Классификация операционных систем по семействам

Операционные системы семейства OS/2

Операционные системы семейства UNIX

Операционные системы семейства Linux

Операционные системы семейства Windows

Заключение

Введение

Операционная система, (сокращенно ОС) - комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой - предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений.

В составе ОС различают 3 группы компонентов:

· системные библиотеки

· оболочка с утилитами

В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

Функции операционных систем (основные):

2. Стандартизированный доступ к периферийным устройствам;

3. Управление оперативной памятью;

4. Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях;

5. Пользовательский интерфейс;

6. Сетевые операции

7. Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность)

8. Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация

9. Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (авторизация, аутентификация)

Основные классификации операционных систем

Операционные системы могут различаться особенностями реализаций внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, устройствами, памятью), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами.

Существует несколько классификаций операционных систем, в которых выделяют определенные критерии, отражающие разные существенные характеристики систем, рассмотрим наиболее часто встречающиеся:

По назначению

1. Системы общего назначения.

Подразумевает ОС, предназначенные для решения широкого круга задач, включая запуск различных приложений, разработку и отладку программ, работу с сетью и мультимедиа.

2. Системы реального времени.

Предназначены для работы в контуре управления объектами.

3. Прочие специализированные системы.

Это различные ОС, ориентированные, прежде всего на эффективное решение определенного класса, с большим или меньшим ущербом для прочих задач

По характеру взаимодействия с пользователем

1. Пакетные ОС, обрабатывающие заранее подготовленные задания

2. Диалоговые ОС, выполняющие задания пользователя в интерактивном режиме

3. ОС с графическим интерфейсом

4. Встроенные ОС, не взаимодействующие с пользователем

По числу одновременного выполнения задач

1. Однозадачные ОС.

В таких систем ах в каждый момент времени может существовать не более чем один пользовательский процесс. Однако, одновременно с этим, могут работать системные процессы

2. Многозадачные ОС.

Они обеспечивают параллельное выполнение некоторых пользовательских процессов. Реализация многозадачности требует значительного усложнения алгоритмов и структур данных, используемых в системе.

По числу одновременных пользователей

1. Однопользовательские ОС.

Для них характерен полный пользовательский доступ к ресурсам. Подобные системы приемлемы в основном на изолированных компьютерах.

2. Многопользовательские ОС.

Их важной компонентой являются средства защиты данных и процессов каждого пользователя, основанные на понятии владельца ресурса и на точном указании прав доступа, предоставленных каждому пользователю системы.

По аппаратурной основе

1. Однопроцессорные ОС.

2. Многопроцессорные ОС.

В задачи такой системы входит эффективное распределение выполняемых заданий по процессорам и организация согласованной работы всех процессоров.

3. Сетевые ОС.

Они включают возможность доступа к другим компьютерам локальной сети, работы с файловыми и другими серверами.

4. Распределенные ОС.

Распределенная система, используя ресурсы локальной сети, представляет их пользователю как единую систему, не разделенную на отдельные машины.

По способу построения

1. Микроядерные

Заключение

В настоящее время существует множество классификаций операционных систем. Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами. С быстрым развитием в сфере компьютерной технологии, появлением новых ОС, возможно также появление новых классификаций, основанных на новых критериях.

Список используемой литературы

2. «Лекции по информатике. Учебное пособие» под редакцией А.М.Власова

3. «Операционные системы» Дроздов С.Н.

Классификация операционных систем

Операционные системы классифицируются по:

количеству одновременно работающих пользователей: однопользовательские, многопользовательские; числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы;

количеству решаемых задач: однозадачные, многозадачные; количеству поддерживаемых процессоров: однопроцессорные, многопроцессорные;

разрядности кода ОС: 8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные; типу интерфейса: командные (текстовые) и объектно-ориентированные (графические); типу доступа пользователя к ЭВМ: с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени; типу использования ресурсов: сетевые, локальные.

