Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

Самый нижний уровень в многослойной организации ядра занимают программные модули, наиболее тесно связанные с базовой аппаратной платформой и поэтому называемые аппаратно-зависимыми. Наличие этого уровня объясняется стремлением достичь двух противоречивых целей – сделать ОС максимально быстрой (что возможно именно за счет учета особенностей конкретной платформы) и в то же время – максимально универсальной. Модули этого уровня позволяют в идеале полностью изолировать вышележащие модули от особенностей конкретной платформы. Это (опять же в идеале) позволяет переходить к другим платформам лишь за счет изменения модулей нижнего уровня, совсем (или почти совсем) не трогая модули более высоких уровней. [9]

В качестве примера аппаратно-зависимого модуля можно привести (правда, с некоторыми оговорками) известную систему BIOS (Basic Input/Output System) для процессоров Intel. Эта система представляет собой программный код, реализующий простейшие низкоуровневые операции с основными устройствами ввода/вывода (клавиатура, мышь, монитор, диски), но на их основе можно строить более сложные подпрограммы.

Следующий уровень образуют «рабочие лошадки» – программные модули, реализующие все основные операции по переключению процессов, обработке прерываний, реализации страничной организации памяти, взаимодействию процессов и т.д. Эти модули с одной стороны используют базовые механизмы нижнего уровня, а с другой – реализуют решения, принятые соответствующими менеджерами на более высоком уровне.

Набор управляющих подпрограмм (менеджеров или диспетчеров ресурсов) и составляет следующий более высокий уровень ядра. Стандартный набор таких подпрограмм включает: диспетчер процессов, диспетчер памяти, диспетчер ввода/вывода, диспетчер файловой системы.

Наконец, самый верхний уровень ядра образуют системные API-вызовы. С точки зрения разработчика ПО эти вызовы оформлены как обычные функции, часто – с передачей входных параметров и возвратом результата отработки вызова. Число таких системных вызовов может быть весьма различным. Например, набор API-функций в системах семейства Windows (Win32 API) насчитывает до 2000 вызовов, реализующих практически все аспекты функционирования систем данного класса.

Рассмотренная многослойная организация ОС является лишь одной из возможных. Уменьшение числа слоев до одного-двух позволяет достичь большего быстродействия, что может быть очень важным для систем реального времени, но с другой стороны, снижает универсальность, переносимость и расширяемость таких систем. [10]

В последнее время большую популярность получают системы с микроядерной организацией. Микроядро – это минимально необходимый набор подпрограмм, реализующих в привилегированном режиме лишь самые необходимые функции. В качестве микроядра можно взять модули уровней 1 и 2 на приведенной выше схеме. Модули уровней 3 и 4 выполняются в пользовательском режиме как обычные прикладные программы. Основой взаимодействия разноуровневых модулей является механизм сообщений, реализованный по технологии «клиент – сервер»:

• Клиент в лице приложения или системного диспетчера формирует запрос-сообщение на вызов системной функции или другого диспетчера (запрос серверу).
• Этот запрос с помощью диспетчера сообщений, работающего в составе микроядра, передается вызванному системному модулю (серверу) обратно на пользовательский уровень.
• После отработки системного запроса сервером его результат, опять же через микроядро, возвращается клиенту.

Из данной схемы видно, что в два раза увеличивается число переключений между режимами, что немного снижает скорость работы системы и является основным недостатком микроядерной архитектуры. Однако этот недостаток с лихвой компенсируется достоинствами микроядерной организации, среди которых можно отметить следующие:

• более высокая надежность работы, т.к. каждый сервер-диспетчер работает как самостоятельный процесс и тем самым надежно защищен от нежелательного вмешательства со стороны других серверов;
• расширяемость за счет добавления новых серверов, с четко определенным интерфейсом с микроядром;
• распределенность, т.е. возможность запускать серверы и микроядро на физически различных компьютерах.

Микроядро обычно выполняет следующие функции: управление основной памятью, примитивное управление процессами, базовое управление вводом/выводом и прерываниями, передача сообщений. В качестве серверов реализуются диспетчеры процессов, модули управления внешними устройствами, подсистема управления файлами, программные прикладные интерфейсы.

Вывод по первой главе:

У каждой операционной системы графический пользовательский интерфейс имеет свой стиль и оформление, поэтому при смене операционной системы в первое время можно очень долго путаться в меню в поисках необходимого пункта. Но современные операционные системы разрабатывались на основе исследований удобства использования, что максимально приблизило сходство стилей оформления, и сделало их интуитивно понятными. До разработки графического пользовательского интерфейса единственным способом управления компьютером была возможность ввода команд в командной строке. Причем пользователь должен был вручную набирать все команды, и результат их выполнения мог узнать только по ответному текстовому сообщению на экране монитора.

Глава 2. Функции операционных систем персональных компьютеров

2.1 Функционирование операционных систем

Операционная система играет роль логической прослойки между аппаратной частью вычислительной системы (с её микропрограммами) и программами-приложениями, с которыми работает человек. Узнать свою операционную систему легко. Достаточно выполнить соответствующую микропрограмму в системе. Современная операционная система по своей структуре является довольно сложным программным комплексом и выполняет весьма обширный перечень функций. Выделяют основные функции, которыми сегодня обязана обладать любая операционная система.

В первую очередь, она обязана выполнять функцию обработчика программных запросов. Программные продукты, написанные под конкретную операционную систему, обычно очень активно используют её для таких действий, как: ввод или вывод данных, остановку или запуск прочих программ, высвобождение или выделение дополнительного ресурса и других. На все эти действия приложениями формируются запросы, которые ставятся в очередь обработки операционной системой. Кроме этого, в обязанности любой операционной системы входит обеспечение загрузки приложений в оперативную память с последующим выполнением.

