Операционные системы курсовая по информатике , Дипломная из Информатика

Скачай Операционные системы курсовая по информатике и еще Дипломная в формате PDF Информатика только на Docsity! Содержание Введение. История создания и развития операционных систем Разновидности современных операционных систем Конкурентная борьба современных операционных систем. Вычислительные и операционные системы Литература История создания и развития операционных систем. 1. Стандарт CP/M Начало созданию операционных систем для микроЭВМ положила ОС СР/М. Она была разработана в 1974 году, после чего была установлена на многих 8-разрядных машинах. В рамках этой операционной системы было создано программное обеспечение значительного объема, включающее трансляторы с языков Бейсик, Паскаль, Си, Фортран, Кобол, Лисп, Ада и многих других, текстовые (Текстовые процессоры - это наиболее широко используемый вид прикладных программ. Они позволяют подготавливать документы гораздо быстрее и удобнее, чем с помощью пишущей машинки. Текстовые процессоры позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и сноски и т.д) и табличные процессоры, системы управления базами данных, графические пакеты ( Система управления базами данных (СУБД) - позволяет управлять большими информационными массивами - базами данных), символьные отладчики и другие проблемно ориентированные программы. Успех системы в значительной степени был обусловлен ее предельной простотой и компактностью, возможностью быстрой настройки на различные конфигурации ПЭВМ. Первая версия системы занимала всего 4 К, что было весьма важно в условиях ограниченности объемов памяти ПЭВМ того времени. 2. Операционные системы типа DOS ОС типа DOS стала доминирующей с появлением 16-разрядных ПЭВМ, использующих 16-разрядные микропроцессоры типа 8088 и 8086. С точки зрения долголетия ни одна операционная система для микрокомпьютеров не может даже приблизиться к DOS. С момента появления в 1981 году DOS распространилась настолько широко, что завоевала право считаться самой популярной в мире ОС. Несмотря на некоторые свои недостатки и на то, что большая ее часть основывается на разработках 70-х годов, DOS продолжает существовать и распространяться и поныне. Хорошо это или плохо, она, вероятно, будет доминировать на рынке операционных систем в течение ближайшего времени. В настоящее время для DOS разработан огромный фонд программного обеспечения. Имеются трансляторы (Транслятор - программа, автоматически преобразующая программу на языке программирования в последовательность инструкций. Разновидности трансляторов - компилятор, интерпретатор) для практически всех популярных языков высокого уровня, включая Бейсик, Паскаль, Фортран, Си, Модула-2, Лисп, Лого, АПЛ, Форт, Ада, Кобол, ПЛ-1, Пролог, Смолток и др.; причем для большинства языков существует несколько вариантов трансляторов. Имеются инструментальные средства для разработки программ в машинных кодах - ассемблеры, символьные отладчики и др. Эти инструментальные средства сопровождаются редакторами, компоновщиками и другими сервисными системами, необходимыми для разработки сложных программ. Кроме системного программного обеспечения для DOS создано множество прикладных программ. 3. Стандарт MSX Этот стандарт определял не только ОС, но и характеристики аппаратных средств для школьных ПЭВМ. Согласно стандарту MSX машина должна была иметь оперативную память объемом не менее 16 К, постоянную память объемом 32 К с встроенным интерпретатором языка Бейсик, цветной графический дисплей с разрешающей способностью 256х192 точек и 16 цветами, трехканальный звуковой генератор на 8 октав, параллельный порт для подключения принтера и контроллер для управления внешним накопителем, подключаемым снаружи. Операционная система такой машины должна была обладать следующими свойствами: требуемая память - не более 16 К, совместимость с СР/М на уровне системных вызовов, совместимость с DOS по форматам файлов на внешних накопителях на основе гибких магнитных дисков, поддержка трансляторов языков Бейсик, Си, Фортран и Лисп. Таким образом, эта операционная система, получившая название MSX-DOS, учитывала необходимость поддержки обширного программного обеспечения, разработанного для СР/М, и одновременно ориентировалась на новые в то время разработки, связанные с DOS. 4. Операционные системы, основанные на графическом интерфейсе Помимо широко распространенных машин, проектируемых в соответствии со сложившимися стандартами, часто создаются машины, в которых особо выделяется какое-либо свойство. Так, наибольшее внимание в начале и середине 80-х годов привлекли своими графическими возможностями машины Macintosh и Amiga. В первой из них дисплей был монохромным, во второй - цветным, но обе отличались высокой разрешающей способностью и скоростью вывода графической информации на дисплей. Операционные системы для этих машин были спроектированы так, чтобы максимально использовать возможности работы с графикой. В них используется многооконный интерфейс и манипулятор "мышь". Для выбора той или иной операции или рабочего объекта на экран выводится несколько условных графических символов (пиктограмм), среди которых пользователь делает выбор с помощью "мыши". UNIX является очень мощным средством в руках программиста, но требует очень большого объёма ОЗУ и пространства диска. Несмотря на попытки стандартизировать эту операционную систему, существует большое количество различных его версий, главным образом потому, что она была распространена в виде программы на языке Си, которую пользователи стали модифицировать для своих собственных нужд. Главной отличительной чертой этой системы является ее модульность и обширный набор системных программ, которые позволяли создать благоприятную обстановку для пользователей-программистов. Система UNIX органически сочетается с языком Си, на котором написано более 90% ее собственных модулей. Командный язык системы практически совпадает с языком Си, что позволяло очень легко комбинировать различные программы при создании больших прикладных систем. UNIX имеет "оболочку", с которой пользователь непосредственно взаимодействует, и "ядро", которое, собственно, и управляет действиями компьютера. Компьютер выводит в качестве приглашения для ввода команд долларовый знак. Из-за продолжительности пользования этой операционной системы количество команд весьма велико. В добавление к командам по управлению файлами, которые присутствуют в любой операционной системе, UNIX имеет, по крайней мере, один текстовый редактор, а также форматер текста и компилятор языка Си, что позволяет, по мере надобности, модифицировать "оболочку". От UNIX многие другие операционные системы переняли такие функции, как переназначение, канал и фильтр; однако UNIX имеет несомненно преимущество в том, что она с самого начала разрабатывалась как многопользовательская и многозадачная операционная система. Имена файлов могут иметь 14 знаков, причём в именах файлов различаются заглавные и строчные буквы. Первоначальный набор команд операционной системы расширился до 143 в версии 7.0; в версии System III добавилась ещё 71 команда, ещё 25 - в Berkeley 4.1 и следующие 114 в Berkeley 4.2. Из-за такого обилия команд UNIX не относится к самым удобным для пользователя языкам. Работа облегчается, если применять графический пользовательский интерфейс, но поскольку такое количество команд и без того занимает значительный объём памяти, этот интерфейс требует ещё большего объёма памяти и пространства диска. Разновидности современных операционных систем 1. MS-DOS MS DOS является наиболее широко распространенной операционной системой для персональных компьютеров. Число прикладных программ для MS-DOS составляет десятки тысяч, Такого большого количества программ в быстроразвивающейся компьютерной сфере никогда не было. Это разнообразие программ позволяет удерживать операционной системе MS DOS ведущее положение среди более прогрессивных и более мощных операционных систем. Естественно, что эта ОС имеет свои достоинства и недостатки. Ограничения DOS Без сомнения, главная отличительная черта вычислительных систем 90- х годов - графический интерфейс пользователя (graphical user interface, GUI). Сторонники GUI утверждают, что этот ориентированный на непосредственное визуальное восприятие обрабатываемых объектов интерфейс сильно ускоряет работу с ПК и за счет простоты освоения делает его более доступным массовому потребителю. Более серьезный недостаток - ограничение памяти, доступной DOS- программ - 640 К. На самом деле DOS может использовать до 1 Mb ОЗУ, но архитектура IBM PC сокращает доступную память до 640 К. Есть множество обходных путей - отображаемая память, расширенная память, расширители DOS, блоки верхней памяти, создаваемые диспетчерами памяти для процессора 80386, но факт остается фактом: не существует естественного способа, позволяющего прикладным программам использовать мегабайты ОЗУ, установленные на современных машинах. быстро работающего на клавиатуре, командная строка - оружие, а не ловушка. Простота DOS позволяет делать то, что неосуществимо в более сложных операционных средах. Например, можно с помощью команды DEBUG создать очень мощные утилиты. API (application programming interface, интерфейс прикладных программ) DOS достаточно прост, и даже начинающие программисты могут научиться писать полезные программы. В то же время API Windows очень сложен и для овладения им необходимо несколько месяцев. Кроме того, создание программ для Windows требует изощренных инструментальных средств, в частности редакторов ресурсов, компиляторов и отладчиков, работающих в этой операционной системе. Не случайно, что для Windows гораздо меньше условно бесплатного и бесплатного программного обеспечения. 