Управление данными в операционных системах

             Контроллеры типовых устройств,  как правило, являются  несъемными  и размещаются на системном  плате (motherboard) ПВЭМ. И далее, практически все устройства  требуют для своей работы программной поддержки ( как минимум – запуска и непрерывного функционирования  специальных программ – драйверов устройств, или более сложных прикладных  программ) .В более мощных системах (Unix,Windows NT) подобные программы входят в состав операционной  системы и обязательно присутствуют в машине . В случае же , например ,MS DOS- это необязательные компоненты, которые необходимо приобретать и устанавливать дополнительно. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.2.Накопители на магнитных носителях, файлы, цикл обработки. 

            Накопители данного типа являются  основной  средой хранения информации  в ЭВМ и разделяются  на  накопители на магнитных лентах (НМЛ) и магнитных дисках (НМД).  Появлявшиеся в различное время  магнитные барабаны и магнитные  карты особого распространения   не получили. В различные временные  периоды НМД  и НМЛ по  очереди доминировали в  качестве  основного вида накопителя. В  настоящее время устоялось следующее  представление: НМД используются  для оперативного (во время решения  задач)  хранения информации, НМЛ  - для резервного (архивного) хранения (стимеры).

             В состав  внешних запоминающих  устройств ЭВМ входят накопители  на магнитных лентах (НМЛ), магнитных  дисках (НМД), кассетных магнитных  лентах (НКМЛ), дискетах или гибких  магнитных дисках (НГМД) и т. д.  Наибольшее распространение получили  разработанные ранее других накопители  на магнитных лентах  и магнитных  дисках.

     Файл (набор данных на внешнем носителе) рассматривается как совокупность записей одинаковой структуры (обычно, хотя и необязательно - фиксированной длины), каждая из которых представляет собой набор (агрегат) разнородных данных (в языках программирования PL/1, Pascal, Си за подобными объектами так и закрепилось название структура – structure).

     Цикл  обработки файла  (например, внесение изменений в счета клиентов) включает следующие операции (рис. 2.1.):

• открытие файла - занятие устройства, на котором файл размещен(например, МД), создание в оперативной памяти управляющего блока, в котором записывается справка о состоянии файла, и буфера (или набора буферов –буферного пула) для хранения текущей, обрабатываемой записи файла;
• организацию цикла, управляемого файлом (заканчивается по исчерпании записей файла – наступлении состояния EOF- end-of-file), после чего выполняется некоторый оператор (обычно освобождение устройств). Цикл должен содержать команду типа  READ, GET(ввод записи) или PUT, WRITE(вывод записи) либо REWRITE (обновить запись). Команда READ может являться функциональным аналогом заголовка цикла;
• закрытие файла - выполнение операций по внесению всех окончательных изменений в файл и его реквизиты, освобождение памяти, отведенной под файл, и устройства, на котором он размещался.

     Таким образом. Траектория данных, обрабатываемых в компьютере, выглядит следующим  образом:

• считывание (ввод) порции (блок) данных с накопителя (ВУ) и помещение его в область ОП (буфер);
• извлечение данных из буфера, их обработка и помещение обратно или другой (выходной) буфер;
• после окончания обработки – вывод (запись) результатов на выходной накопитель также в форме одного или нескольких блоков.

     То  есть всякая правильно выполненная  и завершенная операция обработки  данных начинается считыванием информации с ВУ и должна заканчиваться записью  результата на ВУ. Всякое прерывание данной последовательности неминуемо приводить  к разрушению информации и потери данных.

             Рис.2.1.Типичная траектория данных при обработке в ЭВМ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3. Адресация, имена,  спецификация данных  в ОС. 

     Управление  данными. Понятие «Управление данными» является характерным не только для ОС, но и для СУБД. В чем же заключается различие?

     На  уровне ОС осуществляется связь между  адресом данных и именем (файла). В эпоху до появления ОС и систем программирования (СП) программист должен был писать программы в непосредственных адресах ЭВМ. Элементом такой программы является команда в абсолютных адресах, например, как это было в очень популярной в своё время двухадерной машине Минск 22/32:

     10 00 1234 7653

     («сложить  содержимое адреса 1234₈ с содержимым  адреса 7653₈ и записать по адресу 7653₈»).

     При этом управлении данными на внешних  носителях состояло в написании  команд вида:

     40 00 1200 0000

     47 00 0002 1234

     («  на устройстве накопления данных  на МЛ перемотать ленту на 12₈  зон (блоков), затем прочитать  2 зоны в оперативную память, размещая  данные с адреса 1234₈»).

     Операционные  системы избавляют программиста от таких забот, предоставляя возможность  оперировать файлами и их именами.

     При этом в различных ОС приняты различные  принципы именования данных.

     1.Для  OS/360 –«прабабушки» современных ОС – обозначение/ описания файла могло бы выглядеть следующим образом:

     UNIT=SYSDA, VOL=SER=MASTER, DSN=SYS2.PGMLIB (COPIER3),

что означает набор  данных (файл), который размещен на устройстве прямого доступа (НМД- SYSDA), причем пакет дисков имеет имя (метку) MASTER, имя файла состоит из группового обозначения (SYS2) и индивидуального (PGMLIB), причем последнее соответствует партиционному (состоящему из разделов) файлу, раздел которого COPIER3 и является основным фигурантом данного описания.

