Файловая структура операционных систем

 

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой структуры, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой структуры – табличный. Поверхность жёсткого диска рассматривается как трёхмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов (FAT-таблицах). К FAT-таблице предъявляются очень высокие требования по её надёжности, поскольку нарушение FAT-таблицы приводит к нарушению доступа к данным, записанным на диске. Поэтому FAT-таблица создаётся в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролируется средствами операционной системы.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Ёмкость сектора составляет 512 Кбайт. Поскольку ёмкость FAT-таблицы ограничена, то для дисков, ёмкость которых превышает 32 Мбайта, обеспечить адресацию к каждому отдельному сектору невозможно. С целью устранения этого недостатка секторы условно объединяются в кластеры. Кластер – это наименьшая единица адресации к данным. Ёмкость кластера не фиксирована и зависит от ёмкости диска.

Несмотря на то, что сведения о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры, а все необходимые преобразования берёт на себя операционная система.

Под управлением операционной системы осуществляются следующие функции обслуживания файловой структуры:

· создание файлов и присвоение им имён;

· создание каталогов (папок) и присвоение им имён;

· копирование и перемещение файлов между дисками и между каталогами (папками) одного диска;

· удаление файлов и каталогов (папок);

· навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);

· управление атрибутами файлов.

Файл – это именованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку файл может иметь нулевую длину, то создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой структуре – это одна из функций операционной системы. По способам именования файлов различают “короткое” и “длинное” имя.

Короткое имя файла состоит из двух частей: собственно имени (длина имени от 1 до 8 символов) и расширения имени (длина 3 символа). Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут состоять только из алфавитно-цифровых символов латинского (английского) алфавита. Основным недостатком таких имён является их низкая содержательность, так как несколькими символами не всегда удаётся выразить характеристику файла. С появлением операционных систем серии Windows (начиная с Windows 95) стало возможным создавать длинные имена файлов.

Длинное имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имён файлов. Длинное имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ /: *? “ < > |. В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.

В современных операционных системах Windows использование длинных имён файлов имеет ряд особенностей:

· в корневой папке диска (на верхнем уровне иерархической файловой структуры) нежелательно хранить файлы с длинными именами, так как в этой папке ограничено количество единиц хранения, поэтому, чем длиннее имена, тем меньше файлов можно разместить в корневой папке;

· существует жёсткое ограничение на длину полного имени файла (в него кроме собственного имени файла входит путь доступа к файлу, начиная от вершины иерархической структуры). Полное имя не может быть длиннее 260 символов;

· разрешается использовать символы любых алфавитов, в том числе и русского;

· прописные и строчные буквы не различаются операционной системой;

· во многих случаях выбор расширения имени файла не является частным делом пользователя. Приложения операционных систем предлагают выбрать только основную часть имени и указать тип файла, а соответствующее расширение имени создаётся автоматически.

Кроме имени файла операционная система хранит для каждого файла дату его создания (изменения) и его атрибуты – это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять. Состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами. К основным атрибутам относятся следующие четыре:

· только для чтения (Readonly), то есть файл не предназначен для внесения изменений;

· скрытый (Hidden), то есть файл не отображается на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного повреждения файла;

· системный (System) – это файлы, обладающие важными функциями в работе самой операционной системы;

· архивный (Archive) в прошлом использовался для работы программ резервного копирования. В современных операционных системах утратил практическое значение, так как используются другие средства для резервного копирования.

 

Что мы постоянно делаем на компьютере? Правильно, проводим какие либо операции с файлами или папками. Просматриваем, изменяем, удаляем и т.д. Конечно, чаще всего мы их просматриваем — двойной щелчок мыши, и содержимое, с помощью программы проводник win­dows, отображается у нас перед глазами. Кстати, о двойном щелчке — промежуток между нажатиями должен быть не меньше заданного предела. Иначе операционная система, не воспримет двойное нажатие как одно действие. А одиночный щелчок позволит лишь выделить объект. Для того чтобы проводить операции над группой файлов, вы должны выделить их все. Держите нажатой клавишу Shift, и левой кнопкой мыши поочередно щелкайте по нужным объектам. Либо держите нажатой левую кнопку мыши и передвигайте указатель — будет появляться рамка выделения, и попадающие в нее объекты будут выделены, как только вы отпустите кнопку. Нажатие сочетание клавиш Ctrl+А позволит выделить все файлы в текущей папке.