2. Windows 3.1x Ключевой идеей Windows является обеспечение полной независимости программ от аппаратуры. Система Windows 3.1 изначально создавалась так, чтобы полностью взять на себя общение с конкретным типом дисплея или принтера. Как пользователю, так и программисту, создающему приложение под Windows предоставлены универсальные средства, снимающие проблему обеспечения совместимости с конкретной аппаратурой (аппаратная совместимость) и программным обеспечением (программная совместимость). Унифицированный единый графический интерфейс с пользователем облегчает изучение новых программных продуктов. Одним из средств, обеспечивающих программную совместимость, является механизм обмена данными между различными приложениями. Специальный "почтовый ящик" (clipboard) Windows 3.1 позволяет пользователю переносить информацию из одного приложения в другое, не заботясь о ее формате и представлении. В отличии от профессиональных операционных систем, где механизм обмена данных между программами доступен только программисту, в Windows 3.1 это делается очень просто и наглядно для пользователя. Механизм обмена данных между приложениями - жизненно важное свойство многозадачной среды. И в настоящее время производители программного обеспечения пришли уже к выводу, что для переноса данных из одного приложения в другое одного "почтового ящика" явно недостаточно. Появился новый, более универсальный механизм - OLE (Object Linking Embedded - Встроенная Объектная Связь), который позволяет переносить из одного приложения в другое разнородные данные. Windows не только позволяет работать с привычным программным продуктом, но и предлагает дополнительные возможности (запуск нескольких программ одновременно, быстрое переключение с одной программы на другую, обмен данными между ними и т.п.). Обеспечена возможность работы со всеми прикладными программами MS-DOS (текстовыми процессорами, СУБД, электронными таблицами и пр.). Windows 3.1 может работать в одном из трех режимов: Real (реальном), Standart (стандартном), 386 Enhanced (расширенном). В процессе установки Windows анализирует имеющиеся аппаратные ресурсы и автоматически устанавливает режим, наиболее полно использующий возможности имеющейся аппаратуры. В реальном режиме Windows 3.1 не использует аппаратные возможности, не поддерживаемые MS-DOS (этот режим является единственно возможным для машин с процессором 8086/8088): как и в MS- DOS, пользователь ограничен оперативной памятью в 640 Кбайт. В стандартном режиме (возможном на компьютерах с процессором 80286 или 80386) Windows 3.1 полностью использует имеющуюся на компьютере расширенную память, загружая туда все приложения, написанные специально для Windows. Программы DOS загружаются в обычную память. В расширенном режиме (возможном на компьютерах с процессором 80386 и выше) при запуске приложений (как Windows, так и обычных программ для MS-DOS) Windows 3.1 поддерживает т.н. режим виртуальной машины (запускаемой программе как бы выделяется свой собственный компьютер со всеми ресурсами), реализуя многозадачную среду. Windows 3.1 позволяет запускать одновременно несколько программ (в том числе одну и ту же программу несколько раз), с возможностью мгновенного переключения с одной программы на другую. Это позволяет инициировать длительный процесс (печать, сортировку и копирование больших объемов данных) и заняться другой работой, а не ждать, пока он закончится.indows 3.1x 3. Windows 95 Windows 95 представляет собой продукт эволюционного развития системы Windows 3.1x и не означает полного разрыва с прошлым. Хотя она несет в себе много важных изменений по сравнению с 16-разрядной архитектурой Windows, в ней сохранены некоторые важнейшие свойства ее предшественницы. Результатом стало появление гибридной ОС, способной работать с 16-разрядными прикладными программами Windows, программами, унаследованными от DOS, и старыми драйверами устройств реального режима и в то же время совместимой с истинными 32-разрядными прикладными программами и 32-разрядными драйверами виртуальных устройств. Среди наиболее важных усовершенствований, появившихся в Windows 95, - изначально заложенная в ней способность работать с 32-разрядными многопотоковыми прикладными программами, защищенные адресные пространства, вытесняющая многозадачность, намного более широкое и эффективное использование драйверов виртуальных устройств и возросшее применение 32-разрядных хипов для хранения структур данных системных ресурсов. Ее наиболее существенный недостаток состоит в относительно слабой защищенности от плохо работающих программ, содержащих ошибки. безопасность нижней памяти достигается за счет отказа от совместимости с драйверами устройств реального режима. В среде Windows NT работают собственные 32-разрядные NT-прикладные программы, а также большинство прикладных программ Windows 95. Так же, как OS/2 Warp и Windows 95, система Windows NT