Типи операційних систем

Матеріал з Фізмат Вікіпедії
Перейти до: навігація, пошук

Операційна система — це програмний комплекс, що забезпечує керування апаратними засобами комп'ютера, а також надає середовище для виконання прикладних програм.


OS12.jpg

Функції операційної системи

Головні функції:

  • Виконання на вимогу програм користувача тих елементарних (низькорівневих) дій, які є спільними для більшості програмного забезпечення і часто зустрічаються майже у всіх програмах (ввід і вивід даних, запуск і зупинка інших програм, виділення та вивільнення додаткової пам'яті тощо).
  • Стандартизований доступ до периферійних пристроїв (пристрої введення-виведення).
  • Завантаження програм у оперативну пам'ять і їх виконання.
  • Керування оперативною пам'яттю (розподіл між пам'яті між процесами, організація віртуальної пам'яті).
  • Керування доступом до даних енергозалежних носіїв (жорсткі диски, оптичні диски тощо), організованих у тій чи іншій файловій системі.
  • Забезпечення |користувацького інтерфейсу.
  • Мережеві операції, підтримка мережевих протоколів.

Додаткові функції якими повинна володіти операційна система для зручного користування:

  • Паралельні обчислення паралельне виконання декількох програм (багатозадачність).
  • Розподіл ресурсів обчислювальної системи між процесами.
  • Організація надійних обчислень (неможливість впливу процесу на перебіг інших), заснована на розмежуванні доступу до ресурсів.
  • Взаємодія між процесами: обмін даними, синхронізація.
  • Захист самої системи, а також даних користувача і програм від необережних дій користувача або програм.
  • Багатокористувацький режим роботи та розділення прав доступу (автентифікація, авторизація).

Базові відомості

Поняття операційної системи напряму пов'язане з такими поняттями, як:

  • Файл - іменований впорядкований набір даних на |пристрої зберігання інформації; операційна система забезпечує організацію файлів в Файловій системи.
  • Файлова система - набір файлів (можливо порожній), організованих за наперед визначеними правилами. Якщо організація файлів в файлову систему відбувається з використанням каталогів, то така файлова система називається ієрархічною.
  • Програма - файл, що містить набір інструкцій для виконання. В якості виконавця інструкцій програми можуть виступати:
    • центральний процесор - якщо програма містить машинний код (звичайно отримують шляхом компіляції вихідного тексту програми, написаного однією з компільованих мов);
    • інтерпретатор - інша програма, яка забезпечує розпізнавання і виконання інструкцій (в окремих випадках інтерпретатор також називають віртуальною машиною).
  • Задача - програма в процесі виконання (в термінології операційних систем UNIX використовують термін "процес").
  • Команда - ім'я, яке використовує користувач ОС або інша програма для виконання вказаної програми (може збігатися з іменем файлу з програмою) або поіменованої дії (вбудованої команди).
  • Командний інтерпретатор - середовище, яке забезпечує інтерфейс з користувачем і виконання команд.

Відносно свого призначення, операційні системи бувають:

  • універсальні (для загального використання);
  • спеціальні (для розв'язання спеціальних задач);
  • спеціалізовані (виконуються на спеціальному обладнанні);
  • однозадачні (в окремий момент часу можуть виконувати лише одну задачу);
  • багатозадачні (в окремий момент часу здатні виконувати більше однієї задачі);
  • однокористувацькі (в системі відсутні механізми обмеження доступу до файлів та на використання ресурсів системи);
  • багатокористувацькі (система впроваджує поняття "власник файлу" та забезпечує механізми обмеження на використання ресурсів системи (квоти)), всі багатокористувацькі операційні системи також є багатозадачними;
  • реального часу (система підтримує механізми виконання задач реального часу, тобто такі, для яких будь які операції завжди виконуються за наперед передбачуваний і незмінний при наступних виконаннях час).

Відносно способу встановлення (інсталяції) операційної системи, операційні системи бувають:

  • вбудовані (такі, що зберігаються в енергонезалежній пам'яті обчислювальної машини або пристрою без можливості заміни в процесі експлуатації обладнання);
  • невбудовані (такі, що інсталюються на один з пристроїв зберігання інформації обчислювальної машини з можливістю подальшої заміни в процесі експлуатації).

