Реферат Курсовая Конспект
Лекция 1. Тема: Операционная система. Определение. Уровни операционной системы. Функции операционных систем. 1. 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.
Базовые понятия Архитектуры ОС
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).
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
– Конец работы –
Используемые теги: Лекция, Тема, Операционная, система, определение, Уровни, операционной, системы, Функции, операционных, систем, Понятие, операционной, системы0.153
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Лекция 1. Тема: Операционная система. Определение. Уровни операционной системы. Функции операционных систем. 1. Понятие операционной системы
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов