Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Компоненты ОС).pdf
Добавлен: 25.06.2023
Просмотров: 61
Скачиваний: 3
-Ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система (это самый важный компонент);
-Системные библиотеки
-Оболочка с утилитами
Большинство программ, как системных (входящих в операционную систему), так и прикладных, исполняются в непривилегированном («пользовательском») режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что система (точнее, её ядро) управляет оборудованием.
В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав операционной системы включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).
Ядро — центральная часть операционной системы, управляющая выполнением процессов, ресурсами вычислительной системы и предоставляющая процессам координированный доступ к этим ресурсам. Основными ресурсами являются процессорное время, память и устройств ввода-вывода. Доступ к файловой системе и сетевое взаимодействие также могут быть реализованы на уровне ядра.
Как основополагающий элемент операционной системы, ядро представляет собой наиболее низкий уровень абстракции для доступа приложений к ресурсам вычислительной системы, необходимым для их работы. Как правило, ядро предоставляет такой доступ исполняемым процессам соответствующих приложений за счёт использования механизмов межпроцессного взаимодействия и обращения приложений к системным вызовам ОС. Описанная задача может различаться в зависимости от типа архитектуры ядра и способа её реализации.
Объекты ядра ОС:
-Процессы
-Файлы
-События
-Потоки
-Семафоры
-Мьютексы
-Каналы
-Файлы, проецируемые в память
При работе пользователя в текстовой консоли или терминале, первичный диалог осуществляет системная программа, называемая командным процессором. В простейшем случае эта программа выдает приглашение и ожидает ввода команды. Команда представляет собой имя исполняемого файла (двоичного или текстового, так называемого скрипта, написанного на одном из специальных командных языков) или имя внутренней команды самого процесса. По окончании работы эти программы, как правило, возвращают управление командному процессору, однако могут также возвращать управление, не завершая работы (при этом командный процессор выдает приглашение, а ранее запущенная программа продолжает работу в фоновом режиме)
Компьютерное программное обеспечение, с помощью которого другое программное обеспечение (операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.
В общем случае драйвер не обязан взаимодействовать с аппаратными устройствами, он может их только имитировать (например, драйвер принтера, который записывает вывод из программ в файл), предоставлять программные сервисы, не связанные с управлением устройствами (например, /dev/zero в Unix, который только выдаёт нулевые байты), либо не делать ничего (например, /dev/null в Unix и NUL в DOS/Windows).
Виртуальные драйверы - представляют собой особый вариант драйверов. Они используются для эмуляции аппаратного устройства, особенно в средах виртуализации, например, когда программа DOS запускается на компьютере с Microsoft Windows или когда гостевая операционная система работает на хостинге Xen.
-Встроенное программное обеспечение (Прошивка)
Называют содержимое энергонезависимой памяти компьютера или любого цифрового вычислительного устройства —микрокалькулятора, сотового телефона, GPS-навигатора и т. д., в которой содержится его микропрограмма.
Словом «прошивка» иногда называют образ ПЗУ, предназначенный для записи в память соответствующего устройства с целью обновления его микропрограммы, а также собственно процесс записи этого образа в энергонезависимую память устройства.
Прошивка памяти осуществляется при изготовлении устройства различными способами — например, установкой микросхемы памяти с записанным содержимым («прошитой»).
Большинство устройств допускает замену содержимого памяти («перепрошивку»). Способы «перепрошивки» могут быть самыми различными — от физической замены микросхемы памяти до передачи данных по беспроводным каналам.
Широко известным примером является BIOS, поставляемая вместе с материнской платой компьютера и обеспечивающая начальную подготовку компьютера к запуску операционной системы.
3. Операционные системы сегодня
Операционные системы для конечных пользователей (называемые также клиентскими операционными системами) предназначены для предоставления пользователям доступа к определенному набору приложений и для управления ресурсами компьютера. В последние несколько лет производители операционных систем, как правило, выпускают такие ОС в двух редакциях — для корпоративных и для домашних пользователей. Операционные системы для корпоративных пользователей чаще всего ориентированы на работу с офисными и бизнес-приложениями, для обращения к корпоративным файловым и почтовым серверам, серверам приложений и иным корпоративным и внешним ресурсам, реже — для применения графических и мультимедиаприложений (например, в рекламно-издательском бизнесе). Поэтому такие ОС должны удовлетворять весьма жестким требованиям к надежности, безопасности, управляемости. Что касается домашних ОС, то требования к их безопасности и управляемости не столь высоки, тогда как критерии поддержки технологий мультимедиа, использующихся в играх, приложениях для обработки любительского фото и видео и в иных подобных приложениях, могут оказаться довольно серьезными.
Отметим, что и корпоративные, и домашние пользователи в настоящее время предпочитают операционные системы с графическим пользовательским интерфейсом. Исключение составляют некоторые решения, клиентские части которых выполняются под управлением ОС с интерфейсом командной строки (например, MS DOS). Они удобны в том случае, когда в обязанности пользователей входит работа с одним-единственным корпоративным приложением, и число таких пользователей велико.
Впервые перспективность графического пользовательского интерфейса осознали основатели компании Apple Стивен Джобс и Стивен Возняк, увидевшие его в одной из исследовательских лабораторий Xerox. Их первый компьютер, выпущенный в 1983 году, обладал графическим пользовательским интерфейсом, а годом позже появился первый Macintosh с операционной системой Mac OS, которая в течение долгого времени была самой популярной операционной системой подобного класса.