     2.Для  ОС RSX 11/20 (предшественница Unix) обозначения выглядят так:

     устройство: (g,n) имя. расширение; версия,

где устройство-идентификатор устройства;

     (g, n)- каталог (UIC-User Identification Code), идентификатор пользователя, состоящий из имени (номера) группы (g) и имени пользователя в группе (n);

     имя - выбираемое пользователем наименования НД (не более 8 символов);

     расширение - идентификатор файла (не более 3 символов), используемый для группирования файлов и типы.

     Некоторые стандартные типы файлов, используемые в ОС и в пользовательских программах:

.ftn-текст программы на Фортране;

.bas- текст программы на ЯП Бейсик;

.cmd – командный файл;

.tsk – исполнительный модуль;

.txt – текстовый файл. 

     Пример: DPO:( 1, 7 ) ADABAS.TSK ;1 – это программный модуль с именем ADABAS, размещенный в директории ( 1, 7 )на МД с адресом DPO:.

     Сокращенное наименование файла может состоять только из  имени. При этом  устройство и (g, n) берутся из системных умолчаний или пользовательских назначений; расширение – задается стандартным типом файла; версия – максимальная из существующих.

     Спецификация  файлов – соглашения о кратком групповом обозначении некоторой совокупности обрабатываемых, переименовываемых, удаляемых, копируемых и пр. файлов.

     В спецификации файлов могут  использоваться символы маскирования «*» и «?», вносимые в компоненты обозначения  файла, причем «*» соответствует  допустимой строке символов, а «?» - одному допустимому символу.

     Примеры:

( *, * )*. TSK; 2 – все файлы задач во всех директориях ,2-й версии;

( 1, 5) ADA*.SYS-файлы директории (1,5) с именем, начинающимся с ADA,расширением SYS ,1-й версии;

(5, 5)SYSTEM .?? – файлы с именем SYSTEM ,имеющие 2-символьные расширения.

Unix- спецификация файла может иметь вид;

ROOT/USR/ CPP/ EXPERT 2.C

     Здесь описан полный путь для поиска файла (EXPERT2.C –текст программы на ЯП. Си), включающий каталоги и подкаталоги ROOT,USR,CPP.Методы  групповой спецификации файлов в ОС Unix подробно в соответствующем разделе.

     4.MS DOS- спецификация файла в типовом случае выглядит так:

     C:\WIN98\PROGRAMMS\COMMAND.COM.

     Методы  групповой спецификации аналогичны указанным выше для RSX.

     Вначале для большинства ОС были установлены  ограничения на длину и состав имени файла, во многом аналогичные  ограничениям на идентификаторы переменных, принятых в то время в языках программирования:

• имя может содержать только символы заглавной латиницы, цифры и подчеркивание;
• имя должно начинаться с буквы;
• длина имени файла не более 8 символов, длина расширения(типа) не более 3.

     В дальнейшем, по мере развития и распространения  ОС, эти ограничения во многом стали  сниматься:

• появилось понятие «длинного имени файла», включающего ранее запрещенные символы (пробелы и пр.);
• были разрешены национальные символы в наименованиях файлов (кириллица и пр.).

     Вернемся  к проблеме соответствия ОС и СУБД (с точки зрения управления данными). Надо отметить, что СУБД оперируют  данными на содержательном уровне, хотя физические структуры, используемые для этих целей. Могут быть аналогичны структурам, создаваемым ОС.

     Коренное  отличие СУБД от файловых систем ОС состоит в том, что СУБД устанавливает  связь между содержанием и адресом, а ОС – между именем и адресом данных. В то же время эта грань постоянно подвергается «атакам» с обеих сторон.

     Известен  ряд ОС, перешедших эту грань (например, ОС/360 с «индексным доступам к данным», IN-PICK, включающая язык поиска записей файлов по содержанию, Unix, включающая команды сортировки. Коррекции или объединения содержимого текстовых файлов, наподобие того, как это осуществляется с таблицами данных в СУБД.

     Тем не менее, следует признать это, скорее, исключением, чем правилом, и в  компенсацию ОС надо относить только связь «имя-адрес», оставляя другие зависимости на ответственность  прикладных программ и оболочек СУБД и АИПС. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение.

     Операционные  системы ЭВМ развиваются и  модифицируются в общем контексте  развития технических и программных  средств. Постоянной средой этого развития является сосуществование, по меньшей мере, трех уровней организации информационно-вычислительных процессов – аппаратурного, программного, информационного. Они образуют некоторые слои, страты  информационных технологий, которые взаимозаменяемы в определенных пределах, например функция y=eª может быть вычислена:

     1-аппаратурно (усилитель с нелинейными обратными связями);

     2- программно (вычисления суммы ряда для eª);

     3- на основе базы данных, в качестве таковой здесь может фигурировать сборник математических таблиц, содержащих соответствующие значения      y и x.

     В рамках программного обеспечения следует  в свою очередь упомянуть известные  подслои - операционные системы, средства разработке приложений, собственно приложения. 
 
 
 
 
 
 
 

Список  используемой литературы.

     Операционные  системы, среды и оболочки: учебное  пособие / Т.Л. Партыка, И.И. Попов. – 4-е изд.,  Москва 2012.