рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Операционная система. Определение. Уровни операционной системы. Функции операционных систем. Понятие операционной системы

Операционная система. Определение. Уровни операционной системы. Функции операционных систем. Понятие операционной системы - раздел Информатика, Лекция 1. Тема: Операционная Система. Определение. Уровни Операционно...

Лекция 1. Тема: Операционная система. Определение. Уровни операционной системы. Функции операционных систем.

1. Понятие операционной системы

Причиной появления операционных систем была необходимость создания удобных в использовании компьютерных систем (т.е. КС – совокупность аппаратного и программного обеспечения компьютера). КС создавались для решения практических задач пользователей, но делать это только с помощью аппаратных средств было неудобно, и были созданы прикладные программы. Такие программы выполняли общие операции управления аппаратными средствами, распределением аппаратных ресурсов и т.д. Эти операции были сгруппированы в рамках отдельного уровня программного обеспечения, которые и стали называть операционными системами.

Операционная система (ОС) – это программное обеспечение, которое реализует связь между прикладными программами и аппаратными средствами компьютера.

 

2. Назначение ОС

Операционные системы обеспечивают, во-первых удобство использования КС, во-вторых, эффективность и надежность ее работы.

Первая функция свойственна ОС как расширенной машине, вторая – ОС как распределителя аппаратных средств.

 

2.1 ОС как расширенная машина

С помощью ОС у прикладного программиста ( а через его программы и у пользователя) должно создаваться впечатление, что он работает с расширенной машиной.

Аппаратное обеспечение компьютера недостаточно приспособлено для непосредственного использования в программах. Например, если рассмотреть работу с устройствами ввода-вывода на уровне команд соответствующих контроллеров, то видно, что набор таких команд ограничен и примитивен. ОС скрывает такой интерфейс программного обеспечения, вместо него программисту предлагают интерфейс прикладного программирования (см. рис.1), который использует понятие верхнего уровня – абстракции.

 

 
 

 

 


Рисунок 1 – Взаимодействие ОС с аппаратным обеспечением и применениями

 

Например, при работе с винчестером типовой абстракцией является файл. Работать с файлом проще чем непосредственно с контроллером винчестера (не нужно учитывать перемещения головок дисковода, запускать и останавливать мотор и т.д.), в следствии чего программист может сосредоточиться на сути своего прикладного задания. Взаимодействие с контроллером винчестера осуществляет ОС.

Выделение абстракций дает возможность достичь того, что код ОС и прикладных программ не будет требовать изменений при переходе на новое аппаратное обеспечение. Например, если установить на компьютере дисковое устройство нового типа (при условии, что оно поддерживается ОС), все его особенности будут учитаны на уровне ОС, а прикладные программы будут продолжать использовать файл, как и раньше. Такая характеристика системы называется аппаратной независимостью. Можно сказать, что ОС предоставляют аппаратно-независимую среду для прикладных программ.

 

2.2 ОС как распределитель ресурсов

ОС должна эффективно распределять ресурсы. Под ресурсами подразумеваются: процессорное время, дисковое пространство, память, средства доступа к внешним устройствам. ОС выступает в роли менеджера этих ресурсов и предоставляет их прикладным программам по требованию.

Различают два основных вида распределения ресурсов. В случае пространственного распределения ресурс доступен нескольким пользователям одновременно, при этом каждый из них может использовать часть ресурса (так распределяется память). В случае временного распределения система ставит пользователей в очередь и в соответствии с ней дает им возможность пользоваться ресурсом ограниченное время (так распределяется процессор в однопроцессорных системах).

При распределении ресурсов ОС разрешает возможные конфликты, предотвращает несанкционированный доступ программ к тем ресурсам, на которые они не имеют прав, обеспечивает эффективную работу компьютерной системы.

 

2. Функциональные компоненты операционных систем

ОС можно рассматривать как совокупность функциональных компонентов, каждый из которых отвечает за реализацию определенной функции системы.

Задачи ОС по управлению ресурсами КС: планирование ресурса; удовлетворение запросов на ресурсы; отслеживание состояния ресурса; учет использования ресурса; разрешение конфликтов между процессами.

 

2.1Управление процессами и потоками

Одной из важнейших функцией ОС является выполнение прикладных программ. Код и данные прикладных программ сохраняются в компьютерной системе на диске в специальных исполняемых файлах. После того как пользователь или ОС решит запустить на исполнение такой файл, в системе будет создана базовая единица вычислительной работы, которая называется процессом. Процесс – это программа во время ее исполнения.