позволяет выполнять в своей среде 16-разрядные Windows- и DOS-программы. Схема распределения памяти Windows NT разительно отличается от распределения памяти систем Windows 95 и OS/2 Warp. Собственные прикладным программам выделяется 2 Gb особого адресного пространства, от границы 64 К до 2 Gb (первые 64 К полностью недоступны). Прикладные программы изолированы друг от друга, хотя могут общаться через буфер обмена Clipboard, механизмы DDE и OLE. В верхней части каждого 2 Gb блока прикладной программы размещен код, воспринимаемый прикладной программой как системные библиотеки DLL кольца 3. На самом деле это просто заглушки, выполняющие перенаправление вызовов, называемые DLL клиентской стороны (client-side DLLs). При вызове большинства функций API из прикладной программы библиотеки DLL клиентской стороны обращаются к локальным процедурам (Local Process Communication - LPC), которые передают вызов и связанные с ним параметры в совершенно изолированное адресное пространство, где содержитс собственно системный код. Этот сервер-процесс (server process) проверяет значения параметров, исполняет запрошенную функцию и пересылает результаты назад в адресное пространство прикладной программы. Хотя сервер-процесс сам по себе остается процессом прикладного уровня, он полностью защищен от вызывающей его прикладной программы и изолирован от нее. Между отметками 2 и 4 Gb расположены низкоуровневые системные компоненты Windows NT кольца 0, в том числе ядро, планировщик потоков и диспетчер виртуальной памяти. Системные страницы в этой области наделены привилегиями супервизора, которые задаются физическими схемами кольцевой защиты процессора. Это делает низкоуровневый системный код невидимым и недоступным по записи для программ прикладного уровня но приводит к падению производительности во врем переходов между кольцами. Для 16-разрядных прикладных Windows-программ Windows NT реализует сеансы Windows on Windows (WOW). Как и OS/2 Warp, Windows NT дает возможность выполнять 16-разрядные программы Windows индивидуально в собственных пространствах памяти или совместно в разделяемом адресном пространстве. Почти во всех случаях 16- и 32- разрядные прикладные программы Windows могут свободно взаимодействовать, используя OLE (при необходимости через особые процедуры thunk) независимо от того, выполняются они в отдельной или общей памяти. Собственные прикладные программы и сеансы WOW выполняются в режиме вытесняющей многозадачности, основанной на управлении отдельными потоками. Множественные 16-разрядные прикладные программы Windows в одном сеансе WOW выполняются в соответствии с кооперативной моделью многозадачности. Windows NT может также выполнять в многозадачном режиме несколько сеансов DOS. Поскольку Windows NT имеет полностью 32-разрядную архитектуру, не существует теоретических ограничений на ресурсы GDI и USER. 5. OS/2 Warp В апреле 1987 г. компании IBM и Microsoft объявили о совместных планах по созданию новой операционной системы: OS/2. Прошло несколько лет, и мир стал свидетелем "бракоразводного процесса", в результате чего у OS/2 остался один родитель - компания IBM, а фирма Microsoft отдала все симпатии любимому детищу, имя которому Windows. Важно помнить, что OS/2 - это новая операционная система с графическим интерфейсам пользователя (ГИП), в то время как Windows представляет собой ГИП, работающий "поверх" DOS. OS/2 является полностью защищенной операционной системой, благодаря чему невозможны конфликты между программами в памяти. Многозадачная система OS/2 способна выполнять одновременно несколько прикладных программ: например, Вы можете начать пересчет электронной таблицы, запустить печать документа в текстовом редакторе, связной пакет для приема/передачи сообщений электронной почты, а затем продолжить поиск записей в базе данных. Система OS/2 поддерживает многопроцессные прикладные программы, рассчитанные на одновременное выполнение нескольких внутренних функций. Примерами могут служить текстовый редактор, в котором печать документа и проверка правописания осуществляются параллельно; электронная таблица с возможностью одновременного выполнения функций пересчета и просмотра или база данных, в которой можно совмещать функции обновления и поиска записей. Архитектура OS/2 Warp Connect 3.0 во многом похожа на архитектуру Windows 95, но в ее концепции заложено меньше компромиссов, связанных с использованием старого 16-разрядного кода. В результате появилась ОС с лучшими, чем у Windows 95, средствами защиты, в которой можно выполнять программы OS/2, Win16 и DOS, однако несовместимая с 16- разрядными драйверами устройств. 