Понятие операционной системы. Основные функции операционной системы (стр. 1 )

1. Понятие операционной системы. Основные функции операционной системы.

Операциомнная системма, сокр. ОС (англ. operating system, OS) — комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем.

В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой,машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой.

Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций (см.: интерфейс программирования приложений).

В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной (а иногда и единственной) частью системного программного обеспечения. С 1990-х годов наиболее распространёнными операционными системами являются системы семейства Windows и системы класса UNIX (особенно Linux и Mac OS).

Основные функции:

Исполнение запросов программ (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.). Загрузка программ в оперативную память и их выполнение. Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода). Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти). Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или инойфайловой системе. Обеспечение пользовательского интерфейса. Сохранение информации об ошибках системы.

Дополнительные функции:

Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность). Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами. Разграничение доступа различных процессов к ресурсам. Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам. Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация. Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений. Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см.: аутентификация, авторизация).

Компоненты операционной системы

Загрузчик Ядро Командный процессор Драйверы устройств Встроенное программное обеспечение

2. Режимы взаимодействия пользователя с операционной системой. Понятие пакетного режима работы

Режим взаимодействия пользователя с ЭВМ, при котором каждый запрос пользователя с терминала вызывает немедленные ответные действия ЭВМ; обмен сообщениями между пользователем и системой в реальном масштабе времени.

Существует три режима взаимодействия пользователя с ЭС, когда пользователь выступает в качестве: 1) потребителя, если ему необходимо получить решение поставленных задач; 2) учителя, если он обучает ЭС, 3) ученика, если он знакомится с предметом на основе общения с базой знаний.

Материализованное воплощение технологического обеспечения осуществляется через режимы взаимодействия пользователя с ЭВМ и различные технологии обработки данных, в том числе в распределенных системах.

Имеются также данные [61], что режим взаимодействия пользователя с машиной на вербальном уровне наиболее благоприятен для рутинной работы, для проверки обдуманных и легко понимаемых идей и тактического решения задач. Однако более сложные стратегические решения могут потребовать другой организации взаимодействия. Таким образом, вопрос о том, необходим ли речевой уровень общения с ЭВМ, не может быть решен без проведения соответствующих экспериментальных исследований.

Различают два режима пакетной обработки. В первом число задач, выполняемых одновременно, фиксируется, а во втором не фиксируется, но в процессе обработки пакета ЭВМ оно может изменяться пакета ЭВМ оно может изменяться динамически. Пакет, предварительно записанный на том или ином носителе информации, вводится в ОЗУ ЭВМ. Когда пакет загружен, ЭВМ выбирает на обработку несколько задач и начинает выполнять их мультипрограммном режиме. Когда решение одной группы задач пакета закончено, из него выбирается для обработки следующая группа, это продолжается до тех пор, пока не будет обработана последняя группа задач пакета. После этого в ЭВМ вводится новый пакет задач.

Пакетная обработка данных позволяет увеличить производительность ЭВМ и уменьшить стоимость машинной обработки информации.

3. Основные принципы построения операционных систем.

Принцип модульности - обособление составных частей ОС в отдельные модули (функционально законченные элементы системы), выполненное в соответствии с принятыми межмодульными интерфейсами; Принцип генерируемости ОС - определяет такой способ исходного представления ядра ОС и основных компонентов ОС, который позволяет производить их настройку, исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач; Принцип функциональной избыточности - учитывает возможность проведения одной и той же работы различными средствами; Принцип виртуализации - представляет структуру системы в виде определенного набора планировщиков процессов и распределителей ресурсов и позволяет использовать единую централизованную схему распределения ресурсов, организуя тем самым работу виртуальной машины; Принцип независимости программ от внешних устройств - связь программ с конкретными устройствами производится не на уровне трансляции программы, а в период планирования ее исполнения; Принцип совместимости - способность ОС выполнять программы, написанные для других ОС или для более ранних версий данной операционной системы, а также для другой аппаратной платформы; Принцип открытой и наращиваемой ОС - позволяет не только использовать возможности генерации, но и вводить в ее состав новые модули; Принцип обеспечения безопасности при выполнении вычислений - является желательным свойством для любой многопользовательской системы;

5. Организация ввода-вывода с применением периферийных процессоров – «каналы ввода вывода».