В соответствии с первым признаком классификации многопользовательские операционные системы, в отличие от однопользовательских, поддерживают одновременную работу на ЭВМ нескольких пользователей за различными терминалами. Второй признак предполагает деление ОС на многозадачные и однозадачные. Понятие многозадачности означает поддержку параллельного выполнения нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы, в один момент времени. Однозадачные ОС поддерживают режим выполнения только одной программы в отдельный момент времени. В соответствии с третьим признаком многопроцессорные ОС, в отличие от однопроцессорных, поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи. Четвертый признак подразделяет операционные системы на 8-, 16-, 32- и 64-разрядные. При этом подразумевается, что разрядность операционной системы не может превышать разрядности процессора. В соответствии с пятым признаком ОС по типу пользовательского интерфейса делятся на объектно-ориентированные (как правило, с графическим интерфейсом) и командные (с текстовым интерфейсом). Согласно шестому признаку ОС подразделяются на системы:

пакетной обработки, в которых из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности; разделения времени, обеспечивающих одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания; реального времени, обеспечивающих определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими-либо внешними по отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами.

В соответствии с седьмым признаком классификации ОС делятся на сетевые и локальные. Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов. В настоящее время распространены следующие семейства операционных систем: DOS; OS/2; UNIX; Windows; ОС реального времени. ОС семейства DOS Первый представитель этого семейства - система MS-DOS (Microsoft Disk Operating System - дисковая операционная система фирмы Microsoft) была выпушена в 1981 году в связи с появлением IBM PC. Операционные системы семейства DOS являются однозадачными и обладают следующими характерными чертами и особенностями:

интерфейс с ЭВМ осуществляется с помощью команд, вводимых пользователем; модульность структуры, упрощающая перенос системы на другие типы ЭВМ; небольшой объем доступной оперативной памяти (640 Кбайт).

Существенным недостатком операционных систем семейства DOS является отсутствие средств защиты от несанкционированного доступа к ресурсам ПК и ОС. В настоящее время широкое распространение получила ОС MS-DOS 6.22. ОС семейства OS/2 ОС OS/2 была разработана фирмой IBM в 1987 году в связи с созданием нового семейства ПК PS/2. OS/2 (Operating System/2) является многозадачной операционной системой второго поколения. Она является 32-разрядной графической многозадачной операционной системой для IBM PC-совместимых компьютеров, позволяет организовать параллельную работу нескольких прикладных программ, обеспечивая при этом защиту одной программы от другой и операционной системы от работающих в ней программ. ОС OS/2 обладает удобным графическим пользовательским интерфейсом и совместима с файловой системой DOS, что дает возможность использовать данные как в DOS, так и в OS/2 без каких-либо преобразований.

Cвойства операционных систем.

Любая операционная система представляет собой некую рабочую среду, в которой пользователь может выполнять различные функции, естественно в рамках допустимого. Определить, может ли выполнять ту или иную программу та или инаф операционная система не возможно до тех пор, пока эта программа не будет запущена. Есть программы, которые не смогут выполнять каких-либо функций на компьютере без какого-либо компонента компьютера. Например, незачем устанавливать на компьютер программу для скачивания изображений из буфера обмена данных со сканера, если самого сканера у Вас нет.

Современные операционные системы имеют графический интерфейс, мода на него началась еще в начале 80-х годов с выхода первой версии операционной системы MacOS для компьютеров ApplePC.

Что собой представляет графический интерфейс? Точное определения графического интерфейса следующее: Graphical User Interface - Графический Интерфейс Пользователя, или GUI. Если попробовать перевести слово "интерфейс" на русский язык , то получиться что-то вроде "междумордъе" или "междуличье". Вообще, графический интерфейс - это отдельная тема для разговора. Все, что видит пользователь, когда работает на компьютере в графической среде - это и есть графический интерфейс. Элементами ГИ являются рабочий стол, ярлыки на рабочем столе, кнопки, меню, различные ссылки и прочее. Что же было до того, как появился графический интерфейс? Была темнота, причем в прямом смысле этого слова. До появления Windows в компьютерном мире существовало очень мало операционных систем. Это MacOS, Unix, DOS. Графический интерфейс позволил максимально упростить работу с компьютером, поскольку в нем стало возможным работать с мышкой.