Как правило, ос Win­dows знает, какую программу запускать, при двойном щелчке на объекте, того или иного формата. Но если вас выбор системы не устраивает, сделайте следующую операцию. Вызовите контекстное меню, для файла, щелкнитеоткрыть с помощью, и выберете необходимую программу. Подробно этот процесс описан в материале — настройка программ по умолчанию.

Как вы уже поняли, в основном, для операций мы будем использовать именно контекстное меню какого-либо объекта. Есть, конечно, для некоторых целей сочетания, но мы учимся как говориться с нуля, поэтому начнем с простого.

Создание. До этого, мы пробовали делать что-либо с уже существующим файлом. А что если объекта еще нет? Нужно его создать. Давайте для начала, сделаем для наших экспериментов тестовую папку с именем “рабочая папка”. Делается это следующим образом: щелкните левой кнопкой мыши, в свободном месте рабочего стола, вызовете контекстное меню, подведите мышку к строке создать, и затем в появившемся меню, выберите пункт папка. Вновь появившейся папке сразу задайте выбранное нами имя. Строка названия будет выделена, поэтому сразу набирайте на клавиатуре “рабочая папка”. Отлично, мы научились создавать объекты. Точно так же можно создавать ярлыки и значки, текстовые файлы, архивы и т.д.

Переименовывание. Если нас перестанет устраивать выбранное нами имя папки (или любого другого объекта), мы можем ее легко переименовать. Выделите объект, откройте контекстное меню и нажмите строчку переименовать. Задайте нужное имя, и нажмите кнопку Enter для завершения операции.

Копировать/вставить. Представим ситуацию, когда нам нужен дубликат файла, расположенного у нас на флэш карте памяти, в нашей созданной “рабочей папке”. Воспользуемся командой копировать. Выделяем исходный объект, вызываем контекстное меню и щелкаем строчку копировать. Теперь у нас есть копия объекта во временной памяти (буфер обмена). Теперь вызываем контекстное меню для нашей рабочей папки, и щелкаем вставить. Отлично, мы получили копию нужного объекта.

Вырезать. Аналогично предыдущей операции, с той лишь разницей, что мы извлекаем объект из исходного места расположения, и помещаем в нужное нам.

Удаление. Последняя из рассмотренных операций над файлами. Если в каком либо объекте мы больше не нуждаемся, есть смысл удалить его, чтобы не занимать ограниченное место на жестком диске. Вызовете контекстное меню и щелкните кнопку удалить. Имейте ввиду, что, таким образом, вы переместите файл во временное хранилище — корзину win­dows. А для окончательного удаления, необходимо ее очистить. Избежать этого можно выделив нужный объект, а затем нажать Shitf+Del — это приведет к немедленному, полному удалению файла.

 

8) История развития ЭВМ. Поколения вычислительных машин.

 

Первое поколение ЭВМ (1945-1954 гг.) В этот период формируется типовой набор структурных элементов, входящих в состав ЭВМ. К этому времени у разработчиков уже сложилось примерно одинаковое представление о том, из каких элементов должна состоять типичная ЭВМ. Это - центральный процессор (ЦП), оперативная память (или оперативно запоминающее устройство - ОЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ). ЦП, в свою очередь, должен состоять из арифметико-логического устройства (АЛУ) и управляющею устройства (УУ). Машины этого поколения работали на ламповой элементной базе, из-за чего поглощали огромное количество энергии и были очень не ненадежны. С их помощью, в основном, решались научные задачи. Программы для этих машин уже можно было составлять не на машинном языке, а на языке ассемблера.