Відносно відповідності стандартам операційні системи бувають:

  • стандартні (відповідають одному з загальноприйнятих відкритих стандартів, найчастіше POSIX);
  • нестандартні (в тому числі такі, що розробляються відповідно до корпоративних стандартів).

Відносно можливостей розширення операційні системи бувають:

  • закриті (не дозволяють розширення функціональності ОС);
  • відкриті (будуються за технологіями, що забезпечують можливості розширення функціональності ОС).

Відносно можливостей внесення змін до вихідного коду операційні системи бувають:

  • відкриті (англ. open source) - з відкритим програмним кодом;
  • власницькі (англ. proprietary) - комерційні з закритим кодом.

Складові ОС

До складу операційної системи входять:

  • Ядро операційної системи, що забезпечує розподіл та управління ресурсами обчислювальної системи;
  • базовий набір прикладного програмного забезпечення, системних бібліотек та програм обслуговування.

Ядро системи — це набір функцій, структур даних та окремих програмних модулів, які завантажуються в пам'ять комп'ютера при завантаженні операційної системи та забезпечують три типи системних сервісів:

  • управління введенням-виведенням інформації (підсистема вводу-виводу ядра ОС);
  • управління оперативною пам'яттю (підсистема управління оперативною пам'яттю ядра ОС);
  • управління процесами (підсистема управління процесами ядра ОС).

Кожна з цих підсистем представлена відповідними функціями ядра системи.

Багатозадачні операційні системи також включають ще одну обов'язкову складову - механізм підтримки багатозадачності. Ця складова не надається в якості системного сервісу і тому не може бути віднесена до жодної з підсистем.

Існує три основних механізми забезпечення багатозадачності планування задач:

  1. шляхом надання процесора окремій задачі на квант часу, який визначається самою задачею (кооперативна Багатозадачність; останнім часом практично не використовується або область використання значно обмежена всередині процесів);
  2. шляхом надання процесора окремій задачі на квант часу, який визначається обладнанням обчислювальної системи - інтервальним таймером;
  3. виділення під окрему задачу окремого процесора в багатопроцесорних системах.

В перших двох випадках на кожному з процесорів в окремо взятий момент часу обраховується лише одна задача, але за рахунок достатньо малого кванту часу (в межах мілісекунд), що почергово надається кожній з задач, виникає ілюзія одночасного виконання в системі багатьох задач.

В сучасних системах, як правило комбінується методи 2 і 3. На сьогодні найпоширенішими ОС для ПК, робочих станцій і серверів є наступні: UNIX, MS DOS, OS/2, WINDOWS, LINUX, MAC, VAX/VMS.

Операційна система MS DOS

На переважній більшості IBM-сумісних ПК в нашій країні до 1995 року використовувалася ОС MS DOS, яка створена фірмою Microsoft. Ця ОС стала в 1981 р. базовою системою для комп’ютерів, виробництво яких почала тоді фірма IBM. На думку спеціалістів по системному математичному забезпеченню, MS DOS виглядала достатньо примітивно у порівнянні з ОС великих і міні-ЕОМ, які об’єднують ФС і систему управління в/в. Популярність і довге життя MS DOS можна пояснити тільки її простотою і дешевизною. Розроблено понад 7 версій цієї ОС.

Операційна система OS/2

Задавши тон іншим виробникам ПК IBM PC XT і IBM PC AT, фірма IBM створила нову серію ПК - сімейство PS/2, які виготовляються нею до теперішнього часу. Для цієї серії IBM постачає ОС OS/2, розроблену Microsoft, яка разом з відповідною апаратурою зайняла своє місце серед ряду технологічних платформ. В OS/2 були зразу вирішені питання багатозадачного режиму роботи, а MS DOS може запускатися в ній як одна з задач. Одночасно в OS/2 можуть виконуватися 12 програм, але тільки одна DOS-програма. Більшість користувачів практично не зауважує переходу від MS DOS до OS/2, виявляючи тільки додаткові можливості. В цій ОС можливий також графічний багатовіконний інтерфейс, аналогічний WINDOWS.

