1. Операционная система.
Определение. Функции операционных систем.
Функции:
По современным
представлениям, ОС должна уметь делать следующее:
Обеспечивать
загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение.
Обеспечивать
работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски,
ленты, оптические диски и т.д. Как правило, ОС управляет свободным
пространством на этих носителях и структурирует пользовательские данные.
Предоставлять
более или менее стандартный доступ к различным устройствам ввода/вывода,
таким как терминалы, модемы, печатающие устройства.
Предоставлять
некоторый пользовательский интерфейс. Слово некоторый здесь сказано не
случайно - часть систем ограничивается командной строкой, в то время как
другие на 90% состоят из средств интерфейса пользователя.
Более развитые ОС
предоставляют также следующие возможности:
Параллельное
(точнее, псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор)
исполнение нескольких задач.
Распределение
ресурсов компьютера между задачами.
Организация
взаимодействия задач друг с другом.
Взаимодействие
пользовательских программ с нестандартными внешними устройствами.
Организация
межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов.
Защита
системных ресурсов, данных и программ пользователя, исполняющихся процессов и
самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ.
|
3.
Операционная система. Определение. Классификация операционных систем по
особенностям алгорифмов управления ресурсами, особенностям аппаратных
платформ, особенностям областей использования.
По тому, какие
из вышеперечисленных функций реализованы (см вопрос 1) и каким было уделено
больше внимания, а каким меньше, системы можно разделить на несколько
классов.
ДОС (Дисковые Операционные Системы)
Это
системы, берущие на себя выполнение только первых четырех функций. Как
правило, это просто некий резидентный набор подпрограмм, не более того. Он
загружает пользовательскую программу в память и передает ей управление, после
чего программа делает с системой все, что ей заблагорассудится. Считается
желательным, чтобы после завершения программы машина оставалась в таком
состоянии, чтобы ДОС могла продолжить работу. Если же программа приводит
машину в какое-то другое состояние...\ что ж, ДОС ничем ей в этом не может
помешать. Характерный пример - различные загрузочные мониторы для машин
класса Spectrum. Как правило, такие системы работают
одновременно только с одной программой.
Дисковая
операционная система MS DOS для IBM PC-совместимых
машин является прямым наследником одного из таких резидентных мониторов. Она,
правда, умеет загружать несколько программ, но не предоставляет средств
для исполнения этих программ. Более того, с точки зрения документированных
функций, этим программам нельзя работать. Конечно, есть еще
недокументированные задние двери (backdoors)...\
Существование
систем такого класса обусловлено их простотой и тем, что они потребляют мало
ресурсов. Для машин класса Spectrum это более чем
критичные параметры. Еще одна причина, по которой такие системы могут
использоваться даже на довольно мощных машинах - требование программной
совместимости с ранними моделями того же семейства компьютеров.
ОС
К
этому классу относятся системы, берущие на себя выполнение всех
вышеперечисленных функций. Разделение на ОС и ДОС идет, по-видимому, от
систем IBM DOS/360 и OS/360 для
больших компьютеров этой фирмы, клоны которых известны у нас в стране под
названием ЕС ЭВМ серии 10XX. (Кстати, у IBM была еще TOS/360, Tape Operating System - Ленточная
Операционная Система).
Здесь
под ОС мы будем подразумевать системы ``общего назначения'', то есть
рассчитанные на интерактивную работу одного или нескольких пользователей в
режиме разделения времени, при не очень жестких требованиях на время реакции
системы на внешние события. Как правило, в таких системах уделяется большое
внимание защите самой системы, программного обеспечения и пользовательских
данных от ошибочных и злонамеренных программ и пользователей. Обычно такие
системы используют встроенные в архитектуру процессора средства защиты и
виртуализации памяти. К этому классу относятся такие широко распространенные
системы, как VAX/VMS, системы семейства Unix и OS/2, хотя
последняя не обеспечивает одновременной работы нескольких пользователей и
защиты пользователей друг от друга.
Системы реального времени
Это системы, предназначенные для
облегчения разработки так называемых приложений реального времени. Это
программы, управляющие некомпьютерным по природе оборудованием, часто с очень
жесткими ограничениями по времени. Примером такого приложения может быть
программа бортового компьютера крылатой ракеты, системы управления
ускорителем элементарных частиц или промышленным оборудованием. Такие системы
обязаны поддерживать многопроцессность, гарантированное время реакции на внешнее
событие, простой доступ к таймеру и внешним устройствам. Такие системы могут
по другим признакам относиться как к классу ДОС (RT-11), так и к
ОС (OS-9, QNX). Часто
такие системы (например, VxWorks) рассчитаны на
работу совместно с управляющей host-машиной, исполняющей ``нормальную''
операционную систему.
|
5) Архитектура операционной системы.
Режимы ядра и приложений. Многослойная архитектура.
Под архитектурой
понимается организация ОС. Из основных программных модулей обычно выделяют
две группы:
1) ядро – модули,
выполняющие основные функции ОС
2) модули, выполняющие
вспомогательные функции.
Вспомогательные
модули делятся на группы:
1) утилиты – программы
решения отдельных задач управления и сопровождения компьютерной системы.
2) Системные
обрабатывающие программы – текстовые или графические редакторы, компиляторы,
компоновщики, трансляторы
3) Программы
представляющие пользователю дополнительные услуги
4) Библиотеки процедур
различного назначения
Модули ОС,
оформленные в виде утилит, системных обрабатывающих программ и библиотек - ?
–
Ядро в привилегированном режиме.
Важным свойством
архитектуры ОС является возможность выполнения защиты данных за счет
выполнения функций ядра в привилегированном режиме. Ни одно приложение не
должно иметь возможности без ведома ОС получать дополнительную память,
занимать процессор дольше разрешенного ОС времени, непосредственно управлять
совместно используемыми внешними устройствами.
Аппаратура компьютера
должна поддерживать минимум два режима работы – пользовательский и
привилегированный (режим ядра)
Подразумевается, что
ОС или ее часть работают в привилегированном режиме, а приложения в
пользовательском.
Системный
вызов инициирует переключение процессора из пользовательского в
привилегированный режим, а при возврате к приложению – обратный процесс.
|
2. Операционная
система. Определение. Эволюция операционных систем.
1945-55:
Были созданы первые ламповые вычислительные устройства.
Программирование исключительно на машинном языке. ОС не было. Для
программирования использовался пульт управления. Из системного обеспечения
были библиотеки математических и служебных подпрограмм.
1955-65:
Данный этап связан с появлением новой технической базы
программных продуктов. Появились первые языки. Для эффективности
использования процессорного времени стали использовать системы пакетной
обработки (прообразы ОС). Задания вводили с помощью перфокарт.
1965-80:
Произошел переход к ИМС. Появились программно-совместимые
машины, что потребовало появления совместимых ОС. Большое распространение
получили системы подобные ОС/360. Главным достоинством ОС было появление мультипрограммирования
– это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном
процессоре попеременно выполняются несколько программ. Появились системы
разделения времени, при которых создавалась иллюзия единоличного
использования машины каждым пользователем.
1980-…
Потребовалась разработка дружественного интерфейса, из-за
широкого распространения компьютеров. Первыми такими ОС были MS-DOS и Unix.
|
6. Микроядерная архитектура
Микроядро — это
минимальная стержневая часть ОС, служащая основой модульных и переносимых
расширений. Основная идея заключается в том, чтобы конструировать необходимую
среду верхнего уровня, из которой можно легко получить доступ ко всем
функциональным возможностям уровня аппаратного обеспечения. Искусство разработки
микроядра заключается в выборе базовых примитивов, которые должны в нем
находиться для обеспечения необходимого и достаточного сервиса.
В микроядре
содержится и исполняется минимальное количество кода, необходимое для
реализации основных системных вызовов. В число этих вызовов входят передача
сообщений и организация другого общения между внешними по отношению к
микроядру процессами, поддержка управления прерываниями, а также ряд
некоторых других функций. Остальные функции, характерные для «обычных» ОС,
обеспечиваются как модульные дополнения-процессы, взаимодействующие главным
образом между собой и осуществляющие взаимодействие посредством передачи
сообщений.
Микроядро
является маленьким, передающим сообщения модулем системного программного
обеспечения, работающим в наиболее приоритетном состоянии компьютера и
поддерживающим остальную часть операционной системы, рассматриваемую как
набор серверных приложений.
Достоинства:
− более
простая организация чем у монолитных ОС;
− с микроядром
функция операционной системы разбивается на модульные части, которые могут
быть сконфигурированы целым рядом способов, позволяя строить большие системы
добавлением новых частей;
−
микроядра также облегчают поддержку мультипроцессоров созданием стандартной
программной среды, которая может использовать множественные процессоры в
случае их наличия, однако не требует их, если их нет.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
|
|