 

Второе поколение ЭВМ (1955-1964 гг.). Смену поколений определило появление новой элементной базы: вместо громоздкой лампы в ЭВМ стали применяться миниатюрные транзисторы, линии задержки как элементы оперативной памяти сменила память на магнитных сердечниках. Это в конечном итоге привело к уменьшению габаритов, повышению надежности и производительности ЭВМ. В архитектуре ЭВМ появились индексные регистры и аппаратные средства для выполнения операций с плавающей точкой. Были разработаны команды для вызова подпрограмм.

 

Появились языки программирования высокого уровня - Algol, FORTRAN, COBOL, - создавшие предпосылки для появления переносимого программного обеспечения, не зависящего от типа ЭВМ. С появлением языков высокого уровня возникли компиляторы для них, библиотеки стандартных подпрограмм и другие хорошо знакомые нам сейчас вещи.

 

Важное новшество, которое хотелось бы отметить, - это появление так называемых процессоров ввода-вывода. Эти специализированные процессоры позволили освободить центральный процессор от управления вводом-выводом и осуществлять ввод-вывод с помощью специализированного устройства одновременно с процессом вычислений. На этом этапе резко расширился круг пользователей ЭВМ и возросла номенклатура решаемых задач. Для эффективного управления ресурсами машины стали использоваться операционные системы (ОС).

 

Третье поколение ЭВМ (1965-1970 гг.). Смена поколений вновь была обусловлена обновлением элементной базы: вместо транзисторов в различных узлах ЭВМ стали использоваться интегральные микросхемы различной степени интеграции. Микросхемы позволили разместить десятки элементов на пластине размером в несколько сантиметров. Это, в свою очередь, не только повысило производительность ЭВМ, но и снизило их габариты и стоимость. Появились сравнительно недорогие и малогабаритные машины - Мини-ЭВМ. Они активно использовались для управления различными технологическими производственными процессами в системах сбора и обработки информации.

 

Увеличение мощности ЭВМ сделало возможным одновременное выполнение нескольких программ на одной ЭВМ. Для этого нужно было научиться координировать между собой одновременно выполняемые действия, для чего были расширены функции операционной системы.

 

Одновременно с активными разработками в области аппаратных и архитектурных решений растет удельный вес разработок в области технологий программирования. В это время активно разрабатываются теоретические основы методов программирования, компиляции, баз данных, операционных систем и т. д. Создаются пакеты прикладных программ для самых различных областей жизнедеятельности человека.

 

Теперь уже становится непозволительной роскошью переписывать все программы с появлением каждого нового типа ЭВМ. Наблюдается тенденция к созданию семейств ЭВМ, то есть машины становятся совместимы снизу вверх на программно-аппаратном уровне. Первая из таких семейств была серия IBM System/360 и наш отечественный аналог этого компьютера - ЕС ЭВМ.

 

Четвертое поколение ЭВМ (1970-1984 гг.). Очередная смена элементной базы привела к смене поколений. В 70-е годы активно ведутся работы по созданию больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС), которые позволили разместить на одном кристалле десятки тысяч элементов. Это повлекло дальнейшее существенное снижение размеров и стоимости ЭВМ. Работа с программным обеспечением стала более дружественной, что повлекло за собой рост количества пользователей.

 

В принципе, при такой степени интеграции элементов стало возможным попытаться создать функционально полную ЭВМ на одном кристалле. Соответствующие попытки были предприняты, хотя они и встречались, в основном, недоверчивой улыбкой. Наверное, этих улыбок стало бы меньше, если бы можно было предвидеть, что именно эта идея станет причиной вымирания больших ЭВМ через каких-нибудь полтора десятка лет.

