Операционные системы

                            1.6 Обзор операционных систем семейства Windows

Истоки зарождения операционной системы Windows следует искать в предшествующей ей операционной системе той же самой фирмы — DOS. Все операционные системы компании Microsoft, это, прежде всего, коммерческие проекты. Об этом нужно помнить всегда, особенно, когда стараешься понять истоки тех или других решений, как коммерческого плана, так и технического. Первой ОС из этого семейства была DOS. Может показаться, что DOS собственно имеет косвенное отношение к обсуждаемому предмету. Но, многие традиции, база пользователей и разработчиков, их привычки, идут именно оттуда. DOS была однозадачной однопользовательской операционной системой с текстовым интерфейсом. Первая версия Windows представляла собой нечто, негодное для работы и распространения не получила. Работать в Windows стало возможно, начиная с версии 3. В версии Windows For Workgroups 3.1 появилась возможность работы с сетью. Winodws серии 3 представляли собой запускаемую поверх DOS систему. Отличались невысокой надежностью. В 1995 годы вышла новая версия — Windows 95. Код частично был 32 разрядным, частично 16 разрядным, встроенная сеть. По сравнению с Windows серии 3 это был серьезный шаг вперед. Повысилась надежность, но до надежности UNIX-подобных ОС было еще далеко. В качестве рабочей станции с натяжкой конечно, надежности хватало, в качестве сервера, нет. Позже были выпущены еще две ОС этой линии, Windows 98 и Windows Me. После этого линия была закрыта. В 1993 году вышла новая версия — Windows NT 3.1. Это уже была полностью 32 разрядная система. Разработана она была с нуля, для ее разработки были наняты известные специалисты. Были внедрены новые концепции. Это подняло надежность почти до уровня надежности UNIX-подобных систем. Эта ОС уже могла работать в качестве сервера. Продолжение этой линии, операционные системы Windows 2000, Windows XP и Windows Vista. ОС линии NT были многозадачными, начиная с Windows XP[7], появилась и возможность работать нескольким пользователям, хотя и более ограниченная и гораздо менее удобная, чем у UNIX-подобных ОС. С точки зрения пользователя, Windows устроен примерно так:

ядро - работает с устройствами, управляет памятью и процессами, управляет графической подсистемой;

графическая подсистема - обеспечивает интерфейс с пользователем; приоритетная система для пользовательского интерфейса;

текстовая подсистема - обеспечивает текстовый интерфейс с пользователем; текстовый интерфейс весьма урезанный; набор утилит текстового режима как встроенных, так и других производителей, ограниченный; синтаксис и состав команд текстового режима меняется от версии к версии; запускается только поверх графического режима;

система удаленного доступа - появилась впервые, как встроенная в систему, в Windows NT Server 4.0. До этого были только продукты других фирм. В связи с тем, что запускается полноценная графическая сессия, потребляет очень много ресурсов. Наличие системы удаленного доступа и количество одновременных сессий может вообще отсутствовать или быть ограничено в разных версиях из коммерческих соображений.

В Windows доминирует так называемая концепция «тостер». Эта концепция — максимально облегчить вхождение пользователя в задачу. Программы в Windows, как правило, большие, на каждое действие есть пункт в меню или иконка. В системы программы связываются, как правило, с большим трудом.

Ухудшает ситуацию о построении комплексов на базе Windows то, что большинство программ — коммерческие и используют свои, бинарные и как правило, закрытые форматы данных и файлов. Такой подход превращает компьютер в устройство, которое может выполнять ограниченный изготовителем программного обеспечения (ПО) набор функций, в пределе в этакий своеобразный «тостер», который выполняет только то, что задумал его изготовитель. Плюс такого подхода — легкость вхождения неподготовленного пользователя. Минус — то, что обманутый кажущейся легкостью пользователь вообще не хочет ничему учиться и не выполнять необходимых действий. На поводу идут и производители ПО. Это одна из причин такого обилия документов отформатированных пробелами, пренебрежения безопасностью и как следствие вирусных эпидемий.

Рекомендуемые аппаратные требования на примере Windows 7.

