 |
Появление операционных систем и их функции
|
|
|
|
• Операционные системы относятся к системному программному обеспечению.
• История появления и развития системного обеспечения началась с того момента, когда люди осознали, что любая программа требует операций ввода-вывода данных. Это произошло в 50-е годы прошлого столетия. Собственно операционные системы появились чуть позже. Основной причиной их появления было желание автоматизировать процесс подготовки вычислительного комплекса к выполнению программы.
• Для автоматизации труда программиста (кодера) стали разрабатывать специальные алгоритмические языки высокого уровня, а для автоматизации труда оператора вычислительного комплекса была разработана специальная управляющая программа, загрузив которую в память один раз оператор мог ее далее использовать неоднократно и более не обращаться к процедуре программирования ЭВМ через пульт оператора. Именно эту управляющую программу и стали называть операционной системой. Со временем на нее стали возлагать все больше задач, она стала расти в объеме.
• Разработчики стремились к тому, чтобы операционная система как можно более эффективно распределяла вычислительные ресурсы компьютера, ведь в 60-е годы операционные системы уже позволяли организовать параллельное выполнение нескольких программ. Помимо задач распределения ресурсов появились задачи обеспечения надежности вычислений. К началу 70-х годов диалоговый режим работы с компьютером стал преобладающим, и у операционных систем стремительно начали развиваться интерфейсные возможности.
• На сегодняшний день 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.
|
|
|
• Основные функции операционных систем:
1) прием от пользователя (или от оператора системы) заданий, или команд, сформированных на соответствующем языке, и их обработка.
2) загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ;
3) распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти;
4) запуск программы;
5) идентификация всех программ и данных;
6) прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений;
7) обслуживание всех операций ввода-вывода;
8) обеспечение работы систем управлений файлами (СУФ) и/или систем управления базами данных (СУБД);
9) обеспечение режима мультипрограммирования, то есть организация параллельного выполнения двух или более программ на одном процессоре, создающая видимость их одновременного исполнения;
10) планирование и диспетчеризация задач;
11) организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами;
12) обеспечение взаимодействия связанных между собой компьютеров (для сетевых ОС);
13) защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений;
14) аутентификация и авторизация пользователей. Аутентификация –процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи. Авторизация – в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему назначаются определенные права.
|
|
|
15) удовлетворение жестким ограничениям на время ответа в режиме реального времени (характерно для операционных систем реального времени);
16) обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы;
17) предоставление услуг на случай частичного сбоя системы.
• Операционная система изолирует аппаратное обеспечение компьютера от прикладных программ пользователей. И пользователь, и его программы взаимодействуй с компьютером через интерфейсы операционной системы.
2. Понятие операционных сред и оболочек
Операционная система выполняет функции управления вычислениями в компьютере, распределяет ресурсы вычислительной системы между различными процессами, и образует ту программную среду, в которой выполняются прикладные программы пользователей. Такая среда называется операционной.
• Набор функций и сервисов операционной системы, а также правила обращения к ним как раз и образуют то базовое понятие, которое мы называем операционной средой. Таким образом, термин «операционная среда» означает, прежде всего, соответствующие интерфейсы, необходимые программам и пользователям для обращения к управляющей (супервизорной) части операционной системы с целью получить определенные сервисы.
• Каждая операционная система имеет множество системных функций; они вызываются соответствующим образом, по принятым в системе правилам. Совокупность системных вызовов и правил, по которым их следует использовать, определяет интерфейс прикладного программирования (API – Application Program Interface). Очевидно, что программа, созданная для работы в некоторой операционной системе, скорее всего не будет работать в другой операционной системе, поскольку API у этих операционных систем, как правило, различаются. Поэтому разработчики операционных систем стали создавать так называемые программные среды.
• Программную (системную) среду следует понимать как некоторое системное окружение, позволяющее выполнить все системные запросы от прикладной программы.
• Помимо основной операционной среды в операционной системе организованы (путем эмуляции иной операционной среды) дополнительные программные среды.
|
|
|
• Параллельное существование терминов «операционная система» и «операционная
среда» вызвано тем, что операционная система (в общем случае) может поддерживать несколько операционных сред.
• Операционная среда может включать несколько интерфейсов (оболочек): пользовательские и программные.
• Программы-оболочки относятся к классу системных программ. Они обеспечивают более удобный и наглядный способ общения с компьютером, чем штатные средства ОС.
• Некоторые программы не заменяют «штатную оболочку», а дополняют ее или добавляют в нее новые функции.
3. Прерывания.
• Прерывание – это принудительная передача управления от выполняемой программы к системе (а через нее — к соответствующей программе обработки прерывания), происходящая при возникновении определенного события.
• Идея прерывания была предложена в середине 50-х годов. Основная цель введения прерываний — реализация асинхронного режима функционирования и распараллеливание работы отдельных устройств вычислительного комплекса.
• Механизм прерываний реализуется аппаратно-программными средствами. Прерывание непременно влечет за собой изменение порядка выполнения команд процессором.
• Механизм обработки прерываний подразумевает выполнение шагов:
1) установление факта прерывания;
2) запоминание состояния прерванного процесса вычислений.
3) управление аппаратно передается на подпрограмму обработки прерывания;
4) сохранение информации о прерванной программе, которую не удалось спасти помощью аппаратуры;
5) собственно выполнение программы, связанной с обработкой прерывания;
6) восстановление информации, относящейся к прерванному процессу;
7) возврат на прерванную программу.
• Шаги 1-3 реализуются аппаратно, шаги 4-7 — программно.
• Прерывания, возникающие при работе вычислительной системы, можно разделить на два основных класса: внешние (их иногда называют асинхронными) и внутренние (синхронные).
|
|
|
• Внешние прерывания вызываются асинхронными событиями, которые происходят вне прерываемого процесса.
• Внутренние прерывания вызываются событиями, которые связаны с работой процессора, и являются синхронными с его операциями.
• Наконец, существуют собственно программные прерывания.
• Процессор может обладать средствами защиты от прерываний: отключение системы прерываний, маскирование (запрет) отдельных сигналов прерывания.
• Программное управление специальными регистрами маски (маскирование сигнала прерывания) позволяет реализовать различные дисциплины обслуживания:
• с относительными приоритетами, то есть обслуживание не прерывается даже при наличии запросов с более высокими приоритетами.
• с абсолютными приоритетами, то есть всегда обслуживается прерывание с наивысшим приоритетом.
• по принципу стека (последним пришел, первым обслужен).
|
|
|