 

Тем не менее в начале 70-х годов фирмой Intel был выпущен микропроцессор (МП) 4004. И если до этого в мире вычислительной техники были только три направления (супер ЭВМ, большие ЭВМ (мэйнфреймы) и мини-ЭВМ), то теперь к ним прибавилось еще одно - микропроцессорное. В общем случае под процессором понимают функциональный блок ЭВМ, предназначенный для логической и арифметической обработки информации на основе принципа микропрограммного управления. По аппаратной реализации процессоры можно разделить на микропроцессоры (полностью интегрированы все функции процессора) и процессоры с малой и средней интеграцией. Конструктивно это выражается в том, что микропроцессоры реализуют все функции процессора на одном кристалле, а процессоры других типов реализуют их путем соединения большого количества микросхем.

 

 

Intel 4004

Итак, первый микропроцессор 4004 был создан фирмой Intel на рубеже 70-х годов. Он представлял собой 4-разрядное параллельное вычислительное устройство, и его возможности были сильно ограничены. 4004 мог производить четыре основные арифметические операции и применялся поначалу только в карманных калькуляторах. Позднее сфера его применения была расширена за счет использования в различных системах управления (например, для управления светофорами). Фирма Intel, правильно предугадав перспективность микропроцессоров, продолжила интенсивные разработки, и один из ее проектов в конечном итоге привел к крупному успеху, предопределившему будущий путь развития вычислительной техники.

 

 

Intel 8080

Им стал проект по разработке 8-разрядного процессора 8080 (1974 г.). Этот микропроцессор имел довольно развитую систему команд и умел делить числа. Именно он был использован при создании персонального компьютера Альтаир, для которого молодой Билл Гейтс написал один из своих первых интерпретаторов языка BASIC. Наверное, именно с этого момента следует вести отсчет 5-го поколения.

 

Пятое поколение ЭВМ (1984 г. – наши дни) можно назвать микропроцессорным. Заметьте, что четвертое поколение закончилось только в начале 80-х, то есть родители в лице больших машин и их быстро взрослеющее и набирающее силы «чадо» В течение почти 10 лет относительно мирно существовали вместе. Для них обоих это время пошло только на пользу. Проектировщики больших компьютеров накопили огромный теоретический и практический опыт, а программисты микропроцессоров сумели найти свою, пусть поначалу очень узкую, нишу на рынке.

 

 

Intel 8086

В 1976 году фирма Intel закончила разработку 16-разрядного процессора 8086. Он имел достаточно большую разрядность регистров (16 бит) и системной шины адреса (20 бит), за счет чего мог адресовать до 1 Мбайт оперативной памяти.

 

В 1982 году был создан 80286. Этот процессор представлял собой улучшенный вариант 8086. Он поддерживал уже несколько режимов работы: реальный, когда формирование адреса производилось по правилам i8086, и защищенный, который аппаратно реализовывал многозадачность и управление виртуальной памятью. 80286 имел также большую разрядность шины адреса - 24 разряда против 20 у 8086, и поэтому он мог адресовать до 16 Мбайт оперативной памяти. Первые компьютеры на базе этого процессора появились в 1984 году. По своим вычислительным возможностям этот компьютер стал сопоставим с IBM System/370. Поэтому можно считать, что на этом четвертое поколение развития ЭВМ завершилось.

 

 

Intel 80286

В 1985 году фирма Intel представила первый 32-разрядный микропроцессор 80386, аппаратно совместимый снизу вверх со всеми предыдущими процессорами этой фирмы. Он был гораздо мощнее своих предшественников, имел 32-разрядную архитектуру и мог прямо адресовать до 4 Гбайт оперативной памяти. Процессор 386 стал поддерживать новый режим работы - режим виртуального 8086, который обеспечил не только большую эффективность работы программ, разработанных для 8086, но и позволил осуществлять параллельную работу нескольких таких программ. Еще одно важное нововведение - поддержка страничной организации оперативной памяти - позволило иметь виртуальное пространство памяти размером до 4 Тбайт.

 

 

Intel 80386

Процессор 386 был первым микропроцессором, в котором использовалась параллельная обработка. Так, одновременно осуществлялись: доступ к памяти и устройствам ввода-вывода, размещение команд в очереди для выполнения, их декодирование, преобразование линейного адреса в физический, а также страничное преобразование адреса (информация о 32-х наиболее часто используемых страницах помещалась в специальную кэш-память).

 

 

Intel 80486

Вскоре после процессора 386 появился 486. В его архитектуре получили дальнейшее развитие идеи параллельной обработки. Устройство декодирования и исполнения команд было организовано в виде пятиступенчатого конвейера, на втором в различной стадии исполнения могло находиться до 5 команд. На кристалл была помещена кэш-память первого уровня, которая содержала часто используемые код и данные. Кроме этого, появилась кэш-память второго уровня емкостью до 512 Кбайт. Появилась возможность строить многопроцессорные конфигурации. В систему команд процессора были добавлены новые команды. Все эти нововведения, наряду со значительным (до 133 МГц) повышением тактовой частоты микропроцессора, значительно позволили повысить скорость выполнения про грамм.

 

С 1993 года стали выпускаться микропроцессоры Intel Pentium. Их появление, начале омрачилось ошибкой в блоке операций с плавающей точкой. Эта ошибка была быстро устранена, но недоверие к этим микропроцессорам еще некоторое время оставалось.

 

 

Intel Pentium

Pentium продолжил развитие идей параллельной обработки. В устройство декодирования и исполнения команд был добавлен второй конвейер. Теперь два конвейера (называемых u и v) вместе могли исполнять две инструкции за такт. Внутренний кэш был увеличен вдвое - до 8 Кбайт для кода и 8 Кбайт для данных. Процессор стал более интеллектуальным. В него была добавлена возможность предсказания ветвлений, в связи с чем значительно возросла эффективность исполнения нелинейных алгоритмов. Несмотря на то что архитектура системы оставалась все еще 32-разрядной, внутри микропроцессора стали использоваться 128- и 256-разрядные шины передачи данных. Внешняя шина данных была увеличена до 64 бит. Продолжили свое развитие технологии, связанные с многопроцессорной обработкой информации.

 

Появление микропроцессора Pentium Pro разделило рынок на два сектора - высокопроизводительных рабочих станций и дешевых домашних компьютеров. В процессоре Pentium Pro были реализованы самые передовые технологии. В частности был добавлен еще один конвейер к имевшимся двум у процессора Pentium. Тем самым за один такт работы микропроцессор стал выполнять до трех инструкций.

 

 

Intel Pentium II

Более того, процессор Pentium Pro позволил осуществлять динамическое исполнение команд (Dynamic Execution). Суть его в том, что три устройства декодирования команд, работая параллельно, делят команды на более мелкие части, называемые микрооперациями. Далее эти микрооперации могут исполняться параллельно пятью устройствами (двумя целочисленными, двумя с плавающей точкой и одним устройством интерфейса с памятью). На выходе эти инструкции опять собираются в первоначальном виде и порядке. Мощь Pentium Pro дополняется усовершенствованной организацией его кэш-памяти. Как и процессор Pentium, он имеет 8 Кбайт кэш-памяти первого уровня и 256 Кбайт кэш-памяти второго уровня. Однако за счет схемных решений (использование архитектуры двойной независимой шины) кэш-память второго уровня расположили на одном кристалле с микропроцессором, что значительно повысило производительность. В Pentium Pro реализовали 36-разрядную адресную шину, что позволило адресовать до 64 Гбайт оперативной памяти.

 

Процесс развития семейства обычных процессоров Pentium тоже не стоял на месте. Если в процессорах Pentium Pro параллелизм вычислений был реализован за счет архитектурных и схемотехнических решений, то при создании моделей процессора Pentium пошли по другому пути. В них включили новые команды, для поддержки которых несколько изменили программную модель микропроцессора. Эти команды, получившие название MMX-команд (MultiMedia eXtention - мультимедийное расширение системы команд), позволили одновременно обрабатывать несколько единиц однотипных данных.

 

 

Intel Pentium III

Следующий выпущенный в свет процессор, названный Pentium II, объединил в себе все технологические достижения обоих направлений развития архитектуры Pentium. Кроме этого он имел новые конструктивные особенности, в частности, его корпус выполнен в соответствии с новой технологией изготовления корпусов. Не забыт и рынок портативных компьютеров, в связи с чем процессором поддерживаются несколько режимов энергосбережения.

 

Процессор Pentium III. Традиционно он поддерживает все достижения своих предшественников, главное (и, возможно, единственное?! ) его достоинство - наличие новых 70 команд, Эти команды дополняют группу MMX-команд, но для чисел с плавающей точкой. Для поддержки этих команд в архитектуру процессора был включен специальный блок.

 

9) Системное программное обеспечение. Операционные системы.

Системное программное обеспечение — это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами вычислительной системы, такими как процессор, оперативная память, каналы ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс» с одной стороны которого аппаратура, а с другой приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т.д.

 

Системное программное обеспечение - совокупность определенных программ, которые направлены на на то, чтобы обеспечивать обработку и передачи тех или иных данных, которые находятся на компьютере. Системный софт, это Операционная система. На ее основе строится работа других программных обеспечений в частности прикладное. Операционная система - это основа вашего компьютера и процессов, которые в нем протекают.

 

Системы на сегодняшний день бывают нескольких видов:

Многопользовательские операционные системы - система при которой, разрешен доступ к персональному компьютеру нескольким пользователям.

Однопользовательская. Система, при которой к компьютеру доступ имеет только один пользователь.

Сетевая система. Предназначена для работы вычислительных систем.

 

На сегодняшний момент на современном рынке компьютерных технологий, операционные системы представлены двумя крупнейшими производителями Windows и Linux. Хотя сейчас бесспорно превосходство первого производителя, но все же есть люди, которые предпочитают Linux, по каким-то причинам.

 

Корпорация Microsoft, на рынке производства программного обеспечения находится уже давно и сыскала себе как противников, так и активных сторонников. Компания Unix, на рынке компьютерных технологий, даже дольше, чем Microsoft, но к сожалению большого распространения не получила, однако в последнее время о ней стали отзываться довольно неплохо.

 

Операционные системы

 

Операционная система, сокр. ОС (англ. operating system) — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратными устройствами и прикладными программами, а с другой — предназначены для управления аппаратными устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных ОС общего назначения.В логической структуре типичной вычислительной системы ОС занимает положение между аппаратными устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой.

 

Разработчикам программного обеспечения ОС позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования аппаратных устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций (см. интерфейс программирования приложений).

 

Основные функции:

Выполнение по запросу программ тех достаточно элементарных

 

(низкоуровневых) действий, которые являются общими для большинства программ и часто встречаются почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.

Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.

Обеспечение пользовательского интерфейса.

Сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов.

 

Дополнительные функции:

Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.

Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.

Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.

Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.

Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.

Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (аутентификация, авторизация).

 

Понятие операционной системы

 

Существуют две группы определений ОС: «набор программ, управляющих оборудованием» и «набор программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны ОС.

 

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), сотовых телефонах и т. п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без ОС, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске. Тем не менее, некоторые микрокомпьютеры и игровые приставки всё же работают под управлением особых собственных ОС. В большинстве случаев это UNIX-подобные системы (последнее особенно верно в отношении программируемого коммутационного оборудования: межсетевых экранов, маршрутизаторов).

 

ОС нужны, если: вычислительная система используется для различных задач, причём программы, исполняющие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции; различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций); между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей; необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам); наконец, оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды, одна из которых — оболочка и набор стандартных утилит — является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы). Таким образом, современные универсальные ОС можно охарактеризовать, прежде всего, как использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным), многопользовательские (с разделением полномочий), многозадачные (с разделением времени).

 

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой ОС. В составе ОС различают три группы компонентов: ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система; системные библиотеки; оболочка с утилитами.

 

Большинство программ, как системных (входящих в ОС), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

 

В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

 

Ядро — центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройства ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.

 

Как основополагающий элемент ОС, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: