Операционные системы для персонального компьютера, общие черты и различия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Требования к операционной системе

Надежность. Операционная система  должна быть надежной, как и аппаратура, с которой она взаимодействует. Она должна иметь возможность  определения и диагностирования собственных ошибок, а также восстановления работоспособности компьютера после  большинства характерных ошибок, происходящих по вине пользователя. Кроме  того, ОС должна минимизировать вред, который  пользователь может причинить системе  своими неправильными действиями.

Защита программ и данных. Операционная система должна защищать выполняемые  программы и данные от взаимного  влияния их друг на друга.

Предсказуемость. Операционная система  должна отвечать на запросы пользователя предсказуемым образом. Результаты выполнения любых команд пользователя должны быть одними и теми же, вне  зависимости от последовательности, в которой эти команды посылаются на исполнение.

Удобство. Операционная система должна облегчать работу пользователю, освобождая его от задач по управлению ресурсами  ЭВМ и распределению их между  программами. Система должна быть спроектирована с учетом основных факторов человеческой психологии.

Эффективность. При распределении  ресурсов операционная система должна использовать минимум системных  ресурсов для собственных нужд, максимально  предоставляя их выполняющимся задачам (программам) пользователя.

Гибкость. ОС должна позволить увеличивать  или уменьшать используемые аппаратные ресурсы для того чтобы улучшать эффективность скорость работы программ.

Модифицируемость. ОС должна иметь  возможность добавления новых функциональных модулей, появляющихся в процессе ее совершенствования.

Ясность. Пользователь может оставаться в неведении от механизма внутренних операций ОС, но в то же время должен иметь возможность получения  полного отчета о ходе их выполнения.

 

 

 

 

 

 

1.3 Состав ОС и назначение, ее компонент

Важнейшим достоинством большинства  ОС является модульность. Это свойство позволяет объединить в каждом модуле определенные логически связанные  группы функций. Если возникает необходимость  в замене или расширения такой  группы функций, это можно сделать  путем замены или модификации  лишь одного модуля, а не всей системы.

Большинство ОС состоит из следующих  основных модулей: базовая система ввода-вывода (BIOS - Basic Input Output System); загрузчик операционной системы (Вoot Record); ядро ОС; драйверы устройств; командный процессор; внешние команды (файлы).

Базовая система ввода-вывода (BIOS) -- это набор микропрограмм реализующих  основные низкоуровневые (элементарные) операции ввода-вывода. Они хранятся в ПЗУ компьютера и записываются туда при изготовлении материнской  платы. Данная система, по сути, «встроена» в компьютер и является одновременно его аппаратной частью и частью операционной системы.

Первая функция BIOS -- автоматическое тестирование основных компонентов  компьютера при его включении. При  обнаружении ошибки на экран выводится  соответствующее сообщение и/или  выдается звуковой сигнал.

Далее BIOS осуществляет вызов блока  начальной загрузки операционной системы, находящейся на диске (эта операция выполняется сразу по окончании  тестирования). Загрузив в ОЗУ этот блок, BIOS передает ему управление, а  он в свою очередь загружает другие модули ОС.

Еще одна важная функция BIOS -- обслуживание прерываний. При возникновении определенных событий (нажатие клавиши на клавиатуре, щелчок мыши, ошибка в программе  и т.д.) вызывается одна из стандартных  подпрограмм BIOS по обработке возникшей  ситуации.

Загрузчик операционной системы -- это короткая программа, находящаяся в первом секторе любого загрузочного диска (дискеты или диска с операционной системой). Функция этой программы заключает в считывании в память основных дисковых файлов ОС и передаче им дальнейшего управления ЭВМ.

Ядро. ОС реализует основные высокоуровневые  услуги, загружается ОЗУ и остается в ней постоянно. В ядре ОС выделяют несколько подсистем, каждая из которых отвечает за выполнение той или иной задачи.

1.4 Обзор файловых систем

В Основе любой операционной системы  лежит принцип организации работы внешнего устройства хранения информации. Несмотря на то, что внешняя память может быть технически реализовала на разных материальных носителях (например, в виде гибкого магнитного диска или магнитной ленты) их объединяет принятый в операционной системе принцип организации хранения логически связанных наборов информации в виде так называемых файлов.