32-разрядные прикладные программы Windows не могут выполняться в среде OS/2 Warp. Собственным 32-разрядным прикладным программам OS/2 доступно 4 Gb-ное отдельное адресное пространство. Код прикладных программ отображается в диапазон адресов от 0 до 512 Mb, системный код OS/2 отображается в пространство от 512 Mb до 4 Gb. Эта область системного кода используется совместно всеми процессами. Исполняемые 32-разрядные прикладные программы изолированы друг от друга, хотя они могут общаться между собой с помощью средств вырезания и вставки (cut-and-paste) или механизма DDE OS/2. В системе OS/2 Warp применяется модель вытесняющей многозадачности собственных прикладных программ, основанная на управлении отдельными потоками. Конкурентная борьба современных операционных систем. Возраст Windows 3.1 берет свое, и три соперничающие операционные системы (Windows 95, OS/2 WARP и WINDOWS NT) готовы занять ее место. В Windows 3.x реализована простая кооперативная модель многозадачности, которая не может гарантировать даже равномерного распределения системных ресурсов между несколькими прикладными программами. И хотя Windows 3.x подвергалась справедливой критике за недостаточность предусмотренных в ней средств защиты памяти и примитивную модель многозадачности, она представляла собой большой шаг вперед по сравнению с DOS и более старыми версиями этой же оболочки. Для пользователей, располагающих медленными машинами с ОЗУ ограниченной емкости, она по-прежнему остается лучшей альтернативой. Однако система Microsoft Windows 3.1 и ее кузен - сетевой продукт Windows for Workgroups 3.11 - устаревают на глазах. Интерфейс Windows функционально удобен для подготовленных пользователей, но отсутствие истинного "рабочего стола" и раздельные функции модулей Progtam Manager и File Manager неоправданно затрудняют работу рядовых пользователей. Поставляемые вместе с операционной системой прикладные программы маломощны, а ограничение либо отсутствие сетевых средств не соответствует общепринятым на сегодняшний день стандартам. Поэтому на смену Windows 3.x пришла Windows 95. Как и любой продукт с широкими функциональными возможностями, рассчитанный на удовлетворение запросов огромного рынка, Windows 95 не лишена компромиссных решений. Многие ее впечатляющие достижения будут по заслугам оценены пользователями PC, но в некоторых областях Windows 95 пока еще только догоняет своих конкурентов. С точки зрения базовой архитектуры Windows 95 - истинно 32- разрядная, многопотоковая операционная система с вытесняющей многозадачностью, что ставит ее в один ряд с такими соперниками, как OS/2, UNIX и Windows NT. Наиболее важные компромиссы в архитектуре Windows 95 были порождены решением корпорации Microsoft сделать ее совместимой с существующими 16-разрядными прикладными программами Windows и драйверами устройств реального режима. Это позволяет Windows 95 работать с гораздо более широким спектром существующих аппаратных и программных средств, чем работают OS/2 или UNIX. Новый интерфейс с истинным "рабочим столом", папками и линейкой заданий намного упрощает задачу пользователя: вызываемые правым щелчком мыши контекстно-зависимые меню обеспечивают интуитивно понятный способ управления средой. Множество новых объектов интерфейса и стандартные диалоги предоставляют в распоряжение программистов богатый набор готовых блоков для создания прикладных программ. Windows 95 внесла значительные улучшения в архитектуру Windows, в том числе истинно 32-разрядный интерфейс прикладного программирования (API), защищенные адресные пространства для ее собственных 32-разрядных прикладных программ, вытесняющую многозадачность, разделение прикладных программ на потоки и более широкое использование виртуальных драйверов устройств. Модель защиты памяти реализована с серьезными компромиссами, целью которых было достигнуть совместимости с существующими 16-разрядными прикладными программами и драйверами устройств. Но на практике устойчивость системы оказывается лучше, чем у Windows 3.1x. Предполагалось, что к настоящему времени OS/2 станет доминирующей ОС. Выпуская эту операционную систему в свет в 1987 г., фирмы IBM и Microsoft рассматривали ее как логическую замену DOS. После произошедшего в 1990 г. разрыва между двумя компаниями Microsoft занялась системой Windows, а IBM получила OS/2 в свое полное распоряжение. За прошедшее с тех пор время OS/2 значительно изменилась в лучшую сторону, обретя новые функциональные возможности и устойчивость. С самого начала она была задумана как многопотоковая ОС с вытесняющей многозадачностью. OS/2 также обеспечивает намного более совершенную защиту памяти, поэтому какая-нибудь прикладная программа, содержащая ошибки, редко выводит из строя всю систему. Слабое место OS/2 - относительно небольшое число собственных прикладных программ OS/2 (тот факт, что OS/2 так хорошо выполняет программы Windows 3.x, оказался палкой о двух концах). Во многих областях, таких, как многозадачность и защита, OS/2 опережает Windows 3.x и продолжает опережать Windows 95. Хотя она не обеспечивает устойчивости, свойственной Windows NT, ее системные требования значительно более скромны. К пользовательскому интерфейсу быстро привыкаешь, но то же самое справедливо и по отношению к Windows 95. После того как вы преодолеете барьер инсталляции, OS/2 предоставит вам конкурентоспособную среду для выполнения прикладных программ DOS, Windows 3.x и собственного программного обеспечения OS/2. Microsoft Windows NT была разработана как персональная операционная система высокого класса, обладающая более совершенными функциональными возможностями и высокими системными требованиями, нежели ее конкуренты. Для ее работы нужно иметь как минимум 16 Mb ОЗУ, а для инсталляции может потребоваться до 100 Mb пространства на жестком диске. Так же как OS/2 Warp и Windows 95, это 32-разрядная многозадачная, многопотоковая операционная система, но, кроме того, она обладает важными средствами обеспечения безопасности, надежной новой файловой системой с регистрационным журналом и может быть перенесена на отличные от Intel аппаратные платформы. Ее базовая архитектура обеспечивает лучшую защиту, чем любая соперничающая с ней система. Резюме. За исключением IBM (чьи ПК предлагают двойную загрузку OS/2 и Windows), все ведущие поставщики персональных компьютеров в настоящее время устанавливают на большинстве своих машин Windows 95 или Windows NT. Сфера распространения Windows 3.1 или Windows for Workgroups 3.11. 3. Однопрограммный режим работы вычислительной системы (ВС) Аппаратные средства ЭВМ совместно с программным обеспечением образуют ВС. В зависимости от класса ЭВМ и вида операционной системы ВС могут работать в режимах однопрограммном и мультипрограммном. В однопрограммном режиме работы в памяти ЭВМ находится и выполняется только одна программ. Такой режим обычно характерен для микро-ЭВМ и персональных ЭВМ, то есть для ЭВМ индивидуального пользования. 4. Мультипрограммный режим работы вычислительной системы (ВС) В мультипрограммном (многопрограммном) режиме работы в памяти ЭВМ находится несколько программ, которые выполняются частично или полностью между переходами процессора от одной задачи к другой в зависимости от ситуации, складывающейся в системе. В мультипрограммном режиме более эффективно используются машинное время и оперативная память, так как при возникновении каких- либо ситуаций в выполняемой задаче, требующих перехода процессора в режим ожидания, процессор переключается на другую задачу и выполняет ее до тех пор, пока в ней не возникает подобная ситуация, и т.д. При реализации мультипрограммного режима требуется определять очередность переключения задач и выбирать моменты переключения, чтобы эффективность использования машинного времени и памяти была максимальной. Мультипрограммный режим обеспечивается аппаратными средствами ЭВМ и средствами операционной системы. Он характерен для сложных ЭВМ, где стоимость машинного времени значительно выше, чем у микро- ЭВМ. Разработаны также мультипрограммные ОС, позволяющие одновременно следить за решением нескольких задач и повышать эффективность работы пользователя. 5. Режим пакетной обработки В зависимости от того, в каком порядке при мультипрограммном режиме выполняются программы пользователей, различают режимы пакетной обработки задач и коллективного доступа. В режиме пакетной обработки задачи выстраиваются в одну или несколько очередей и последовательно выбираются для их выполнения. 6. Режим коллективного доступа В режиме коллективного доступа каждый пользователь ставит свою задачу на выполнение в любой момент времени, то есть для каждого пользователя в такой ВС реализуется режим индивидуального пользования. Это осуществляется обычно с помощью квантования машинного времени, когда каждой задаче, находящейся в оперативной памяти ЭВМ, выделяется квант времени. После окончания кванта времени процессор переключается на другую задачу или продолжает выполнение прерванной в зависимости от ситуации в ВС. Вычислительные системы, обеспечивающие коллективный доступ пользователей с квантованием машинного времени, называют ВС с разделением времени. Характеристики операционных систем. 1. Основные функции операционных систем Операционная система (ОС) связывает аппаратное обеспечение и прикладные программы. Многие свойства различных программ похожи, и операционная система обычно предоставляет этот общий сервис. Например, практически все программы считывают и записывают информацию на диск или отображают ее на дисплее. И хотя каждая программа в принципе может содержать инструкции, выполняющие эти повторяющиеся задачи, использование в этих целях операционной системы более практично. Операционная система может взаимодействовать с аппаратными средствами и пользователем или прикладными программами. Она также может переносить информацию между аппаратурой и прикладным программным обеспечением. Прикладной программист не должен беспокоиться о написании специального программного кода для записи данных