Мышь - неотьемлимая часть управления графическим интерфейсом, ведь управление им без мышки, особенно во всех современных операционных системах, весьма затруднительно, но далеко не невозможно. На всякий пожарный есть клавиатурные комбинации, которые были придуманы еще во времена DOS. А придуманы они были для того, чтобы некоторые функции можно было выполнять без ввода с клавиатуры команд. В самом DOSе клавиатурные команды не работали, они работали в программах, которые из него запускались.

Именно DOS был самой распространённой операционной системой. DOS не имел графического интерфейса и не имеет его и сейчас. Работа в DOS - это работа в текстовом режиме. Пользователь вводит команды с клавиатуры, нажимает ENTER и получает результат, неважно какой, отрицательный или положительный. Каждое действие пользователь прописывал вручную. Это был период с 1968 по 1986, пока в компьютерном мире не стали проявляться первые попытки создать нормальный графический интерфейс с использованием мышки.

Unix напоминал DOS, однако первоначально это вообще была игрушка, а уж после операционная система. Обязательным элементом управления графическим интерфейсом является манипулятор мышь.

Общими свойствами большинства современных операционных систем является так же многозадачность. Что это такое? Многозадачность - это возможность операционной системы с помощью процессора выполнять одновременно сразу несколько программ, а по современным меркам за единицу времени современная система может выполнять сразу более чем несколько программ, тут речь идет уже о десятках, о сотнях программ, которые выполняются компьютером одновременно. Это легко представить из простого примерщика. На заводе работает один человек, который сам выполняет производство, скажем, спичек. Он сам готовит древесину, потом он сам выстругивает спички, потом обмакивает их по очереди в сере и в конце упаковывает их по коробкам. Как Вы думаете, насколько эффективно он работает? А если добавить еще три десятка таких же рабочих, эффективность работы завода увеличиться, как Вы думаете? И если каждый будет выполнять свое дело: один - древесину готовить, другой - ее обмакивать, а третий - упаковывать, увеличиться производительность завода? Я думаю, что да. Вот именно на этом принципе основана многозадачность. Многопользовательский режим. Это то, чего в полной мере не реализовано в системе Windows, но зато уже давно реализовано в Linux и еще раньше реализовано в UNIX. Многопользовательский режим – это когда на одном компьютере может одновременно работать сразу несколько человек. Мы ведь с Вами знаем, что персональный компьютер - он потому то и персональный, что на нем может работать только один человек. Но операционные системы сейчас устраивают так, что они позволяют обслуживать одновременно несколько пользователей. Правда, на это обычно уходит много оперативной памяти. Вспомним пример со спичечным заводом: один станок может одновременно обслуживать несколько служащих.

Основные критерии подхода к выбору операционной системы.

Новые информационно-коммуникационные технологии являются одним из наиболее важных факторов, влияющих на формирование общества 21 века, развития культурного многообразия и общечеловеческих ценностей.

Широкое распространение информационных технологий привело к радикальным изменениям всей деятельности библиотек, связанной с обслуживанием пользователей.

Современные библиотеки превращаются из хранилищ печатных документов в автоматизированные центры, электронные библиотеки, службы электронной доставки документов, доступные через электронную почту, глобальные телекоммуникационные системы . Наряду с этим региональные библиотеки являются одними из главных информационных, культурно-просветительных и досуговых центров своих регионов.

В Смоленской областной универсальной библиотеке создан и успешно функционирует в течение 1,5 лет Мультимедийный культурный центр . Основная цель создания центра - реализация более широкого доступа заинтересованных пользователей к информации по культуре и искусству на базе современных информационных технологий, а также содействие в формировании в нашем регионе единого информационно-культурного пространства.

Обоснованность создания была обусловлена появлением в фондах библиотеки значительного количества единиц хранения на нетрадиционных носителях. На сегодняшний день фонды центра насчитывают 13 тысяч грампластинок, около 400 видеокассет , 300 аудиокассет, более 200 музыкальных и мультимедийных дисков.

За время существования центра наряду с такими организациями, как телерадиокомпании, высшие и средние специальные учебные заведения, творческие союзы и т. д. стали научные работники , преподаватели и учащиеся, творческие работники, любители различных видов искусств.

