Операционная система выполняет функции управления вычислительными процессами в вычислительной системе, распределяет ресурсы вычислительной системы между различными вычислительными процессами и образует программную среду, в которой выполняются прикладные программы пользователей. Такая среда называется операционной.
Операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений. Любой программный продукт работает под управлением ОС. Ни один из компонентов программного обеспечения, за исключением самой ОС, не имеет непосредственного доступа к аппаратуре компьютера. Пользователи со своими программами также взаимодействуют через интерфейс ОС. Любые команды, прежде чем попасть в прикладную программу, сначала проходят через ОС. Конечно ОС различаются по назначению, выполняемым функциям, формам реализации, но тем не менее, в основу их создания заложены общие принципы.
Основные функции ОС:
- Прием от пользователя (или оператора) заданий, или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых команд оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (клавиатура, мышь). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами, и иные команды.
- Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.
- Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти.
- Запуск программы.
- Инициализация программы (передача ей управления) и выполнение процессором программы.
- Идентификация всех программ и данных.
- Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений. ОС умеет выполнять очень большое количество системных функций, которые могут быть запрошены из выполняющейся программы. Обращение к этим сервисам осуществляется по соответствующим правилам, которые и определяют интерфейс прикладного программирования этой ОС.
- Обслуживание всех операций ввода-вывода;
- Обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД), что позволяет резко увеличить эффективность всего программного обеспечения.
- Обеспечение режима мультипрограммирования, т.е. обеспечение одновременной работы многих пользователей или многих программ.
- Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания.
- Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами.
- Для сетевых ОС характерной является функция обеспечения взаимодействия связанных между собой компьютеров.
- Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой ОС от исполняющихся на компьютерных приложений.
- Аутентификация и авторизация пользователей. Под аутентификацией понимается процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи.
- Удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени.
- Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.
- Предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.
- Распределение памяти, организация виртуальной памяти.
Классификация операционных систем - здесь уже давно сформировалось относительно небольшое количество классификаций:
по назначению,
по режиму обработки задач,
по способу взаимодействия с системой,
и, наконец, по способам построения (архитектурным особенностям систем).
Прежде всего, различают ОС общего и специального назначения. ОС специального назначения, в свою очередь, подразделяются на следующие: для переносимых микрокомпьютеров и различных встроенных систем, организации и ведения баз данных, решения задач реального времени и т. п.
По режиму обработки задач различают ОС, обеспечивающие однопрограммный и мультипрограммный режимы. Под мультипрограммированием понимается способ организации вычислений, когда на однопроцессорной вычислительной системе создается видимость одновременного выполнения нескольких программ. Любая задержка в решении программы (например, для осуществления операций ввода/вывода данных) используется для выполнения других (таких же, либо менее важных) программ. Иногда при этом говорят о мультизадачном режиме. При этом, вообще говоря, мультипрограммный и мультизадачный режимы – это не синонимы, хотя и близкие понятия. Основное принципиальное отличие в этих терминах заключается в том, что мультипрограммный режим обеспечивает параллельное выполнение нескольких приложений и при этом программисты, создающие эти программы, не должны заботиться о механизмах организации их параллельной работы. Эти функции берет на себя сама ОС; именно она распределяет между выполняющимися приложениями ресурсы вычислительной системы, осуществляет необходимую синхронизацию вычислений и взаимодействие. Мультизадачный режим, наоборот, предполагает, что забота о параллельном выполнении и взаимодействии приложений ложится как раз на прикладных программистов. В современной технической и, тем более, научно-популярной литературе об этом различии часто забывают, тем самым внося некоторую путаницу. Можно, однако, заметить, что современные ОС для ПК реализуют и мультипрограммный, и мультизадачный режимы.
При организации работы с вычислительной системой в диалоговом режиме можно говорить об однопользовательских (однотерминальных) и мультитерминальных ОС. В мультитерминальных ОС с одной вычислительной системой одновременно могут работать несколько пользователей, каждый со своего терминала. При этом у пользователей возникает иллюзия, что у каждого из них имеется своя собственная вычислительная система. Очевидно, что для организации мультитерминального доступа к вычислительной системе необходимо обеспечить мультипрограммный режим работы.
Основной особенностью операционных систем реального времени (ОСРВ) является обеспечение обработки поступающих заданий в течение заданных интервалов времени, которые нельзя превышать. Поток заданий в общем случае не является планомерным и не может регулироваться оператором (характер следования событий можно предсказать лишь в редких случаях), то есть задания поступают в непредсказуемые моменты времени и без всякой очерёдности. В ОС, не предназначенных для решения задач реального времени, имеются некоторые накладные расходы процессорного времени на этапе инициирования (при выполнении которого ОС распознает все пожелания пользователей относительно решения своей задачи, загружает в оперативную память нужную программу и выделяет другие необходимые для её выполнения ресурсы). В ОСРВ подобные затраты могут отсутствовать, так как набор задач обычно фиксирован и вся информация о задачах известна ещё до поступления запросов. Для подлинной реализации режима реального времени необходима (хотя этого и недостаточно) организация мультипрограммирования.
Мультипрограммирование является основным средством повышения производительности вычислительной системы, а для решения задач реального времени производительность становится важнейшим фактором. Лучшие характеристики по производительности для систем реального времени обеспечиваются однотерминальными ОСРВ. Средства организации мультитерминального режима всегда замедляют работу системы в целом, но расширяют функциональные возможности системы.
По основному архитектурному принципу ОС разделяются на микроядерные и монолитные. В некоторой степени это разделение тоже условно. Ядро монолитной ОС мы не можем изменить, нам не доступны его исходные коды и у нас нет программы для сборки (компиляции) этого ядра. А вот во втором случае мы можем сами собрать ядро, которое нам необходимо, включив в него те необходимые программные модули и драйверы, которые мы считаем целесообразным включить именно в ядро, а не обращаться к ним из ядра.
Версия сайта для слабовидящих