Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Функциональные возможности и задачи ОС 8).pdf

Введение

Важность современных операционных систем трудно переоценить. Информатизация общества, гигантский рост числа производственных, офисных, домашних, игровых компьютеров, интернет вещей обеспечивается широким спектром операционных систем различных зарубежных и отечественных производителей, рассчитанных на самые различные вычислительные мощности – от встраиваемых микроконтроллеров до суперкомпьютеров.

Операционные системы составляют основу различных автоматизированных систем управления (АСУ). К таким системам можно отнести ситуационные центры технологического назначения (например, ситуационно-аналитический центр ОАО «СО ЕЭС», центры управления технологическими процессами атомных электростанций и др.), АСУ управления критически важными объектами (финансово-банковская система, система спасения и оказания скорой помощи, гидротехнические сооружения, метрополитен и др.), центры управления информационной безопасностью различных объектов и систем, ситуационные центры органов государственной власти, национальный центр управления обороной Российской Федерации и др.

Современный компьютер сложно представить без какой-либо установленной операционной системы. Без операционной системы компьютер является лишь набором микросхем и проводов. Именно с помощью операционной системы мы загружаем нужные нам для работы или развлечения программы, игры, утилиты, работаем с мышью клавиатурой, печатаем документы на принтере или слушаем музыку через динамики. Задачей операционной системы является управление всеми пользовательскими программами и управление аппаратным обеспечением компьютера. Поэтому данная тема актуальна на сегодняшний день.

Предметом курсовой работы является совокупность характеристик операционных систем персональных компьютеров.

Объектом курсовой работы является операционные системы Windows и Linux.

Целью данной работы является систематизация и обобщение основных функций операционных систем персональных компьютеров.

Согласно поставленной цели необходимо решить следующие задачи для ее достижения:

• рассмотреть основные понятия операционных систем персональных компьютеров;
• провести обзор функциональных возможностей и задач ОС персональных компьютеров;
• выявить функции отдельных блоков современных ОС персональных компьютеров;
• систематизировать и обобщить назначение и функции ОС MS Windows и Linux.

---

1. Основные понятия операционных систем персональных компьютеров

Операционная система — это программный комплекс, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, вычислительными процессами, а также предоставляющий среду для выполнения прикладных программ [1].

Относительно своего назначения, операционные системы бывают [2]:

- универсальные (для общего использования);

- специальные (для решения специальных задач);

- специализированные (выполняются на специальном оборудовании)

- однозадачные (в отдельный момент времени могут выполнять только одну задачу);

- многозадачные (в отдельный момент времени способны выполнять более одной задачи);

- однопользовательские (в системе отсутствуют механизмы ограничения доступа к файлам и на использование ресурсов системы);

- многопользовательские (система внедряет понятие "владелец файла" и обеспечивает механизмы ограничения на использование ресурсов системы (квоты)), все многопользовательские операционные системы являются также многозадачными;

- реального времени (система поддерживает механизмы выполнения задач реального времени, есть такие, для которых любые операции всегда выполняются по заранее предсказуемому и неизмененному при следующих исполнениях времени).

Относительно способа установки (инсталляции) операционной системы, операционные системы бывают [1]:

- встроенные (которые хранятся в энергонезависимой памяти вычислительной машины или устройства без возможности замены в процессе эксплуатации оборудования);

- не встроенные (которые устанавливаются на одно из устройств хранения информации вычислительной машины с возможностью последующей замены в процессе эксплуатации).

Относительно соответствия стандартам операционные системы бывают:

• стандартные (соответствуют одному из общепринятых открытых стандартов, чаще всего POSIX)
• нестандартные (в том числе такие, которые разрабатываются в соответствии с корпоративными стандартами).

Относительно возможностей расширения операционные системы бывают:

• закрытые (не позволяют расширения функциональности ОС);
• открытые (строятся по технологиям, которые обеспечивают возможности расширение функциональности ОС).

---

Относительно возможностей внесения изменений в исходный код операционные системы бывают:

• открытые (англ. Open source) - с открытым программным кодом;
• собственнические (англ. Proprietary) - коммерческие с закрытым кодом.

Операционная система (ОС) связывает аппаратное обеспечение и прикладные программы. Многие свойства различных программ похожи, и операционная система обычно предоставляет этот общий сервис. Например, практически все программы считывают и записывают информацию на диск или отображают ее на дисплее. И хотя каждая программа в принципе может содержать инструкции, выполняющие эти повторяющиеся задачи, использование в этих целях операционной системы более практично.

Операционная система может взаимодействовать с аппаратными средствами и пользователем или прикладными программами. Она также может переносить информацию между аппаратурой и прикладным программным обеспечением [3].

К операционным системам в зависимости от сферы их использования предъявляется ряд требований. Некоторые, из перечисленных ниже, могут быть более или менее жесткими. Основное требование – функциональная полнота – зависит от предметной области использования системы.

Функциональная полнота определяется выполнением основных функций эффективного управления ресурсами и обеспечения удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ. Современная ОС должна поддерживать мультипрограммный вычислительный процесс, как правило, виртуальную память, возможно свопинг, требуемый интерфейс для приложений и, возможно для пользователя, высокую степень защиты, удобство работы, а также выполнять многие другие необходимые функции и услуги.