Каналы ввода-вывода (англ. IOC - input-output channel), далее КВВ, и интерфейсы обеспечивают взаимодействие центральных устройств машины и периферийных устройств.

КВВ — самостоятельные в логическом отношении устройства, которые работают под управлением собственных программ, находящихся в памяти.

В современных машинах КВВ называют периферийными процессорами или процессорами ввода-вывода.

КВВ и интерфейсы выполняют следующие функции

Позволяют иметь машины с переменным составом периферийных устройств. Обеспечивают параллельную работу периферийных устройств как между собой, так и по отношению к процессору. Обеспечивают автоматическое распознавание и реакцию процессора на различные ситуации, возникающие в периферийных устройствах.

6. Буферизация ввода – вывода. Преимущества и недостатки.

Ввод/вывод для дисков в операционной системе MS-DOS буферизован. Это означает, что данные не сразу записываются на диск, а накапливаются в специальном массиве (буфере). По мере заполнения буфер сбрасывается на диск. При чтении информация заполняет весь входной буфер, независимо от количества байтов, которые программа читает из файла. В дальнейшем, если программе потребуются данные, которые уже были считаны с диска и записаны во входной буфер, она получит данные непосредственно из этого буфера. Обращения к диску при этом не будет.

Буферизация сокращает затраты времени на ввод/вывод, особенно в тех случаях, когда программе периодически требуется одни и те же участки файлов. При копировании файлов буферизация сокращает время на перемещение головок от исходного файла к результирующему и обратно, причем эффект получается тем больше, чем больше размер используемого буфера.

Операционная система MS-DOS имеет несколько буферов. Их количество зависит от оператора BUFFERS, находящегося в файле CONFIG. SYS. Этот оператор позволяет определить от 2 до 99 буферов. Если файл CONFIG. SYS не содержит оператора BUFFERS, по умолчанию используются два буфера.

При увеличении количества буферов увеличивается вероятность того, что нужная часть файла уже считана и находится в оперативной памяти. Однако необходимо учитывать, что для хранения буферов расходуется основная оперативная память. Кроме того, с ростом количества буферов увеличивается время, необходимое операционной системе на анализ состояния буферов, что может привести к снижению производительности. Значительное снижение скорости работы наступает при количестве буферов порядка 50.

Обычно для машин класса AT с диском размером 20-40 мегабайтов рекомендуется использовать 32 буфера, однако для каждого конкретного случая может потребоваться подбор этого параметра для оптимизации производительности системы.

Если ваша программа интенсивно использует обращение к каталогам файловой системы, вы можете использовать утилиту MS-DOS FASTOPEN, которая запоминает в оперативной памяти расположение на диске файлов и каталогов, уменьшая интенсивность обращения к диску. Например, при использовании следующей команды в оперативной памяти будет храниться информация о расположении максимально о 100 файлах и каталогах:

Буферизация (от англ. buffer) — метод организации ввода и вывода данных в компьютерах и других вычислительных устройствах, который подразумевает использование буфера для временного хранения данных. При вводе данных одни устройства или процессы производят запись данных в буфер, а другие — чтение из него, при выводе — наоборот. Процесс, выполнивший запись в буфер, может немедленно продолжать работу, не ожидая, пока данные будут обработаны другим процессом, которому они предназначены. В свою очередь, процесс, обработавший некоторую порцию данных, может немедленно прочитать из буфера следующую порцию. Таким образом, буферизация позволяет процессам, производящим ввод, вывод и обработку данных, выполняться параллельно, не ожидая, пока другой процесс выполнит свою часть работы. Поэтому буферизация данных широко применяется в многозадачных ОС.