на все множество дисков, которое может быть на ПК. Программист просто просит операционную систему записать данные на диск, а ОС занимается зависящей от аппаратуры информацией. Операционная система получает предоставляемые прикладными программами данные и записывает их на физический диск. Использование операционной системы делает программное обеспечение более общим: программы могут работать на любом компьютере, на котором можно запустить эту операционную систему, поскольку взаимодействуют с операционной системой, а не с аппаратурой. Наиболее часто используемые операционные системы, такие как DOS, Windows, UNIX, также предоставляют пользовательский интерфейс: пользователь может набирать команды в системном приглашении. ОС интерпретирует эти инструкции с помощью программы, логично называемой командным интерпретатором, или процессором. 2. Модульная структура операционных систем Структура ОС носит модульный характер. Программный модуль - программа, рассматриваемая как целое в контекстах хранения в наборе данных, трансляции, объединения с другими программными модулями, загрузки в оперативную память для выполнения или разработки в составе программного комплекса. повышает производительность его работы, особенно на этапе отладки программ. 2 Операционные системы общего назначения, обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипрограммирования применяются в ВС средней и большой производительности. В RAM ЭВМ одновременно находится несколько системных и пользовательских задач, и когда одна из них обрабатывается процессором, то для остальных осуществляются необходимые обмены с внешним устройством (ВУ). Эффективность использования ВС при этом во многом зависит от состава пакета задач, подлежащих выполнению, так как могут возникать ситуации, когда все задачи находятся в состоянии ожидания и процессор простаивает ( в условиях потока отладочных задач, каждая из которых характеризуется многократными обменами и незначительным временем, затрачиваемым собственно на счет). Эффективность работы пользователя при этом невысокая, так как в условиях пакетной обработки задач он не имеет возможности вмешиваться в процесс выполнения своей программы. Рассмотрим основные функции ОС общего назначения, обеспечивающей мультипрограммный режим обработки задач. Операционная система должна выполнять рациональное планирование работ по обработке всех поступающих задач (комплекс мероприятий по вводу задач в ЭВМ, распознаванию их характеристик, размещению всех входных наборов данных на внешних носителях, организации входных и выходных очередей). Как правило, задачи из входного потока данных, прочитанного одним из внешних устройств (ВУ), не сразу попадают в RAM ЭВМ, а размещаются на устройствах внешней памяти. В режимах пакетной обработки задачи выстраиваются в очередь (входную очередь), место задачи в очереди определяется ее приоритетом. Перенос задачи из очереди в RAM ЭВМ происходит автоматически. При реализации комплекса мероприятий, выполняемого ОС непосредственно перед началом решения задачи, главное внимание уделяется предоставлению всех необходимых для решения задачи ресурсов ВС (области RAM, места на диске, требующихся наборов данных и т.п.) Если для решения очередной задачи не хватает ресурсов, ОС должна принять одно из следующих решений: • отобрать часть ресурсов у какой - либо другой задачи, выполнявшейся в данный момент и менее приоритетной; • подождать, пока какая-нибудь из решаемых задач завершится и освободит требуемый ресурс; • пропустить вне очереди ту задачу, чья очередь еще не подошла, но для выполнения которой ресурсов достаточно. 3. Операционные системы разделения времени позволяют реализовать возможность повышения производительности труда пользователя за счет его доступа к своей задаче в процессе ее выполнения и повышения производительности ВС за счет мультипрограммирования. Режим разделения времени создает иллюзию одновременного доступа нескольких пользователей ко всем вычислительным ресурсам ВС. Каждый пользователь общается с системой так, как если бы ему одному принадлежали все вычислительные ресурсы: он может остановить выполнение своей задачи в нужном месте, просмотреть требуемые области RAM, с заданного места выполнить свою программу по командам и т.