ОС распределяет ресурсы между процессами. К таким ресурсам относится процессорное время, память, устройства ввода-вывода, дисковое пространство в виде файлов. При распределении памяти с каждым процессом связано его адресное пространство – набор адресов памяти, к которому ему разрешен доступ. В адресном пространстве сохраняется код и данные процесса. При распределении дискового пространства для каждого процесса формируется список открытых файлов, аналогично распределяются и устройства ввода-вывода.

Процессы обеспечивают защиту ресурсов, которыми они владеют. Например, к адресному пространству невозможно непосредственно обратиться из других процессов, а при работе с файлами может быть задан режим, который запрещает доступ к файлу всем процессам, кроме поточного.

Распределение процессорного времени необходимо из-за того, что процессор выполняет инструкции одна за одной, а для пользователя процессы должны выглядеть как последовательности инструкций, выполняемых параллельно. Что бы получить такой эффект, ОС дает процессор каждому процессу на некоторое короткое время, после чего переключает процессор на другой процесс при этом выполнение процессов возобновляется с места прерывания. В многопроцессорной системе процессы могут выполняться параллельно.

Современные ОС кроме многозадачности могут поддерживать многопотоковость, которая подразумевает в рамках процесса наличие нескольких последовательностей инструкций, которые для пользователя выполняются параллельно, как и сами процессы в ОС. В отличии от процессов потоки не обеспечивают защиту ресурсов (например, они совместно используют адресное пространство своего процесса).

 

1.1 Управление памятью

Во время выполнения программного кода процессор берет инструкции и данные из оперативной (основной) памяти компьютера. При этом такая память отображается в виде массива байт, каждый из которых имеет адрес.

ОС отвечает за выделение памяти под защищенное адресное пространство процесса и освобождение памяти после завершения выполнения процесса. Объем памяти, доступный процессу, может изменяться в ходе выполнения – это динамическое распределение памяти.

ОС должна обеспечивать возможность выполнения программ, которые отдельно или в совокупности превышают по объему доступную основную память. Для этого в ней должна быть реализована технология виртуальной памяти. Такая технология дает возможность размещать в основной памяти только те инструкции и данные процесса, которые нужны в текущий момент времени, при этом содержимое другой части адресного пространства сохраняется на диске.

ОС должна отслеживать свободную и занятую память; выделять память процессам; защищать память; освобождать память при завершении процесса; настраивать адреса программы на конкретную область физической памяти; вытеснять процессы из оперативной памяти на диск и обратно.

Задачи подсистемы управления процессами: планирование выполнение процессов; создание и уничтожение процессов; обеспечение процессов необходимыми ресурсами; поддержка синхронизации процессов; обеспечение взаимодействия между процессами.

1.2 Управление вводом-выводом

ОС отвечает за управлениями устройствами ввода-вывода, подключенными к компьютеру. Поддержка таких устройств в ОС обычно выполняется на двух уровнях. К первому, нижнему, уровню относятся драйверы устройств – программные модули, которые управляют устройствами конкретного типа с учетом всех их особенностей. Ко второму уровню относится универсальный интерфейс ввода-вывода, удобный для использования в прикладных программах.

ОС должна реализовывать общий интерфейс драйверов ввода-вывода, через который они взаимодействуют с другими компонентами системы. Такой интерфейс дает возможность упростить добавление в систему драйверов для других устройств.

Современные ОС предоставляют большой выбор готовых драйверов для конкретных периферийных устройств. Чем больше устройств поддерживает ОС, тем больше у нее шансов на практическое использование.

1.3 Управление файлами и файловыми системами

Для пользователей ОС и прикладных программистов дисковое пространство предоставляется в виде совокупности файлов, организованных в файловую систему.

Файл – это набор данных в файловой системе, доступ к которому осуществляется по имени. Термин «файловая система» может использоваться для двух понятий: принципа организации данных в виде файлов и конкретного набора банных (обычно соответственной части диска), организованных соответственно такому принципу. В рамках ОС может поддерживаться несколько файловых систем.

Файловые системы рассматривают на логическом и физическом уровнях. Логический уровень определяет внешнее представление системы как совокупности файлов (кот. обычно находятся в каталогах), а также выполнение операций над файлами и каталогами. Физический уровень определяет принципы размещения структур данных файловой системы на диске или другом устройстве.

 

1.4 Сетевая поддержка

Сетевые системы

Современные ОС приспособлены для работы в сети, их называют сетевыми ОС. Средства сетевой поддержки дают ОС возможность:

- предоставлять локальные ресурсы (дисковое пространство, принтеры и т.д.);

- обращаться к ресурсам других компьютеров по сети, т.е. функционировать как клиент.

Реализация функциональности сервера и клиента базируется на транспортных средствах, ответственных за передачу данных между компьютерами в соответствии сетевому протоколу.