Файл - логически связанная совокупность данных или программ, для размещения которой во внешней памяти выделяется именованная область.

Файл служит учетной единицей информации в операционной системе.

Любые действия с информацией в MS DOS осуществляются над файлами: запись на диск, вывод на экран, ввод с клавиатуры, печать, считывание информации CD - ROM и  пр.

На диске файл не требует для  своего размещения непрерывного пространства, обычно он занимает свободные кластеры в разных частях диска. Сведения о  номерах этих кластеров хранятся в специальной FAT- таблице. Кластер  является минимальной единицей пространства диска, которое может быть отведено файлу. Самый маленький файл занимает один кластер, большие файлы - несколько десятков кластеров.

В файле могут храниться разнообразные  виды и формы представления информации: тексты, рисунки, чертежи, числа, программы, таблицы и т.п.

Часто файлы разделяют на две категории - текстовые и двоичные. Текстовые файлы предназначены для чтения человеком. Они состоят из строк символов, причем каждая строка оканчивается двумя специальными символами «возврат каретки» (CR) и «новая строка» (LF).

При редактировании и просмотре  текстовых файлов эти специальные  символы, как правило не видны. В текстовых файлах хранятся тексты программ, командных файлов DOS и т.д. Файлы, не являющиеся текстовыми, по традиции называются двоичными.

Каждая программа (кроме операционной системы, которая запускается при  включении компьютера) содержит в  своем составе файл, который запускает  эту программу. Такой файл называется исполнимым файлом. Иначе говоря, исполнимый файл - это головной файл программы, запускающий ее на выполнение. Если программа состоит из одного файла, то этот файл и является исполнимым файлом. По традиции исполнимые файлы обычно имеют расширение имени .COM или .EXE.

Кроме файлов программ, на дисках всегда будут файлы, содержащие данные, с  которыми мы работаем. Чаще всего все  данные, соответствующие одному документу, с которым мы работаем, содержатся в одном файле.

Такие файлы обычно называют файлами  документов. Например, большинство  редакторов текстов, электронных таблиц, графических редакторов сохраняют  любой обрабатываемый документ (таблицу, рисунок и т.д.) в одном файле. Для работы с такими документами надо запустить соответствующую программу и считать (часто говорят - открыть) файл документа в этой программе.

В компьютере обычно имеется несколько  накопителей на магнитных дисках (дисководов). В компьютере может  быть два накопителя на гибких магнитных  дисках, обозначаемых А: и В:, или  один А: и один накопитель на жестком  магнитном диске С: (накопители на жестких дисках обозначаются начиная с С:.

Текущий дисковод - это дисковод с которым работает пользователь в настоящее время. MS DOS по умолчанию ищет все задаваемые пользователем файлы на текущем дисководе. Сменить текущий дисковод можно с помощью команд MS DOS . Помимо накопителей на магнитных дисках компьютер может иметь и другие устройства. В операционной системе MS DOS используются следующие имена устройств:

AUX - дополнительное устройство, присоединяемое к коммуникационному порту COM1:;

СОМ1: - СОМ3:- устройства, присоединяемые к коммуникационным портам 1 -3 (например, модем)

LPT1: - LPT3: - устройства, присоединяемые к последовательным портам 1-З (обычно это принтеры);

CON - при вводе - клавиатура, при выводе - экран;

PRN - принтер, подключенный к LPT1:;

NUL - «пустое» устройство; все операции ввода - вывода для этого устройства игнорируются, но сообщения о выполнении операций выдаются.

Даже если добавить к этим именам какое-либо расширение, все равно MS DOS будет воспринимать это как  обращение к устройству. Однако расширения имени файлов .CON, .AUX, .PRN и .NUL вполне допустимы.

Каждый файл имеет имя, которое  состоит из двух частей: собственно имени и расширения. В ОС MS DOS в  имени файла может быть от 1 до 8 символов (OS /2 и Windows - 95 позволяю использовать длинные имена файлов - до 254 символов). Некоторые имена файлов являются запрещенными так как MS DOS понимает их как имена устройств.

Расширение имени файла (тип  файла) начинается с точки, за которой  следуют от 1 до З символов.

Например:

command.com

paper. Doc

autoexec. Bat

Имя. Расширение

Символы имени и расширении могут  быть прописными и строчными латинскими буквами, цифрами и символами -- @ ! () $ % # ' { }

Расширение имени файла является необязательным. Оно, как правило, определяет содержание файла, поэтому использование  расширения весьма удобно, так как  по расширению можно узнать, какая  программа создала файл.

Стандартными расширениями являются, например:

.com, .exe - готовые к выполнению программы;

.sys - драйверы ОС;

.bat - командные файлы;

.pas - программы на Паскале;

.bas - программы на Бейсике;

.c - программы на Си;

.doc, .txt, .lst - документы, тексты и т.д.;

В имени и расширении имени файла  прописные и строчные буквы являются эквивалентными, так как MS DOS переводит  все строчные буквы в соответствующие прописные буквы.

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Характеристика современных  операционных систем

Современные операционные системы  или операционные системы реального  времени (ОСРВ) предназначены для  обеспечения интерфейса к ресурсам критических по времени систем реального  времени. Основной задачей в таких  системах является своевременность  выполнения обработки данных.

В качестве основного требования к  ОСРВ выдвигается требование обеспечения  предсказуемости или детерминированности  поведения системы в наихудших  внешних условиях, что резко отличается от требований к производительности и быстродействию универсальных  ОС. Хорошая ОСРВ имеет предсказуемое поведение при всех сценариях системной загрузки.

Существует некое различие между  системами реального времени  и встроенными системами. От встроенной системы не всегда требуется, чтобы  она имела предсказуемое поведение, и в таком случае она не является системой реального времени. Однако даже беглый взгляд на возможные встроенные системы позволяет утверждать, что  большинство встроенных систем нуждается  в предсказуемом поведении, по крайней  мере, для некоторой функциональности, и таким образом, эти системы  можно отнести к системам реального  времени.

Принято различать системы мягкого (soft) и жесткого (hard) реального времени. В системах жесткого реального времени неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время ведет к отказам и невозможности выполнения поставленной задачи. В большинстве русскоязычной литературы такие системы называют системами с детерминированным временем. При практическом применении время реакции должно быть минимальным. Системами мягкого реального времени называются системы, не попадающие под определение "жесткие", т.к. в литературе четкого определения для них пока нет. Системы мягкого реального времени могут не успевать решать задачу, но это не приводит к отказу системы в целом. В системах реального времени необходимо введение некоторого директивного срока, до истечения которого задача должна обязательно выполниться. Этот директивный срок используется планировщиком задач как для назначения приоритета задачи при ее запуске, так и при выборе задачи на выполнение.

Мартин Тиммерман сформулировал следующие необходимые требования для ОСРВ:

• ОС должна быть многозадачной и допускающей вытеснение (preemptable),
• ОС должна обладать понятием приоритета для потоков,
• ОС должна поддерживать предсказуемые механизмы синхронизации,
• ОС должна обеспечивать механизм наследования приоритетов,
• поведение ОС должно быть известным и предсказуемым (задержки обработки прерываний, задержки переключения задач, задержки драйверов и т.д.); это значит, что во всех сценариях рабочей нагрузки системы должно быть определено максимальное время отклика.

В течение последних 25-30 лет структура  операционных систем эволюционировала от монолитной к многослойной структуре  ОС и далее к архитектуре клиент-сервер. При монолитной структуре ОС состоит из набора модулей, и изменения одного модуля влияют на другие модули. Чем больше модулей, тем больше хаоса при эксплуатации такой системы. Кроме того, невозможно распределить ОС в многопроцессорной системе. В многослойной структуре изменения одного слоя влияют на соседние слои; кроме того, обращение через слой невозможно. Для систем реального времени должно быть обеспечено прямое обращение к каждому слою ОС, а иногда напрямую к аппаратуре.