32-битная версия Windows 7:

центральный процессор - x86 или x64 с тактовой частотой 1 ГГц;

объем оперативной памяти 1 ГБ;

объём жесткого диска 16 Гб (минимальное пространство для установки - 10.5 Гб);

информационный носитель DVD-ROM привод;

графический процессор-адаптер с поддержкой DirectX 9 и 128 Мб памяти.

Рекомендуются драйверы WDDM версии 1.0 и старше (WDM, вероятнее всего, будет поддерживаться в XP Mode). Известен случай запуска WDM в Windows 7).

64-битная версия Windows 7:

центральный процессор - x64 с тактовой частотой 1 ГГц;

объем оперативной памяти 2 ГБ;

объём жесткого диска              20 Гб (минимальное пространство для установки - 10.5 Гб);

информационный носитель              DVD-ROM привод;

графический процессор-адаптер с поддержкой DirectX 9 и 128 Мб памяти.

Рекомендуются драйверы WDDM версии 1.0 и старше (WDM, вероятнее всего, будет поддерживаться в XP Mode. Известен случай запуска WDM в Windows 7).

К плюсам я мог бы отнести такие как: поддержка очень большого ассортимента компьютерного оборудования. Практически любое аппаратное обеспечение имеет возможность использования под платформу Windows. Хотя быть может вам и потребуется время на поиски нужной программы-драйвера.

Огромное количество прикладных программ[8], на сегодняшний день это уже, наверное, более ста тысяч наименований. Для любой прикладной задачи на платформе Windows есть как минимум несколько десятков, для популярных задач существуют сотни программ. Выбрать есть из чего. На любой вкус.

Большое количество специалистов, которые более или менее хорошо знают семейство ОС Windows. То есть, если вам потребуется помощь, вы ее найдете легко и за умеренную цену.

Минусы семейства ОС Windows:

очень большое количество вредоносных программ (так называемые компьютерные вирусы) - эту проблему можно уменьшить за счет квалифицированной настройки ОС Windows и аккуратного ее использования в ситуациях риска, главная из которых Интернет;

жесткая зависимость от разработчика - ОС Windows распространяется только в бинарном виде, который труднодоступен для изменения, но более того, компания Microsoft вообще запрещает вносить какие-либо изменения в рабочие коды ОС Windows.

В наше время можно выделить как самые популярные и распространенные три ОС: Unix, Linux, Windows. Рассмотрим их более подробно.

2 Характеристика и особенности работы операционных систем Unix, Linux, Windows

2.1 Особенности операционной системы Unix

2.1.1 Основные определения операционной системы Unix

На первый взгляд UNIX выглядит неоправданно сложной операционной системой. Но под кажущейся сложностью скрывается очень простая и элегантная операционная система. Отдельные детали могут быть сложными, но общие принципы - просты. Одним из достоинств ОС UNIX является то, что система базируется на небольшом числе интуитивно ясных понятий. Однако, несмотря на простоту этих понятий, к ним нужно привыкнуть. Без этого невозможно понять существо UNIX.

Пользователь - с самого начала ОС UNIX замышлялась как интерактивная система. Другими словами, UNIX предназначен для терминальной работы. Чтобы начать работать, человек должен «войти» в систему, введя со свободного терминала свое учетное имя (account name) и, возможно, пароль (password). Человек, зарегистрированный в учетных файлах системы, и, следовательно, имеющий учетное имя, называется зарегистрированным пользователем системы. Регистрацию новых пользователей обычно выполняет администратор системы. Пользователь не может изменить свое учетное имя, но может установить и/или изменить свой пароль. Пароли хранятся в отдельном файле в закодированном виде. Все пользователи ОС UNIX явно или неявно работают с файлами. Файловая система ОС UNIX имеет древовидную структуру. Промежуточными узлами дерева являются каталоги со ссылками на другие каталоги или файлы, а листья дерева соответствуют файлам или пустым каталогам. Каждому зарегистрированному пользователю соответствует некоторый каталог файловой системы, который называется «домашним» (home) каталогом пользователя. При входе в систему пользователь получает неограниченный доступ к своему домашнему каталогу и всем каталогам и файлам, содержащимся в нем. Потенциально возможен доступ и ко всем другим файлам, однако он может быть ограничен, если пользователь не имеет достаточных привилегий.

Интерфейс пользователя - традиционный способ взаимодействия пользователя с системой UNIX основывается на использовании командных языков (правда, в настоящее время все большее распространение получают графические интерфейсы). После входа пользователя в систему для него запускается один из командных интерпретаторов (в зависимости от параметров, сохраняемых в файле /etc/passwd). Обычно в системе поддерживается несколько командных интерпретаторов с похожими, но различающимися своими возможностями командными языками. Общее название для любого командного интерпретатора ОС UNIX - shell (оболочка), поскольку любой интерпретатор представляет внешнее окружение ядра системы. Вызванный командный интерпретатор выдает приглашение на ввод пользователем командной строки. После выполнения очередной командной строки и выдачи на экран терминала или в файл соответствующих результатов, shell снова выдает приглашение на ввод командной строки, и так до тех пор, пока пользователь не завершит свой сеанс работы путем ввода команды logout или нажатием комбинации клавиш Ctrl-d. Командные языки, используемые в ОС UNIX, достаточно просты, чтобы новые пользователи могли быстро начать работать, и достаточно мощны, чтобы можно было использовать их для написания сложных программ. Последняя возможность опирается на механизм командных файлов (shell scripts), которые могут содержать произвольные последовательности командных строк. При указании имени командного файла вместо очередной команды интерпретатор читает файл строка за строкой и последовательно интерпретирует команды.

Привилегированный пользователь - ядро ОС UNIX идентифицирует каждого пользователя по его идентификатору (UID - User Identifier), уникальному целому значению, присваиваемому пользователю при регистрации в системе. Кроме того, каждый пользователь относится к некоторой группе пользователей, которая также идентифицируется некоторым целым значением (GID - Group IDentifier). Значения UID и GID для каждого зарегистрированного пользователя сохраняются в учетных файлах системы и приписываются процессу, в котором выполняется командный интерпретатор, запущенный при входе пользователя в систему. Эти значения наследуются каждым новым процессом, запущенным от имени данного пользователя, и используются ядром системы для контроля правомочности доступа к файлам, выполнения программ и т.д. Понятно, что администратор системы, который, естественно, тоже является зарегистрированным пользователем, должен обладать большими возможностями, чем обычные пользователи. В ОС UNIX эта задача решается путем выделения одного значения UID (нулевого). Пользователь с таким UID называется суперпользователем (superuser) или root. Он имеет неограниченные права на доступ к любому файлу и на выполнение любой программы. Кроме того, такой пользователь имеет возможность полного контроля над системой. Он может остановить ее и даже разрушить. Суперпользователь должен хорошо знать базовые процедуры администрирования ОС UNIX. Он отвечает за безопасность системы, ее правильное конфигурирование, добавление и исключение пользователей, регулярное копирование файлов и т.д. Еще одним отличием суперпользователя от обычного пользователя ОС UNIX является то, что на суперпользователя не распространяются ограничения на используемые ресурсы. Для обычных пользователей устанавливаются такие ограничения как максимальный размер файла, максимальное число сегментов разделяемой памяти, максимально допустимое пространство на диске и т.д. Суперпользователь может изменять эти ограничения для других пользователей, но на него они не действуют.

Программы - ОС UNIX одновременно является операционной средой использования существующих прикладных программ и средой разработки новых приложений. Новые программы могут писаться на разных языках (Фортран, Паскаль, Модула, Ада и др.). Однако стандартным языком программирования в среде ОС UNIX является язык Си (который в последнее время все больше заменяется на C++). Это объясняется тем, что, во-первых, сама система UNIX написана на языке Си, а, во-вторых, язык Си является одним из наиболее качественно стандартизованных языков. Поэтому программы, написанные на языке Си, при использовании правильного стиля программирования обладают весьма высоким уровнем мобильности, т.е. их можно достаточно просто переносить на другие аппаратные платформы, работающие как под управлением ОС UNIX, так и под управлением ряда других операционных систем (например, DEC Open VMS или MS Windows NT). Выполняемая программа может быть запущена в интерактивном режиме как команда shell или выполнена в отдельном процессе, образуемом уже запущенной программой.

Команды - любой командный язык семейства shell фактически состоит из трех частей: служебных конструкций, позволяющих манипулировать с текстовыми строками и строить сложные команды на основе простых команд; встроенных команд, выполняемых непосредственно интерпретатором командного языка; команд, представляемых отдельными выполняемыми файлами.

Процессы - процесс в ОС UNIX - это программа, выполняемая в собственном виртуальном адресном пространстве. Когда пользователь входит в систему, автоматически создается процесс, в котором выполняется программа командного интерпретатора. Если командному интерпретатору встречается команда, соответствующая выполняемому файлу, то он создает новый процесс и запускает в нем соответствующую программу, начиная с функции main. Эта запущенная программа, в свою очередь, может создать процесс и запустить в нем другую программу (она тоже должна содержать функцию main) и т.д.

Перенаправление ввода/вывода - механизм перенаправления ввода/вывода является одним из наиболее элегантных, мощных и одновременно простых механизмов ОС UNIX. Цель, которая ставилась при разработке этого механизма, состоит в следующем. Поскольку UNIX - это интерактивная система, то обычно программы вводят текстовые строки с терминала и выводят результирующие текстовые строки на экран терминала. Для того чтобы обеспечить более гибкое использование таких программ, желательно уметь обеспечить им ввод из файла или из вывода других программ и направить их вывод в файл или на ввод другим программам. Реализация механизма основывается на следующих свойствах ОС UNIX. Во-первых, любой ввод/вывод трактуется как ввод из некоторого файла и вывод в некоторый файл. Клавиатура и экран терминала тоже интерпретируются как файлы (первый можно только читать, а во второй можно только писать). Во-вторых, доступ к любому файлу производится через его дескриптор (положительное целое число). Фиксируются три значения дескрипторов файлов. Файл с дескриптором 1 называется файлом стандартного ввода (stdin), файл с дескриптором 2 - файлом стандартного вывода (stdout), и файл с дескриптором 3 - файлом стандартного вывода диагностических сообщений (stderr). В-третьих, программа, запущенная в некотором процессе, «наследует» от породившего процесса все дескрипторы открытых файлов. В головном процессе интерпретатора командного языка файлом стандартного ввода является клавиатура терминала пользователя, а файлами стандартного вывода и вывода диагностических сообщений - экран терминала. Однако при запуске любой команды можно сообщить интерпретатору (средствами соответствующего командного языка), какой файл или вывод какой программы должен служить файлом стандартного ввода для запускаемой программы и какой файл или ввод какой программы должен служить файлом стандартного вывода или вывода диагностических сообщений для запускаемой программы. Тогда интерпретатор перед выполнением системного вызова exec открывает указанные файлы, подменяя смысл дескрипторов 1, 2 и 3. Конечно, то же самое может проделать и любая другая программа, запускающая третью программу в специально созданном процессе. Следовательно, все, что требуется для нормального функционирования механизма перенаправления ввода/вывода - это придерживаться при программировании соглашения об использовании дескрипторов stdin, stdout и stderr. Это не очень трудно, поскольку в наиболее распространенных функциях библиотеки ввода/вывода printf, scanf и error вообще не требуется указывать дескриптор файла. Функция printf неявно использует stdout, функция scanf - stdin, а функция error - stderr. Операционная система UNIX, являющаяся первой в истории мобильной ОС, обеспечивающей надежную среду разработки и использования мобильных прикладных систем, одновременно представляет собой практическую основу для построения открытых программно-аппаратных систем и комплексов. Именно широкое внедрение в практику ОС UNIX позволило перейти от лозунга Открытых Систем к практической разработке этой концепции. Большой вклад в развитие направления Открытых Систем внесла деятельность по стандартизации интерфейсов ОС UNIX.