Распределенные системы

  1.5 Безопасность данных Под защитой данных подразумевается обеспечение надежности системы (защиту данных от утраты в случае сбоев) и защиту…

Поколения операционных систем

Первым этапом развития системного программного обеспечения можно считать использование библиотечных программ, стандартных и служебных подпрограмм и… Стремление устранить несоответствие между производительностью процессоров и… С улучшением характеристик ЭВМ и ростом их производительности стало ясно, что существующего базового программного…

Базовые понятия Архитектуры ОС

Механизмы и политика

Когда за реализацию механизма и политики отвечают разные компоненты, упрощается разработка системы и повышается ее гибкость. Примером отделения…  

Ядро системы. Привилегированный режим и режим пользователя.

Важнейшие функции ОС, за выполнение которых отвечает ядро: обработка прерываний, управление памятью, управление вводом-выводом. Для обеспечения эффективного управления ресурсами компьютера ОС должна иметь… Применение режимов. После загрузки ядро переключает процессор в привилегированный режим и получает полный контроль над…

Системное программное обеспечение

1. Системные программы (утилиты), например: командный интерпретатор, программы резервного копирования и восстановления данных, средства диагностики… 2. Системные библиотеки, в которых реализованы функции, которые используются… Системное программное обеспечение может разрабатываться отдельно от ОС. Например, может быть несколько реализаций…

Реализация архитектуры операционных систем

1. Модульная организация; 2. Функциональная избыточность; 3. Функциональная избирательность;

Монолитные системы

Монолитность ядра не означает, что все его компоненты должны постоянно находиться в памяти. Современные ОС дают возможность динамично размещать в…  

Многоуровневые системы

В традиционных многоуровневых ОС передача управления с верхнего уровня на нижний реализуется как системный вызов. Верхний уровень должен иметь права… Чисто программные ОС сейчас не существуют. Как правило, в современных системах… Уровни могут выделяться и в монолитном ядре; в этом случае они поддерживаются программно и дают возможность упростить…

Системы с микроядром

Все остальные более высокоуровневые функции ядра оформляются как модули, и выполняются процессами в пользовательском режиме (сервера). Поскольку… Внешние по отношению к микроядру компоненты ОС реализуются как обслуживающие… Микроядро осуществляет связь между компонентами системы и выполняет базовое распределение ресурсов. Чтобы выполнить…

Системы с гибридным ядром

Имеют «гибридные» достоинства и недостатки. Рисунок 2.3 – ОС с разными ядрами

Концепция виртуальных машин

Рисунок 2.4 – Архитектура ВМ См рисунок 2.4. Ядро системы, называемое монитором виртуальных машин (МВМ), выполняется на физической машине,…

Базовая архитектура UNIX

Рисунок 2.5 – Базовая архитектура UNIX Система состоит из трех основных компонентов: подсистемы управления процессами, файловой подсистемы и подсистемы…

Архитектура Linux

В ОС Linux можно выделить три основные части:

Ø ядро, которое реализует основные функции ОС (управление процессами, памятью, вводом-выводом и т.д.);

Ø системные библиотеки, которые определяют стандартный набор функций для использования в применениях ( выполнение таких функций не требует перехода в привилегированный режим);

Ø системные утилиты (прикладные программы, которые выполняют специализированные задачи).

Назначение ядра Linux и его особенности

Ø Планировщик процессов – отвечает за реализацию многозадачности в системе (обработка прерываний, работа с таймером, создание и завершение… Ø Менеджер памяти – выделяет отделбное адресное пространство для… Ø Виртуальная файловая система – предоставляет универсальный интерфейс взаимодействия с разными файловыми…

Модули ядра

Модули ядра дают ряд преимуществ: 1. Код модулей может загружаться в память в процессе работы системы, что… 2. Есть возможность изменять набор компонентов ядра во время выполнения: те из них, которые в этот момент не…

Особенности системных библиотек

1. Реализацию планировщиков системных вызовов. 2. Расширения функциональности системных вызовов (к таким библиотекам… 3. Реализацию служебных функций режима пользователя (сортировка, функции обработки строк и т.д.).

Применения пользователя

Применения пользователя в Linux используют функции из системных библиотек и через них взаимодействуют с ядром с помощью системных вызовов.