Кроме требований функциональной полноты, к ОС предъявляется ряд важных эксплуатационных требований.

Эффективность. Под эффективностью вообще любой системы понимается степень соответствия системы своему назначению, техническое совершенство и экономическая целесообразность. На показатели эффективности ОС влияет много различных факторов, среди которых основными являются архитектура ОС, многообразие ее функций, качество программного кода, аппаратная платформа (компьютер) и др. Надежность и отказоустойчивость. Операционная система должна быть не менее надежна, чем компьютер, на котором она работает.

Система должна быть защищена от внутренних и внешних сбоев и отказов. В случае ошибки в программе или аппаратуре система должна обнаружить ошибку, попытаться исправить ее или свести к минимуму ущерб, нанесенный этой ошибкой.

---

Надежность и отказоустойчивость ОС определяются архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также отлаженностью программного кода (основные отказы и сбои ОС в основном обусловлены программными ошибками в ее модулях).

Безопасность (защищенность). ОС должна защищать приложения и пользователей и от воздействия чужих ошибок, и попыток злонамеренного вмешательства (несанкционированного доступа). Свойства безопасности особенно важны для сетевых ОС. В таких ОС к задаче контроля доступа добавляется задача защиты данных, передаваемых по сети.

Предсказуемость. Требования, которые пользователь может предъявить к системе, в большинстве случаев непредсказуемы. В то же время пользователь предпочитает, чтобы обслуживание не очень сильно менялось в течение предположительного времени. В частности, запуская свою программу в системе, пользователь должен иметь основанное на опыте работы с этой программной приблизительное представление, когда ему ожидать выдачи результатов. Требования со стороны приложений, как правило, могут быть сформулированы и достаточно полно учтены.

2. Функциональные возможности и задачи ОС

К основным функциональным возможностям ОС относятся: распределение ресурсов вычислительной системы, ввод / вывод информации и обмен данными между различными компонентами системы, диагностика неисправностей, планирование использования ресурсов системы [4].

К основным компонентам ОС персональных компьютеров относят [5]: подсистемы управления процессами, подсистемы управления памятью, подсистемы управления файлами и внешними устройствами, подсистемы защиты данных и администрирования, интерфейс прикладного программирования, подсистемы интерфейса.

Задачи подсистемы управления ресурсами включают: планирование ресурса, удовлетворение запросов на ресурсы, отслеживание состояния ресурса, учет использования ресурса, разрешения конфликтов между процессами.

Задачи подсистемы управления памятью включают в свой состав: отслеживание свободной и использованной памяти, выделение памяти процессам, защита памяти, освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск и возвращение их обратно, настройку адресов программы на конкретную область физической памяти.

Задача подсистемы управления файлами и внешними устройствами состоит в: виртуализации отдельных наборов данных, управление конкретным типом периферийных внешних устройств, преобразования символьных имен файлов в физические адреса, передаче данных между внешними устройствами и оперативной памятью, реализации концепции файлового доступа для обмена данными с внешними устройствами.

---

Основные задачи защиты данных и администрирование заключаются в следующем:

- Защита от сбоев и отказов аппаратуры,

- Защита от несанкционированного доступа,

- Аудит (протоколирование, auditing) фиксация в системном журнале событий, связанных с доступом к защищаемым системным ресурсам. Средства учета и наблюдения обеспечивают возможность выявить и зафиксировать важные события, связанные с безопасностью, или любые попытки создать, получить доступ или удалить системные ресурсы. Аудит используется для того, чтобы определять даже неудачные попытки «взлома» системы.

Протоколирование/аудит традиционно были последним рубежом защиты, обеспечивают анализ последствий нарушения информационной безопасности и выявление злоумышленников. Такой аудит можно назвать пассивным. В современный арсенал защитных средств вошел активный аудит, направленный на выявление подозрительных действий в реальном масштабе времени. Активный аудит включает два вида действий:

- выявление нетипичного поведения (пользователей, программ или аппаратуры)

- выявление начала злонамеренной активности.

Архитектура современных операционных систем персональных компьютеров представлена на рисунке 1.

Под архитектурой операционной системы понимают структурную и функциональную организацию ОС на основе некоторой совокупности программных модулей. На архитектуру ранних операционных систем обращалось мало внимания, отсутствовал и опыт разработки больших программных систем. Первые ОС разрабатывались как монолитные системы без четко выраженной структуры. Для построения монолитной системы необходимо было скомпилировать все отдельные процедуры, а затем связать их вместе (примерами могут служить ранние версии ядра UNIX или Novell NetWare). Такое отсутствие структуры было несовместимо с расширением операционных систем. ОС OS/360 содержала более 1 млн. строк кода, а система Maltics содержала к 1975 году уже 20 млн строк [1].

Стало ясно, что разработка таких систем должна вестись на основе модульного программирования. Большинство современных ОС представляют собой хорошо структурированные модульные системы, способные к развитию, расширению и переносу на новые платформы. Какой-либо единой унифицированной архитектуры ОС не существует, но известны универсальные подходы к структурированию ОС.

Принципиально важными универсальными подходами к разработке архитектуры ОС являются [6-8]: модульная организация, функциональная избыточность, функциональная избирательность, параметрическая универсальность, концепция многоуровневой иерархической организации и др.

---