3.1. Windows
Сегодня наиболее популярными операционными системами для конечных пользователей являются члены семейства продуктов Microsoft Windows, которые занимают в настоящее время основную долю рынка. Компания Microsoft начала работу над операционной системой с графическим пользовательским интерфейсом в 1981 году. Первая версия Windows, выпущенная в ноябре 1985 года, обладала гораздо меньшими возможностями, чем Mac OS, и вплоть до выпуска в 1990-м Windows 3.0 эта ОС была не слишком известной. Ситуация начала меняться с выходом версий 3.1 и 3.11, а умелая маркетинговая кампания в середине 90-х годов привела к резкому росту популярности Windows 95 и последующих продуктов этого семейства на рынке операционных систем для корпоративных рабочих станций и для домашних компьютеров.
Первая система данного семейства Windows 95 была выпущена в 1995 году. Её отличительными особенностями являлись: новый пользовательский интерфейс, поддержка длинных имён файлов, автоматическое определение и конфигурация периферийных устройств Plug and Play, способность исполнять 32-битные приложения и наличие поддержки TCP/IP прямо в системе. Windows 95 использовала вытесняющую многозадачность и выполняла каждое 32-битное приложение в своём адресном пространстве. К данному семейству относятся также Windows 98 и Windows Me.
Операционные системы этого семейства не являлись безопасными многопользовательскими системами как Windows NT, поскольку из соображений совместимости вся подсистема пользовательского интерфейса и графики оставалась 16-битной и мало отличалась от той, что в Windows 3.x. Так как этот код не был потокобезопасным, все вызовы в подсистему оборачивались в мьютекс по имени Win16Lock, который, кроме того, ещё и находился всегда в захваченном состоянии во время исполнения 16-битного приложения. Таким образом, «повисание» 16-битного приложения немедленно блокировало всю ОС. Но уже в 1999 году вышло второе исправленное издание. Программный интерфейс был подмножеством Win32 API, поддерживаемым Windows NT, но имел поддержку юникода в очень ограниченном объёме. Также в нём не было должного обеспечения безопасности (списков доступа к объектам и понятия «администратор»). В составе Windows 95 присутствовал MS-DOS 7.0, однако его роль сводилась к обеспечению процесса загрузки и исполнению 16-битных DOS приложений. Исследователи заметили, что ядро Windows 95 — VVM — обращается к DOS под собой, но таких обращений довольно мало, главнейшая функция ядра DOS — файловая система FAT — не использовалась. В целом же интерфейс между VMM и нижележащей DOS никогда не публиковался, и DOS была замечена Эндрю Шульманом (книга «Недокументированный Windows 95») в наличии недокументированных вызовов только для поддержки VMM.
В основу семейства Windows NT положено разделение адресных пространств между процессами. Каждый процесс имеет возможность работать с выделенной ему памятью. Однако он не имеет прав для записи в память других процессов, драйверов и системного кода.
Семейство Windows NT относится к операционным системам с вытесняющей многозадачностью. Разделение процессорного времени между потоками происходит по принципу «карусели». Ядро операционной системы выделяет квант времени (в Windows 2000 квант равен примерно 20 мс) каждому из потоков по очереди при условии, что все потоки имеют одинаковый приоритет. Поток может отказаться от выделенного ему кванта времени. В этом случае система перехватывает у него управление (даже если выделенный квант времени не закончен) и передаёт управление другому потоку. При передаче управления другому потоку система сохраняет состояние всех регистров процессора в особой структуре в оперативной памяти. Эта структура называется контекстом потока. Сохранения контекста потока достаточно для последующего возобновления его работы.
Windows 10 — операционная система для персональных компьютеров, разработанная корпорацией Microsoft в рамках семейства Windows NT. После Windows 8 система получила номер 10, минуя 9.
Система призвана стать единой для разных устройств, таких как персональные компьютеры, планшетыб, смартфоны, консоли Xbox One и пр. Доступна единая платформа разработки и единый магазин универсальных приложений, совместимых со всеми поддерживаемыми устройствами. Windows 10 поставляется в качестве услуги с выпуском обновлений на протяжении всего цикла поддержки. В течение первого года после выхода системы пользователи могут бесплатно обновиться до Windows 10 на устройствах под управлением легальных Windows 7, Windows 8.1 и Windows Phone 8.1. Среди значимых нововведений — голосовая помошница Кортана, возможность создания и переключения нескольких рабочих столов и др. Windows 10 — последняя «коробочная» версия Windows, все последующие версии будут распространяться исключительно в цифровом виде.
Лицензионное соглашение Windows 10 позволяет компании Microsoft собирать многочисленные сведения о пользователе, историю его интернет-деятельности, пароли к сайтам и точкам доступа, данные, набираемые на клавиатуре и многое другое.
Windows 10 — первая операционная система Microsoft, которая официально распространяется не только с серверов поставщика, но и с компьютеров ее пользователей, по принципу протокола BitTorrent. По такому же принципу распространяются и обновления Windows 10, причём эта настройка включена по умолчанию, то есть, если у пользователя лимитированный трафик, тариф с оплатой за объём трафика или скорость подключения к сети не позволяет излишне нагружать линию связи — то эту опцию следует отключить. Так же имеется возможность оставить обмен обновлениями только между компьютерами локальной сети.
В течение первого года после выхода системы пользователи смогут бесплатно обновиться до Windows 10 на любом устройстве под управлением официальных версий Windows 7, Windows 8.1 и Windows Phone 8.1, соответствующим определённым требованиям.
3.2. Ubuntu
Ubuntu (от зулу ubuntu — человечность; «Убу́нту») — операционная система, основанная на Debian GNU\Linux. Основным разработчиком и спонсором является компания Canonical. В настоящее время проект активно развивается и поддерживается свободным сообществом.
По утверждениям Canonical, Ubuntu используется примерно 20 миллионами пользователей. Он является 4-м в списке самых популярных дистрибутивов Linux для веб-серверов. По количеству пользователей, посетивших сайт DistroWatch.com (на апрель 2016 года) занимает 3-е место.