Сегодня центр предоставляет пользователям достаточно широкие возможности: прослушать из оцифрованного фонда архива грампластинок понравившуюся, открыть для себя сокровища лучших музеев и галерей мира, посетить памятные места, познакомится с ведущими исполнителями и их аранжировками, выбрать из коллекции собраний любимый отечественный кинофильм и театральную классику, раритеты - и все это не расходуя средств на перелеты, переезды, долгие поиски необходимого.

На базе центра функционирует аппаратно-программный комплекс перевода музыкальных произведений, кинофотодокументов в цифровой вид в современном формате MPEG, что позволяет не только оцифровать фонды и сохранить их путем создания электронной базы, но и дает возможность нетрадиционного доступа пользователей к богатому фонду архивных аудиовизуальных материалов.

Достаточно детально комплекс был представлен в докладе нашей библиотеки на научно-практических конференциях ЭХОЛОТ 2001, 2002. Останавливаться подробно на работе комплекса нет необходимости, но в нескольких словах ознакомлю аудиторию с его основными функциями.

margin-top:0cm" type="disc">алфавитному каталогу (имя композитора); каталогу авторов и названий (название музыкального произведения).

Кроме того, существует возможность расширенного поиска по;

автору; заглавию; сведения об ответственности (исполнитель музыкального произведения, инструменталист, дирижер); издателю (распространителю); году издания; содержанию (концерт, ария, из каких опер и т. д.); указателю произведений.

Одной из важнейших функций комплекса является создание страховых копий уже оцифрованных материалов, что дает возможность долговременного их хранения и многократного использования.

Программа доступна в обращении, имеет дружественный интерфейс, интуитивно понятна, что упрощает обучение пользователей, исключает необходимость специальных настроек.

Информационные системы" href="/text/category/informatcionnie_sistemi/" rel="bookmark">информационной системе решение достаточно мощное по потенциалу, для того чтобы обеспечить запас прочности и возможности для расширения мультимедиа объемов.

В качестве сервера технически может быть использован вполне рядовой компьютер с достаточно большим диском, но не экстремально большим - порядка 40-80 Гигабайт. Такой компьютер обеспечивает работу по оцифровке и вмещает в себя музыкальный архив. Если информационного объема не хватает всегда можно доставить дополнительные диски с большим объемом.

Требования, предъявляемые к рабочим станциям и вовсе не велики - персональный компьютер с ОС WIN 95/98 и звуковая карта, т. к. пользователь вводит интересующие его реквизиты, а информация выводится в виде мультимедиа.

Несколько слов о дополнительных возможностях, которыми обладает система. Прежде всего - универсальность.

1. С точки зрения единого представления данных, которые мы получаем с самых разных носителей. Данная система сможет заменить традиционные проигрыватели грампластинок, компакт-дисков, видеодисков, множество носителей, таких которые еще не стали популярны, такие как DVD, новые форматы представления цифрового видео.

2. Универсальность применения любой модели РС и не обязательно на базе процессоров INTEL.

3. Универсальность с точки зрения коммуникационных средств. Кроме непосредственно кабельного соединения в локальной сети могут быть использованы самые разнообразные способы удаленного доступа, включая INTERNET.

Немного о тех проблемах, сложностях с которыми мы столкнулись с начала работы центра:

1. Проблема технического оснащения, в плане воспроизводящей аналоговой аудиоаппаратуры. Главной задачей является перевод в цифровое поле. Необходимо сначала оцифровать, а потом уже компьютер может быть превращен в фильтр для записей, что позволит ее отредактировать или не отредактировать для сохранения ее оригинальности.

2. Проблема качества оцифровки информации. Подавляющее большинство единиц хранения представляют собой тиражные грампластинки, которые были изготовлены достаточно большим тиражем, но с достаточно не высоким качеством. Сразу возникли вопросы - какова цель - или оцифровка, качественная обработка и сохранение записей или оцифровка и обеспечение свободного и удобного доступа пользователей к фонду. Решение данной проблемы, как нам видится, лежит в создании специализированной звукостудии по оцифровке регионального аудионаследия в рамках корпоративного проекта. Но это тема отдельного детального разговора.

3. Вопрос приоритетности отбора произведений для оцифровки. В связи с тем, что подобного опыта на начало работы центра не было, то было принято решение взять за основу алфавитный каталог. Хотя, наверное это одно из возможных решений. По нашим статистическим данным из общего фонда коллекции порядка 13 тысяч грампластинок, оцифровано 1200 или 4800 фонограмм. Это связано с тем, что при ежедневной работе сотрудников центра по оцифровке 2-3 часа, за месяц оцифровывается в среднем 70-80 грампластинок или 250-300 фонограмм.

4. Очень важен, как нам кажется, вопрос по стандартизации оцифрованных фондов различных организаций, возможно выработке в этом направлении единой правовой базы, проще единых "правил игры".

Заканчивая, хотелось бы отметить, что оцифровка аудиофондов, сохранение их, возможность широкого доступа к ним на базе современных технологий является одной из важных и приоритетных задач. Как показывает опыт нашей работы, оцифрованные аудиофонды востребованы, процесс развивается и мы надеемся, что наш скромный опыт послужит примером, а возможно и толчком к развитию подобных технологий, что в дальнейшем даст возможность межсистемной и межрегиональной интеграции по данному направлению.

Все многообразие существующих (и ныне не использующихся) ОС можно классифицировать по множеству различных признаков. Остановимся на основных классификационных признаках.

По назначению ОС делятся на универсальные и специализированные. Специализированные ОС, как правило, работают с фиксированным набором программ (функциональных задач). Применение таких систем обусловлено невозможностью использования универсальной ОС по соображениям эффективности, надежности, защищенности и т.п., а также вследствие специфики решаемых задач .

Универсальные ОС рассчитаны на решение любых задач пользователей, но, как правило, форма эксплуатации вычислительной системы может предъявлять особые требования к ОС, т.е. к элементам ее специализации.

По способу загрузки можно выделить загружаемые ОС (большинство) и системы, постоянно находящиеся в памяти вычислительной системы. Последние, как правило, специализированные и используются для управления работой специализированных устройств (например, в БЦВМ баллистической ракеты или спутника, научных приборах, автоматических устройствах различного назначения и др.).

По особенностям алгоритмов управления ресурсами. Главным ресурсом системы является процессор, поэтому дадим классификацию по алгоритмам управления процессором, хотя можно, конечно, классифицировать ОС по алгоритмам управления памятью, устройствами ввода-вывода и.т.д.

Поддержка многозадачности (многопрограммности). По числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на 2 класса: однопрограммные (однозадачные) – например, MS-DOS, MSX, и многопрограммные (многозадачные) – например, ОС ЕС ЭВМ, OS/360, OS/2, UNIX, Windows разных версий.

Однопрограммные ОС предоставляют пользователю виртуальную машину, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Они также имеют средства управления файлами, периферийными устройствами и средства общения с пользователем. Многозадачные ОС, кроме того, управляют разделением совместно используемых ресурсов (процессор, память, файлы и т.д.), это позволяет значительно повысить эффективность вычислительной системы.

Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся: на однопользовательские (MS-DOS, Windows 3х, ранние версии OS/2) и многопользовательские (UNIX, Windows NT/2000/2003/XP/Vista).

Главное отличие многопользовательских систем от однопользовательских – наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что может быть однопользовательская мультипрограммная система.

Виды многопрограммной работы. Специфику ОС во многом определяет способ распределения времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или потоками). По этому признаку можно выделить 2 группы алгоритмов: не вытесняющая многопрограммность (Windows3.x, NetWare) и вытесняющая многопрограммность (Windows 2000/2003/XP, OS/2, Unix).

В первом случае активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдает управление операционной системе. Во втором случае решение о переключении процессов принимает операционная система. Возможен и такой режим многопрограммности, когда ОС разделяет процессорное время между отдельными ветвями (потоками, волокнами) одного процесса.