д. На самом же деле каждый пользователь получает для своей задачи достаточную зону RAM, процессор и прочие вычислительные ресурсы только в течение определенного и достаточно малого интервала времени, как уже говорилось выше - кванта. Пропускная способность ВС в режиме разделения времени ниже, чем при обработке задач в режиме мультипрограммирования, из-за накладных расходов ОС, вызванных частыми переключениями процессора и главным образом многочисленными переносами задач из RAM на жесткий диск и обратно, то есть свопингами. Во многих пользовательских системах режим разделения времени сочетается с пакетной обработкой задач в режиме мультипрограммирования. В этом случае RAM ЭВМ разделяется на зону для пакетной обработки и на зону (или несколько зон в зависимости от емкости RAM) для выполнения задач в режиме разделения времени. Такое сочетание позволяет загружать процессор даже в ситуациях, когда все пользователи режима разделения времени остановят выполнение своих задач. Такие системы используются при решении научно- технических задач. При этом главное назначение таких ОС - обеспечение более высокой эффективности использования всех вычислительных ресурсов ВС и достижение максимальных удобств в работе пользователя. Однако использование операционных систем общего назначения в условиях работы конкретного пользователя часто означает явную избыточность многих системных средств. В таких случаях применяют ОС специального назначения. 4. Операционные системы специального назначения К таким системам относят операционные системы, предназначенные для решения задач реального времени, для организации работы вычислительных сетей, и. некоторые другие. 1. Операционные системы реального времени. Операционные системы реального времени отличаются от операционных систем общего назначения в первую очередь тем, что поступающая в систему информация обязательно должна быть обработана в течение заданных интервалов времени (эти интервалы времени нельзя превышать). Кроме того запросы на обработку могут поступать в непредсказуемые моменты времени. Поэтому такие операционные системы должны обеспечить некоторые дополнительные возможности, например, создание постоянных задач. При работе в режиме реального времени возможно возникновение очередей запросов на обработку, поэтому операционная система должна пиктограммы и окна по экрану, менять их размер, открывать и закрывать их - и все это при минимальном использовании клавиатуры для ввода каких бы то ни было директив. Кроме того, для любителей традиционного интерфейса DOS реализована возможность выхода на этот уровень. При разработке графического интерфейса Windows не последнюю роль играли и эргономические соображения: учтены требования к цветовой гамме, сочетаниям цветов, шрифтам, формам и размерам пиктограмм и окон. По сравнению с некоторыми другими пакетами внешнее оформление оболочки Windows может быть признано "спартанским" вследствие отсутствия излишеств и за деловой стиль. Понятие "графически - ориентированный" включает в себя для Windows также и соответствие изображения на экране последующему изображению на твердой копии (распечатке). В этом плане можно считать, что в оболочке Windows реализован принцип WYSIWYG (What you see is what you get = То, что вы видите, вы и получаете), до сих пор бывший привилегией небольшого числа программ. 6. Генерация операционной системы Генерация операционной системы - процесс создания конкретного варианта операционной системы, наиболее полно учитывающего запросы возможных пользователей и конфигурацию ЭВМ в конкретной ситуации. Операционные системы поставляются в виде дистрибутивных носителей, содержащих модули всех управляющих и обрабатывающих программ. В процессе генерации формируются ядро операционной системы - часть наиболее часто используемых управляющих модулей, постоянно присутствующих в оперативной памяти, и системные наборы данных. Процесс генерации операционной системы осуществляется с помощью специальной программы - генератора операционной системы. Затем решается вопрос о том, какие из всех возможных средств и составных частей следует включить в состав сгенерированной операционной системы. При этом уточняется, какие из модулей операционной системы будут резидентными, то есть будут постоянно присутствовать в RAM в составе ядра, а какие модули - транзитными, то есть постоянно будут находиться на жестком диске, а в RAM будут попадать по мере надобности. Следует помнить, что всякое перемещение модулей операционной системы между жестким диском и RAM, как и всякий обмен, осуществляется относительно медленно. Решение этого вопроса основывается на поиске наилучшего компромисса между быстродействием и размером ядра операционной системы, так как если все модули сделать резидентными, то быстродействие операционной системы окажется максимальным, но максимальным будет и размер RAM, занимаемой под ядро операционной системы. В противном случае мы проиграем в быстродействии, но сэкономим память. Поскольку ЭВМ используются в различной конфигурации (отличаются емкость RAM, количество внешних устройств и т.п.), необходимо при генерации перечислить весь состав технических средств вычислительного комплекса, внешних устройств. В результате можно сгенерировать вариант операционной системы, максимально учитывающий функциональное назначение и конфигурацию конкретной вычислительной системы. Литература 1. Вильям Столлингс. Операционные 2004. 2. Гордеев Александр. Операционные системы: Учебник для вузов. - 2-е изд2006