Управление оперативной памятью системы также является одной из важнейших функций операционной системы. Память должна правильно распределяться между процессами для обеспечения эффективности работы. После завершения выполнения процесса память должна быть вовремя высвобождена для других процессов. Операционная система должна следить за рабочими средами выполняемых процессов и производить своевременные операции для предотвращения утечек памяти. [12]

Ввод и вывод информации на периферийные устройства в операционных системах обязан быть стандартизованным. Кроме того, доступ к данным на энергонезависимых носителях должен быть полностью обеспечен операционной системой в рамках поддерживаемых ею файловых систем. Например, операционная система Windows поддерживает файловые системы FAT, FAT32, NTFS и exFAT. А это значит, что стандартными способами в Windows невозможно получить доступ к носителю c файловой системой Ext2, являющейся стандартной в Linux.

Следующей важнейшей функцией является предоставление пользователю интерфейса взаимодействия с машиной. С помощью операционной системы пользователь может в широком смысле управлять компьютером. При этом все его действия, наравне с действиями любого запущенного программного продукта, должны фиксироваться. Операционная система обязана вести учёт логов всех действий, совершаемых в системе.

Кроме всех вышеперечисленных, современные операционные системы могут обладать рядом дополнительных функций. Так, система может быть многозадачной (то есть способной параллельно запускать несколько задач) и многопользовательской. С целью безопасности, операционная система может не только разграничивать доступ к ресурсам для процессов, но и разграничивать права доступа для пользователей.

2.2Основные части операционной системы

В любой операционной системы основными будут следующие части: ядро, файловая структура, интерпретатор команд пользователя и утилиты.

Если говорить о простейших основных функциях операционных систем, то они выполняют работу по:

• загрузке различных приложений в оперативную память и их исполнению;
• управлению оперативной памятью;
• обеспечению доступа к данным при помощи файловой системы;
• доступу к периферийным устройствам;
• сетевым операциям;

2.3Операционные системы для персонального компьютера

На сегодняшний день где угодно можно услышать или лицезреть вживую ожесточенные споры насчёт того, какая из крупного списка операционных систем лучше всего. Вариантов много, и ни один из них нельзя считать лучшим, ведь каждому пользователю подходит своё, чем он долго пользуется, и что-то другое он вряд ли примет. Что ж, следует рассказать о некоторых операционных системах, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. [4]

Microsoft Windows XP

Хотя официально для данной ОС больше не выпускаются официальные обновления, не признавать, что она была отличной «осью» для любой машины в своё время – глупо. Windows XP появилась на свет немного больше десяти лет назад, и за время своей службы на благо пользователей она получила миллионы восторженных отзывов. Её практичность, лёгкость в управлении, хороший дизайн и доступность для людей, далёких от технологий, сыграла свою большую роль в формировании прекрасного бренда. Впрочем, не все современные люди перешли на более поздние версии операционной системы от компании Microsoft: некоторые до сих пор смахивают пальцем ностальгические скупые слёзы при очередном запуске компьютера и не собираются стремиться в будущее.

Windows 7

Вышедшая в 2009 году Windows 7 поразила многих. Её расширенная функциональность, визуальное оформление, наличие большого меню действий произвело на ценителей огромное впечатление. Да и поныне она совершенствуется с каждым новым годом. Хотя и вышла более поздняя версия — Windows 8, однако, она не смогла добиться такой же признательности среди пользователей, как предшественник. В Windows 7 всё на высоком уровне – и быстродействие, и разнообразие новшеств, и быстрая работа, и многое другое, способное всех удивить. Да и устанавливается она недолго.

Windows 8 и 8.1

Сменившая Windows 7, эта операционная система вызвала неоднозначную реакцию по всему миру – в ней Microsoft впервые внедрила новый пользовательский интерфейс, одинаковый для обычных компьютеров и планшетов, плиточный Metro UI. И хотя в версии 8.1 был добавлен классический Пуск, да и сама система работает весьма быстро и стабильно, многие до сих пор сидят на семерке, хотя ее официальная поддержка кончается в 2015 году.

Linux Mint 11

Владельцы операционных систем Windows считают любую версию Linux крайне непонятной. И их можно понять, ведь отличия поразительные. Тем не менее, если проработать в Linux Mint 11 достаточное количество времени, то можно разобраться во всех её аспектах, уяснить множество функций и мелких деталей. Устанавливается она за считанные минуты. Славится она тем, что предлагает пользователю стабильность и быструю работу с файлами. Дизайн Windows хоть и лучше, но Linux также вполне может удивить. Производительность хорошая, и в целом всё на высоте. Но, опять же, если долго работать на Windows, а затем перейти на Linux, то это может вызвать недоумение и непонятности, что проходит со временем.

MacOS

MacOS  – достойная альтернатива описанным ранее операционным системам, но только если у вас компьютер от Apple. Она рассчитана на тех любителей компьютеров, которые без ума от дизайнерской составляющей. Защита здесь хорошая – изначально встроен файервол и антивирус. Многие программы, пришедшие сюда из других операционных систем, теперь выглядят более качественно. А что касается стоимости, то она приятно удивляет своей доступностью.

Любую из этих ОС можно смело ставить на компьютер.

2.4 Преимущества и недостатки ОС

Для решения задач, связанных с разработкой или внедрением ОС, необходимо рассмотреть принципы построения различных архитектур и понять, какими преимуществами и недостатками обладает та или иная операционная система.