Многопроцессорная обработка. Важное свойство ОС – отсутствие или наличие средств поддержки многопроцессорной обработки. По этому признаку можно выделить ОС без поддержки мультипроцессирования (Windows 3.x, Windows 95) и с поддержкой мультипроцессирования (Solaris, OS/2, UNIX, Windows NT/2000/2003/XP).

Многопроцессорные ОС классифицируются по способу организации вычислительного процесса на асимметричные ОС (выполняются на одном процессоре, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам) и симметричные ОС (децентрализованная система).

По области использования и форме эксплуатации. Обычно здесь выделяют три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

системы пакетной обработки (OS/360, OC EC);

системы разделения времени (UNIX, VMS);

системы реального времени (QNX, RT/11).

Первые предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Критерий создания таких ОС – максимальная пропуская способность при хорошей загрузке всех ресурсов компьютера. В таких системах пользователь отстранен от компьютера.

Системы разделения времени обеспечивают удобство и эффективность работы пользователя, который имеет терминал и может вести диалог со своей программой.

Системы реального времени предназначены для управления техническими объектами (станок, спутник, технологический процесс, например доменный и т.п.), где существует предельное время на выполнение программ, управляющих объектом.

По аппаратной платформе (типу вычислительной техники), для которой они предназначаются, операционные системы делят на следующие группы.

Операционные системы для смарт-карт. Некоторые из них могут управлять только одной операцией, например, электронным платежом. Некоторые смарт-карты являются JAVA-ориентированным и содержат интерпретатор виртуальной машины JAVA. Апплеты JAVA загружаются на карту и выполняются JVM-интерпретатором. Некоторые из таких карт могут одновременно управлять несколькими апплетами JAVA, что приводит к многозадачности и необходимости планирования.

Встроенные операционные системы. Управляют карманными компьютерами (lialm OS, Windows CE – Consumer Electronics – бытовая техника), мобильными телефонами, телевизорами, микроволновыми печами и т.п.

Операционные системы для персональных компьютеров, например, Windows 9.x, Windows ХР, Linux, Mac OSX и др.

Операционные системы мини-ЭВМ, например, RT-11 для PDP-11 – OC реального времени, RSX-11 M для PDP-11 – ОС разделения времени, UNIX для PDP-7.

Операционные системы мэйнфреймов (больших машин), например, OS/390, происходящая от OS/360 (IBM). Обычно ОС мэйнфреймов предполагает одновременно три вида обслуживания: пакетную обработку, обработку транзакций (например, работа с БД, бронирование авиабилетов, процесс работы в банках) и разделение времени.

Серверные операционные системы, например, UNIX, Windows 2000, Linux. Область применения – ЛВС, региональные сети, Intranet, Internet.

Кластерные операционные системы. Кластер – слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений и представляющихся пользователю единой системной, например, Windows 2000 Cluster Server, Windows 2008 Server, Sun Cluster (базовая ОС – Solaris).

Знакомство с архитектурой UNIX начнем с рассмотрения таких неотъемлимых для неё характеристических понятий, как стандартизация и многозадачность:

Стандартизация

Несмотря на многообразие версий UNIX, основой всего семейства являются принципиально одинаковая архитектура и ряд стандартных интерфейсов (в UNIX стандартизовано почти всё – от расположения системных папок и файлов, до интерфейса системных вызовов и списка драйверов базовых устройств). Опытный администратор без особого труда сможет обслуживать другую версию, тогда как для пользователей переход на другую систему и вовсе может оказаться незаметным. Для системных же программистов такого рода стандарты позволяют полностью сосредоточиться на программировании, не тратя время на изучение архитектуры и особенностей конкретной реализации системы.

Многозадачность

В системе UNIX может одновременно выполняться множество процессов (задач), причем их число логически не ограничивается, и множество частей одной программы может одновременно находиться в системе. Благодаря специальному механизму управления памятью, каждый процесс развивается в своем защищенном адресном пространстве, что гарантирует безопасность и независимость от других процессов. Различные системные операции позволяют процессам порождать новые процессы, завершают процессы, синхронизируют выполнение этапов процесса и управляют реакцией на наступление различных событий.