 

2.4 Особенности архитектуры: Windows XP

Компоненты режима ядра

Уровень абстрагирования от оборудования

2. Ядро 3. Исполнительная система 4. Драйверы устройств

Компоненты режима пользователя

2. Подсистемы среды 3. Заранее определенные системные процессы 4. Приложения пользователя

Мультипрограммирование. Формы многопрограммной работы

- пропускная способность – количество задач, выполняемых системой в единицу времени; - удобство работы пользователей, заключающихся, в частности, в том, что они… - реактивность системы – способность выдерживать заранее заданные (возможно, очень короткие) интервалы времени между…

Понятия файла и файловой системы

Файл рассматривается как единое целое приложениями и пользователем. Файл обеспечивает простейший вариант общего пользования данными разными… Наиболее важной характеристикой любого механизма абстракции является… Имена файлов. Важной составляющей работы с файлами является организация доступа к ним по имени. ОС может различать…

Архитектура файловой системы

Таким образом, файловая система играет роль промежуточного слоя, экранизирующего все сложности физической организации долговременного хранилища… Классическая схема организации программного обеспечения файловой системы…

Организация информации в файловой системе

Раздел – это логическое устройство, которое с точки зрения ОС функционирует как отдельный диск. Каждый раздел может иметь свою файловую систему и… Реализация разделов повышает гибкость использования файловой системы. Файловые системы поддерживают несколько функционально различных типов файлов, в число которых входят обычные файлы,…

Атрибут

  Пользователь может получить доступ к атрибутам, используя средства,… Значения атрибутов файлов могут содержаться в каталогах, как это сделано, например, в MS-DOS (рис. 7.7). Другим…

Логическая организация файла

В первом случае, когда все действия, связанные со структуризацией и интерпретацией содержимого файла, целиком относятся к ведению приложения, файл…   Модель файла, в соответствии с которой содержимое файла представляется неструктурированной последовательностью байт,…

Организация хранения информации на накопителях

На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические кольца - дорожки (traks), на которых хранятся данные. Количество дорожек зависит… Рисунок 1 - Схема устройства жесткого диска

Физическая организация и адресация файла

- скорость доступа к данным; - объем адресной информации файла; - степень фрагментированности дискового пространства;

Физическая организация файловой системы FAT

Рисунок 5 - Физическая структура файловой системы FAT  

Физическая организация файловой системы NTFS

Основными отличительными свойствами NTFS являются: − поддержка больших файлов (теоретически до 16 Терабайт) и больших… − восстанавливаемость после сбоев и отказов программ и аппаратуры управления дисками;

Физическая организация файловых систем ext2, ext3, ext4

− блоки и группы блоков; − индексный дескриптор; − суперблок.

– Конец работы –

Используемые теги: Лекция, Тема, Операционная, система, определение, Уровни, операционной, системы, Функции, операционных, систем, Понятие, операционной, системы0.156

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Операционная система. Определение. Уровни операционной системы. Функции операционных систем. Понятие операционной системы

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Введение в операционные системы. Определение, назначение, состав и функции операционных систем
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.. тольяттинский государственный университет сервиса..

История эволюции вычислительных и операционных систем, основные функции, классических операционных систем в процессе эволюции
Первый период гг ламповые машины операционных систем нет.. первые шаги в области разработки электронных вычислительных машин были.. вычислительная система выполняла одновременно только одну операцию ввод вывод или собственно вычисления отладка..

Экзаменационные вопросы к экзамену по дисциплине операционные системы, среды и оболочки. Общие сведения и об операционных системах. Назначение и функции
Общие сведения и об операционных системах назначение и функции.. операционная система ос это упорядоченная последоват системных управляющих программ совместно с необходимыми..

Основные понятия и категория информатики. Математические основы информатики. Системы счисления. Аппаратное обеспечение ЭВМ. Программное обеспечение компьютеров
Оглавление.. Лекции Основные понятия и категория информатики.. Лекции математические Основы информатики системы счисления..

Учебная программа курса. История психологии как наука. Античная философия и психология. Развитие психологии в Средневековый период. Тревога и защита
Введение.. Учебная программа курса.. Рабочая программа курса Лекция История психологии как наука..

Предмет, понятие, метод, система. Понятие, предмет. Система
Тема.. предмет понятие метод система..

Лекция 15 тема лекции геоинформационные системы
Лекция.. тема лекции.. геоинформационные системы план лекции общие сведения..

Лекции по дисциплине устройство и функционирование информационных систем. Информационные системы. Основные понятия и классификация
Раздел информационные системы основные понятия и классификация.. тема информационные системы основные понятия и.. в данной теме рассматриваются общие понятия относящиеся к операционным системам определяются их типы и базовые..

Лекция: архитектура компьютерной системы в лекции подробно рассмотрена архитектура компьютерной системы: Управление прерываниями
В лекции подробно рассмотрена архитектура компьютерной системы управление прерываниями памятью вводом выводом иерархия памяти ассоциативная.. содержание введение архитектура компьютерной системы.. введение..

0.044
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам