Операционные системы

Операционные  системы, в свою очередь, 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 с вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

• различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Напр., 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 чужого взора, 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, «нарезает» процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочередно 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 (multitasking, multiprogramming) - свойство операционной системы и ЭВМ, при которой один процессор может обрабатывать несколько разных программ или разных частей одной программы одновременно. При этом все программы вместе удерживаются в оперативной памяти и каждая выполняется за какой-то период времени.  

В составе ОС различают три группы компонентов:

• ядро, содержащее планировщик;

• драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием;

• сетевую подсистему, файловую систему;

• системные библиотеки и оболочку 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 ядерным  ресурсам, 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.

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.

Текущая редакция стандарта на ОС содержит определения  около тысячи системных вызовов и других библиотечных подпрограмм (часть из которых должна реализоваться только в определённых классах систем; напр., в системах «реального времени») и около 200 команд оболочки и утилит ОС. Стандарт определяет лишь функции вызовов и команд, и не содержит указаний относительно способов их реализации.

Стандарт, кроме  этого, определяет способ адресации  файлов в системе, локализацию (установки, касающиеся национально-специфических  моментов, таких, как язык сообщений  или формат даты и времени), совместимый набор символов, синтаксис регулярных выражений, структуру каталогов в файловой системе, формат командной строки и некоторые другие аспекты поведения ОС.

В определении  состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включается и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков). Операциональной замкнутостью обладают системы, удовлетворяющие «разработческому» профилю в терминах стандарта.

Типы  ОС:

• графические (с наличием графического пользовательского интерфейса - GUI) - текстовые (только командная строка);

• бесплатные - платные;

• открытые (с возможностью редактировать исходный код) - закрытые (без возможности редактировать исходный код);

• клиентские - серверные;

• высокая стабильность (устойчивость к сбоям аппаратной части)- низкая стабильность;

• простая в администрировании (для рядового пользователя) - сложная, для системных администраторов;

• 16-разрядная - 32-разрядная - 64-разрядная (в далеком прошлом были еще и 8-разрядные);

• с высоким уровнем безопасности данных - с низким уровнем безопасности.

Виды  ОС:

• Многопользовательская система, система с коллективным доступом, система коллективного доступа (multiuser system, multiaccess system) - вычислительная система или ее часть (например операционная система), позволяющая нескольким пользователям одновременно иметь доступ к одной ЭВМ со своего терминала (локального или удаленного). Многопользовательский характер работы достигается благодаря режиму разделения времени, который заключается в очень быстром переключении ЭВМ между разными терминалами и программами и соответственно быстрой отработке команд каждого пользователя. При этом последний не замечает задержек времени, связанных с обслуживанием других пользователей. Примерами разработок указанного вида могут служить помимо Windows операционные системы: NetWare, созданная и развиваемая фирмой Novell (США) для локальных информационных вычислительных систем; Unix фирмы AT&T’s Bell Laboratories (США); REAL/32 и др.

• Однопользовательская система (one user system) -  операционная система, не обладающая свойствами многопользовательской. Примерами однопользовательских ОС являются MS DOS фирмы Microsoft (США) и ОС/2, созданная совместно Microsoft и IBM.

Сетевая операционная система, СОС (NOS, Network Operating System) - операционная система, предназначенная для обеспечения работы вычислительной сети. Примерами сетевых операционных систем являются Windows NT, Windows 2000, Novel Netware, Unix, Linux и др.

Функции:

• Управление памятью;

• Управление доступом к устройствам ввода-вывода;

• Управление файловой системой;

• Управление взаимодействием процессов, диспетчеризация процессов;

• Управление использованием ресурсов;

• Загрузка программ в оперативную память и их выполнение;

• Интерфейс с пользователем;

• Межмашинное взаимодействие (сеть);

• Защита самой системы и пользовательских данных и программ;

• Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература.

• http://ru.wikipedia.org/wiki/%CE%EF%E5%F0%E0%F6%E8%EE%ED%ED%E0%FF_%F1%E8%F1%F2%E5%EC%E0
• http://ru.wikibooks.org/wiki/%D0%9E%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D1%8B
• http://www.twirpx.com/files/informatics/os/refs/
• Гордеев А. В. Операционные системы: Учебник для вузов. — 2-е изд. — СПб.: Питер, 2007. — 416 с.