Два кита UNIX: файлы и процессы

Существует два основных объекта операционной системы UNIX, с которыми приходиться работать пользователю – файлы и процессы. Эти объекты сильно связаны друг с другом, и в целом организация работы с ними как раз и определяет архитектуру операционной системы.

Все данные пользователя храняться в файлах; доступ к периферийным устройствам осуществляется посредством чтения и записи специальных файлов; во время выполнения программы, операционная система считывает исполняемый код из файла в память и передает ему управление.

С другой стороны, вся функциональность операционная определяется выполнением соответствующих процессов. В частности, обращение к файлам на диске невозможно, если файловая подсистема операционной системы (совокупность процессов, осуществляющих доступ к файлам) не имеет необходимого для этого кода в памяти.

Беглый взгляд на архитектуру UNIX

Презентация 2-02: беглый взгляд на архитектуру UNIX

Самый общий взляд на архитектуру UNIX позволяет увидеть двухуровневую модель системы, состоящую из пользовательской и системной части (ядра) (см. Рисунок 1.20, «Архитектура операционной системы UNIX»). Ядро непосредственно взаимодействует с аппаратной частью компьютера, изолируя прикладные программы (процессы в пользовательской части операционной системы) от особенностей ее архитектуры. Ядро имеет набор услуг, предоставляемых прикладным программам посредством системных вызовов. Таким образом, в системе можно выделить два уровня привилегий: уровень системы (привиегии специального пользователя root) и уровень пользователя (привилегии всех остальных пользователей). Подробнее об управлении доступом рассказывается в следующих главах (Глава 3, Безопасность операционной системы UNIX).

Рисунок 1.20. Архитектура операционной системы UNIX

Важной частью системных программ являются демоны. Демон – это процесс, выполняющий опеределенную функцию в системе, который запускается при старте системы и не связан ни с одним пользовательским терминалом. Демоны предоставляют пользователям определенные сервисы, примерами которых могут служить системный журнал, веб-сервер и т.п.. Аналогом демонов в операционной системе Windows NT и более поздних версиях являются системные службы.

Презентация 2-03: ядро UNIX

Операционная система UNIX обладает классическим монолитным ядром (см. «Архитектура операционной системы»), в котором можно выделить следующие основные части:

Файловая подсистема

Доступ к структурам ядра осуществляется через файловый интерфейс.

Управление процессами

Сюда входит управление параллельным выполнением процессов (планирование и диспетчеризация), виртуальной памятью процесса, и взаимодействием между процессами (сигналы, очереди сообщений и т.п.).

Драйверы устройств

Драйверы устройств делятся на символьные и блочные по типу внешнего устройства. Для каждого из устройств определен набор возможных операций (открытие, чтение и т.д.). Блочные устройства кэшируются с помощью специального внутреннего механизма управления буферами.

Рисунок 1.21. Ядро операционной системы UNIX

Благодаря тому, что в UNIX аппаратно-независимая часть явно отделена, это семейство операционных систем может быть с минимальными затратами перенесено на новые аппаратные платформы.

Видно, что ядро операционной системы UNIX является классическим для многозадачной многопользовательской операционной системы, поэтому оно широко используется в обучении системному программированию и теории операционных систем.

Определение 1 :Операционная система – это комплекс специальных программных средств, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других (пользовательских) программ, а также для планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ.

Операционная система образует автономную среду, не связанную ни с одним из языков программирования. Любая прикладная программа связана с операционной системой и может эксплуатироваться только на тех компьютерах, где имеется аналогичная системная среда (или должна быть обеспечена возможность конвертации - преобразования программ).

Существует два подхода к рассмотрению понятия ОС.

Операционная система как расширенная машина : использование большинства компьютеров на уровне машинного языка затруднительно, особенно это касается ввода/вывода. Например, для организации чтения блока данных с гибкого диска программист может использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13 параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер возвращает 23 значения, отражающих наличие и типы ошибок, которые, очевидно, надо анализировать. Даже если не входить в курс реальных проблем программирования ввода/вывода, ясно, что среди программистов нашлось бы не много желающих непосредственно заниматься программированием этих операций. При работе с диском программисту-пользователю достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя.

С этой точки зрения функцией ОС является предоставление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину.

Операционная система как система управленияресурсами: в соответствии со вторым подходом функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования.

Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

планирование ресурса - то есть определение, кому, когда, а для делимых ресурсов - и в каком количестве необходимо выделить данный ресурс;

отслеживание состояния ресурса - то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.

Классификация операционных систем

Рассмотрим основные функций ОС по управлению процессорами, памятью, внешними устройствами автономного компьютера.

1. Поддержка многозадачности . По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:

однозадачные (например, MSDOS, MSX);

многозадачные (ОС ЕС, OS/2, UNIX, Windows 95).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме выполнения вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

2. Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся:

на однопользовательские (MSDOS, Windows 3.x,);

многопользовательские (UNIX, WindowsNT).

Вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

невытесняющая многозадачность;

вытесняющая многозадачность

Поддержка многонитевости. Важным свойством ОС является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).

Многопроцессорная обработка. Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мулътипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами.

Классификация операционных систем

операционный программа информационный

Классификация операционных систем - классификация (от лат. classis - разряд, класс и facio - делаю, раскладываю), операционная система (ОС) - это набор программ, управляющий работой компьютера, других программ, обеспечивающий взаимодействие с пользователем. Единой классификации операционных систем в настоящее время не существует. В зависимости от разных критериев все OС можно разделить на классы.

Наиболее важными из них являются:

* Client / Server;

* бесплатные / платные;

* версия оригинальная / локализованная;

* интерфейс Text Mode / Graphic Mode

* архитектура 16-bit / 32-bit / 64-bit;

* объем большой / маленький;

* версия сетевая / псевдо - сетевая & локальная;

* память процесса с защитой / без защиты;

* однозадачные / многозадачные;

* однопользовательские / многопользовательские;

* стабильная / нестабильная;

* virus friendly / no virus friendly.

Классификация ОС по функциональным признакам

Основными функциями ОС является:

* распределение ОЗУ между программами;

* организация очередности исполнения программ и ЦП;

* обеспечение взаимодействия пользователя с компьютером.

Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами.

Поддержка многозадачности

По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:

* однозадачные (например, MS-DOS, MSX);

* многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95/NT).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.

Поддержка многопользовательского режима

По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

* однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

* многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

Вытесняющая и не вытесняющая многозадачность

Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

* не вытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);

* вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).

Основным различием между вытесняющим и не вытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во втором - распределен между системой и прикладными программами. При не вытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

Поддержка много поточности

Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Много поточная ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (потоками).

Многопроцессорная обработка

Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами.

В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell.

Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой:

* асимметричные ОС;

* симметричные ОС.

Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

Поддержка сети

Выше были рассмотрены характеристики ОС, связанные с управлением только одним типом ресурсов - процессором. Важное влияние на облик операционной системы в целом, на возможности ее использования в той или иной области оказывают особенности и других подсистем управления локальными ресурсами - подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-вывода.

Специфика ОС проявляется и в том, каким образом она реализует сетевые функции: распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам, передача сообщений по сети, выполнение удаленных запросов. При реализации сетевых функций возникает комплекс задач, связанных с распределенным характером хранения и обработки данных в сети: ведение справочной информации о всех доступных в сети ресурсах и серверах, адресация взаимодействующих процессов, обеспечение прозрачности доступа, тиражирование данных, согласование копий, поддержка безопасности данных.

Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС. На основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов компьютера между удаленными пользователями, подключенными к сети. Для поддержания функций передачи сообщений сетевые ОС содержат специальные программные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы, такие как IP, IPX, Ethernet и другие.

Многопроцессорные системы требуют от операционной системы особой организации, с помощью которой сама операционная система, а также поддерживаемые ею приложения могли бы выполняться параллельно отдельными процессорами системы. Параллельная работа отдельных частей ОС создает дополнительные проблемы для разработчиков ОС, так как в этом случае гораздо сложнее обеспечить согласованный доступ отдельных процессов к общим системным таблицам, исключить эффект гонок и прочие нежелательные последствия асинхронного выполнения работ.