило, работают с фиксированным набором функциональных задач. Универсальные ОС рассчитаны на решение любых задач пользователя.
2. Способ загрузки. Можно выделить загружаемые ОС, коих превалирующее большинство, и системы, постоянно находящиеся в памяти компьютерной системы. Последние, как правило, используются для управления специальными комплексами устройств (марсоходы, спутники, баллистические комплексы).
3. Реализация алгоритмов планирования ресурсов.
3.1. Поддержка многозадачности. Однозадачные позволяют исполнять одновременно не более одной программы (задачи), многозадачные — множество. Примером однозадачной ОС может служить MS DOS, а многозадачной — Linux, Windows, OS/2
3.2. Поддержка многопользовательского режима. Классификационный признак основанные на количестве пользователей, которые могут одновременно работать с системой. Главное отличие многопользовательских систем от однопользовательских — наличие средств защиты личных данных и процессов пользователя от несанкционированного доступа прочих пользователей.
| Замечание 1.1. Может быть однопользовательская многозадачная ОС. |
3.3. Специфика многозадачности. По этому классифицирующему признаку могут быть выделены ОС с невытесняющей многозадачностью и с вытесняющей многозадачностью. В первом случае активный процесс выполняется пока сам не отдаст управление операционной системе, во втором случае решение о переключении процессов принимает сама ОС.
3.4. Поддержка многопроцессорности. Наличие или отсутствие возможности работы на с несколькими процессорами одновременно. В свою очередь многопроцессорные ОС классифицируются на асимметричные и симметричные. Первые выполняются на одном процессоре, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Вторые — выполняют задачи ОС и прикладные процессы между всеми процессорами равномерно.
4. Область использования и форма эксплуатации. Эта категория образована тремя классическими типами систем:
4.1. Системы пакетной обработки. Предназначены для решения задач вычислительного характера, не требующих быстрого получения результата и интерактивности.
4.2. Системы разделения времени. Обеспечивают удобство и эффективность работы пользователя, который взаимодействует с ОС и программами через некоторый интерфейс.
4.3. Системы реального времени. Предназначены для управления техническими комплексами (конвейер, автопилоты и т.п.), для которых задано предельное время реакции на то или иное событие управляемого объекта.
5. Поддерживаемая аппаратная платформа.
5.1. ОС для смарт-карт. Обеспечивают работы кредитных карт, сим-карт сотовых телефонов и т.п.
5.2. Встроенные ОС. Управляют компактными устройствами (Pasm OS для Palm, Windows CE и т.д.)
5.3. ОС для ПК.
5.4. ОС мини-ЭВМ.
5.5. ОС мейнфреймов (больших машин). Обычно такие ОС подразумевают несколько видов одновременного обслуживания: пакетную обработку, обработку транзакций и разделение времени.
5.6. Серверные ОС. Обслуживают ЛВС, региональные сети, сегменты Internet
5.7. Кластерные ОС. Обеспечивают функционирование кластера.
Мейнфрейм (от англ. mainframe) — высокопроизводительный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ. Как правило, занимают немалую площадь и обслуживаются большим штатом специалистов.
Кластер — это разновидность параллельной или распределенной системы, которая состоит из нескольких связанных между собой компьютеров и используется как единый, унифицированный компьютерный ресурс[7]. Иными словами, кластер представляет собой несколько объединенных компьютеров, управляемых и используемых как единое целое. Компьютеры кластера называются узлами. В классической схеме при работе с приложениями все узлы разделяют внешнюю память на специальном массиве жестких дисков, используя собственные внутренние дисковые накопители для специальных функций (например, системных).
Множественные прикладные среды и совместимость
Современное приложение может храниться в виде двоичных кодов или в виде исходных текстов. Приложения обычно хранятся в ОС в виде исполняемых файлов,… Совместимость на уровне исходных кодов требует наличия соответствующего… Самый главный фактор совместимости — архитектура процессора.Концепция операционной системы
Опыт работы с операционной системой имеет любой современный пользователь, однако если попросить дать определение операционной системы, это вызовет определённые затруднения. Операционная система выполняет такие функции, что в понимании большинства пользователей не отделима от компьютерной системы.
Очертив круг задач, решаемых операционной системой, можно условно разделить его на две: расширение возможностей машины (как аппаратной платформы) и управление ее ресурсами.
Операционная система как виртуальная машина
Следует заметить абстрактность и широчайшие возможности виртуальных машин. Подход оказался настолько удачным, что получил применение в различных… Итак, сложности различных архитектур аппаратных платформ (система команд,… При программировании современных приложений (тем более при их эксплуатации) встаёт ряд высокоуровневых задач…Операционная система как менеджер ресурсов
Пусть на одном компьютере запущено три программы, и все они одновременно отправляют на один и тот же принтер свои выводные данные. Возможно, первые… Когда компьютером (или сетью) пользуются несколько пользователей,… Управление ресурсами включает в себя их мультиплексирование (распределение) двумя способами: во времени и в…Основные понятия операционной системы
Для каждой операционной системы существует набор базовых понятий, например процессы, память и файлы, которые являются самыми важными для понимания общей идеи. Рассмотрим некоторые основные понятия, иллюстрируя их в основном на примере ОС UNIX.
Процессы и потоки
Большинство современных систем может выполнять несколько процессов одновременно. Например, пользователь может запустить программу проигрыватель… Следует понимать, что один исполнитель (процессор) одновременно может… Процесс — в общем случае, это программа, находящаяся в памяти и получившая управление, выполняющаяся программа. Более…Взаимоблокировка
Часто для выполнения прикладных задач процесс нуждается в исключительном доступе не к одному, а к нескольким ресурсам. Пример 3.5.… В сложно организованной системе с большим количеством ресурсов и одновременно… Ресурсы можно разбить на два класса: Выгружаемым назовём такой ресурс, который можно безболезненно забирать у…Управление памятью
Память — важнейший ресурс вычислительной системы, требующий эффективного управления. Несмотря на то, что в наши дни память среднего домашнего… Со времен создания ЭВМ фон Неймана основная память в компьютерной системе… В идеале программист хотел бы иметь неограниченную в размере и скорости память, которая была бы энергонезависимой,…Ввод-вывод
Устройства ввода-вывода делятся на два типа: Блок-ориентированные устройства (block-oriented). Это устройства прямого доступа, которые хранят… С каждым внешним устройством, как правило, связан его контроллер, выполняющий… Операционная система обычно имеет дело не с устройством, а с контроллером и выполняет ввод-вывод, записывая команды в…Файловые системы
Кроме того, после завершения работы процесса информация, хранящаяся в его адресном пространстве, теряется. В это же время для ряда приложений… Третья проблема состоит в том, что часто необходимо разным процессам… Таким образом, необходимо хранить данные на устройствах компьютеров (диски, ленты и др.) с соблюдением следующих…Безопасность операционных систем
При рассмотрении безопасности информационных систем выделяют две группы проблем: безопасность компьютера и сетевая безопасность. К безопасности… Автономно работающий компьютер можно эффективно защитить от внешних покушений… Помимо проблем, порождаемых возможностью удаленного доступа в сетевые компьютеры, сети по своей природе подвержены еще…Компьютерные сети
Другой недостаток больших универсальных машин — опасность глобальный краха системы: если машина выйдет из строя, то прекращается работа всех… Третий недостаток — необходимость в большой численности… В то же время персональные компьютеры снимают ряд проблем. Они сразу появились как полноценные вычислительные машины,…Мультимедийные операционные системы
Как правило, цифровые фильмы называют мультимедиа, что буквально означает «более чем один носитель информации». Большинство людей обычно употребляют… Другой неоднозначный термин — это «видео». Технически это графическая… Прежде чем перейти к обсуждению особенности технологий мультимедиа, следует сказать несколько слов о его сегодняшнем…Глоссарий
Абстракция данных – подход к обработке данных по принципу "черного…Список литературы
1. Гордеев, А. В. Операционные системы.: Учебник для вузов. 2-е изд. Спб. : Питер, 2006. 416 с.
2. Девис, У. Операционные системы.: Пер. с англ. М. : Мир, 1980. 440 с.
3. Лорин, Г. и Дейтел, Х. Операционные системы.: Пер. с англ. М. : Финансы и статистика, 1984. 392 с.
4. Олифер, В. Г. и Олифер, Н. А. Сетевые операционные системы.: Пер. с англ. Спб. : Питер, 2002. 544 с.
5. Таненбаум, Э. Современные операционные системы.:. 2-е изд. Спб. : Питер, 2002. 1040 с.
[1] См. раздел «Процессы и потоки»
[2] Здесь следует понимать, что на физическом носителе, в частности на жестком диске (НЖМД), упорядочить данные при их записи не представляется возможным. Данные хранятся разрозненно (фрагментировано), а для их корректной «сборки» в единое целое (например, в файл), в специальных областях диска записано, где расположен каждый фрагмент файла и в какой последовательности эти фрагменты следует собирать.
[3] Не следует путать с компьютерными сетями. Название «сетевая» в данном случае отражает лишь структурную организацию и представление информации. Существует также самостоятельное понятие сетевой файловой системы, подразумевающей доступ к файлам, расположенным на различных компьютерах в локальной или глобальной сети.
[4] Данную процедуру следует отличать от идентификации (опознавания субъекта информационного взаимодействия) и авторизации (проверки прав доступа к ресурсам системы).
[5] Следует отметить, что подсистема защиты и администрирования предоставляет широкий спектр средств обеспечения отказоустойчивости и безопасности. И всё же, безопасность и отказоустойчивость наибольшим образом зависит от настройки указанных средств. А соответственно, является прямой задачей администратора системы.
[6] Таненбаум Э. Современные операционные системы.: Пер. с англ. 2-е изд. — СПб,: Питер, 2007
[7] Определение Грегори Пфистер (Gregory F. Pfister), одного из первых архитекторов кластерной технологии
[8] Поток — удобная абстракция, под потоком может пониматься файл, в который осуществляется вывод. В свою очередь таким файлом может являться специальный файл представляющий интерфейс некоторого устройства, например, монитора или принтера.
[9] Для современных процессоров показатель производительности имеет порядок ГГц, т.е. тысяч МГц (1МГц = 1 млн. операций в секунду).
[10] Граф — это пара , где — это множество вершин , а — множество рёбер . Граф называется ориентированным или направленным, если . Ребра направленного графа на диаграмме обозначаются стрелками.
[11] Говорят что граф содержит цикл, если начиная с некоторой вершины, переходя по рёбрам, можно каким-либо образом вернуться в эту же самую вершину.
[12] Джиттер указывает именно неравномерность, это не то же самое что задержка.