Операційна система WINDOWS

Найпоширенішою ОС для ПК є WINDOWS, створена фірмою Microsoft. На сьогодні WINDOWS поряд з IBM-сумісними ПК є одною з найпоширеніших технологічних платформ. WINDOWS у версіях WINDOWS-95, WINDOWS-98, WINDOWS-2000 - це 32 розрядна багатозадачна ОС.

В цій ОС використовуються:

1) робочі вікна, призначені для різних ПП,

2) випливаючі вікна повідомлень програми і отримання реакції користувача,

3) діалогові вікна, через які здійснюється основний ввід інформації в програму.

Яскравою зовнішньою ознакою WINDOWS є багатовіконний графічний інтерфейс. Вікно - це частина екрану монітора, яка є полем дії програми. Відображення вводу управляючих команд і інформації в програму, а також вивід зображень і даних з неї відбувається через вікно. Для позначення об’єктів, програм, операцій, опцій вибору використовуються піктограми. Піктограми - це графічні символи, які асоціативно нагадують те, що вони позначають.

Поряд з графічним інтерфейсом важливою рисою WINDOWS є багатозадачність. Одночасно можуть виконуватися декілька різних програм або копій однієї і тої ж програми. Наприклад, користувач може одночасно використовувати текстовий процесор, базу даних, програму для графічного представлення даних і електронні таблиці.

Сучасні версії Windows реалізують механізм ВП(віртуального простору). Його суть полягає в тому, що користувачу надається віртуальний (можливий, але реально не існуючий) адресний простір, що визначається 32-х розрядною довжиною адреси (4 Гбайти) розміщення в пам’яті комп’ютера. В той же час фізична ОП може бути значно меншою (одиниці - десятки Мбайт). Інформація, що не поміщається в фізичній ОП, знаходиться на дисковому запам’ятовуючому пристрої.

Операційна система Windows NT

З появою 32-розрядних ПК перед Microsoft встала проблема створення ОС, яка б використовувала усі можливості апаратури, і фірма зробила рішучий крок, поклавши початок новому сімейству ОС, який можна співставити з рішенням IBM по випуску сімейства PS/2. В 1993 р. була випущена перша версія системи Windows NT з графічним інтерфейсом оболонки Windows 3.1. Windows NT дозволяє використовувати ПП(Прикладні програми), написані для DOS, для текстового режиму OS/2 і для стандартного інтерфейсу користувача у більшості реалізацій UNIX, що називаються POSIX.

Операційна система UNIX

ОС UNIX, була створена спеціалістами Bell Laboratories компанії AT&T. Її прототип появився в 1969 р. для комп’ютерів PDP-7 фірми Digital, потім вона була перенесена на комп’ютери інших типів, а з 1980 р. і на ПК. В 1979 р. на обчислювальній машині VAX була реалізована версія UNIX з можливостями ВП. Сьогодні існує велика кількість реалізацій цієї ОС практично для кожної апаратної платформи, і UNIX стала своєрідним стандартом відкритих систем, забезпечуючи сумісність програмних продуктів, написаних в її середовищі. ОС UNIX домінує на ринку робочих станцій.

Операційна система Linux

Linux - порівняно молода ОС, що з'явилася на світ в 1991 році. Ядро системи створив Лінус Торвальдс. Популярність Linux почала швидко зростати, тому що на відміну від коду інших ОС вона була цілком відкритою і могла модифікуватися. Більше того, Linux, що задовольняла стандарт ОС UNIX, мала серйозні переваги перед домінуючою на ринку IBM-сумісних комп'ютерів ОС MS-DOS, яка не дозволяла працювати в багатозадачному режимі і не розповсюджувалась на машини з процесором, відмінним від Intel. Нарешті, Linux поширювалася безплатно, тоді як більшість версій того ж UNIX, по своїх можливостях не настільки вже переважали ОС Торвальдса, і коштували дуже дорого.

Дивитися також