Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Назначение и основные функции операционных систем).pdf
Добавлен: 28.03.2023
Просмотров: 112
Скачиваний: 2
Рис. 2. – Иерархическая система каталогов
Файл обладает уникальным идентификатором (именем), обеспечивающим доступ к файлу. Идентификатор включает в себя собственно имя – буквенно-цифровое обозначение файла, которое может содержать специальные символы (подчеркивание, дефис, восклицательный знак и т.д.), и расширение имени файла (обычно отделяемое от имени файла точкой). Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в использовании расширений следует придерживаться традиции, согласно которой расширение указывает на тип файла, характер его содержимого.[40]
Известны десятки стандартных расширений, используемых при работе с различными программными системами.[41]
В различных ОС существуют определенные ограничения на длину имени и расширения имени файла. Так, в MS-DOS длина имени файла не должна превышать восьми символов, а расширение – трех. В ОС UNIX ограничения значительно менее жесткие.[42]
Имена директорией, начиная от корневого, образующие путь к файлу, отделяемые при записи друг от друга косой чертой (\ в DOS, / в UNIX), также как и обозначение диска, относятся к идентификатору файла. Например, в MS-DOS: d:\lang\pascal\work\example.pas
Есть файл с именем example и расширением pas, указывающем на то, что это текст программы на Паскале, полный путь к которому:
d: – диск d;
\lang\pascal\work – это структура вложенных директорией, в самом внутреннем из которых находится необходимый файл example.pas.
Каждый каталог рассматривается как файл, имеет собственное имя. Продвижение по дереву при поиске некоторого каталога или файла возможно как вниз по дереву от текущего узла, так и вверх в направлении к корню. В каждом каталоге хранится список имен файлов, а также ссылки на дескрипторы файлов. В дескрипторах сосредоточена подробная информация о файле (список номеров блоков, занимаемых файлом, метод доступа к файлу, дата создания файла, идентификатор владельца, тип файла). В процессе работы могут создаваться новые каталоги и вписываться в требуемое место иерархии.[43]
Файловая система ОС обеспечивает основные операции над файлами: их открытие (что сопровождается копированием учетной информации о файле, обеспечивающей быстрый доступ к нему, в некоторую структуру данных, расположенную в оперативной памяти, подготовкой буферов и каналов для передачи информации), копирование, перемещение, объединение, удаление, закрытие. Вторую группу представляют операции чтения и записи составных элементов файла. Особая группа операций обеспечивает печать содержимого каталогов или файлов, управление правами доступа к файлам, поиска файлов и т.д.
Развитые многопользовательские файловые системы обеспечивают также защиту и разделение данных, хранящихся в файлах, при работе с ними разных пользователей. Так, например, после входа в систему UNIX (который производится по паролю) пользователь получает доступ к ряду системных, групповых и личных каталогов и файлов.[44] Каждый файл и каталог имеет владельца. Обычно это пользователь, создавший их. Владелец может затем назначить тип защиты файла от трех категорий пользователей:
• владельца (самого себя);
•представителей той же группы пользователей, что и владелец (понятие группы полезно при совместной работе над какими-либо проектами);
• всех остальных пользователей системы.
Каждый файл (каталог) имеет три вида разрешения на доступ:[45]
• чтение (г – read) – можно просматривать содержимое файла (каталога);
• запись (w – write) – можно менять содержимое файла (создавать или удалять файлы в каталоге);
• выполнение (х – execute) – можно использовать файл как команду UNIX.
Комбинация видов доступа к файлу записывается последовательностью 9 символов:
Отсутствие права доступа обозначается минусом. Например: rwxr-x--x – файл может быть просмотрен, изменен и запущен на выполнение владельцем, просмотрен и выполнен членами группы, к которой относится владелец, и выполнен всеми остальными пользователями системы.
ГЛАВА 2. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРОВ ТИПА IBM PC
§1. Общие сведения о MS DOS
Дисковые операционные системы работают с открытой памятью и не защищают код и данные загруженных задач друг от друга. Как правило, такая система представляет собой некий резидентный набор подпрограмм, совмещенный с загрузчиком программ.[46]
Обычно, но не всегда, эти подпрограммы содержат средства для работы с устройствами внешней памяти — дисками и лентами, откуда и происходит название систем данного типа. ДОС загружает пользовательскую программу в память и передает ей управление, после чего программа делает с системой все, что ей заблагорассудится, — в частности, ДОС не препятствует прямому доступу к контроллерам дисковых устройств в обход своих процедур. Доступ к некоторым периферийным устройствам вообще не контролируется. При завершении программы считается хорошим тоном оставлять машину в таком состоянии, чтобы ДОС могла продолжить работу. Если же программа приводит машину в какое-то другое состояние, ДОС ничем не может ей воспрепятствовать.[47]
В простейшем случае ДОС является однозадачной системой. Примерами таких систем являются загрузочные мониторы для персональных компьютеров Spectrum, а также для игровых приставок.[48]
Более сложные ДОС представляют собой многозадачные системы, порой даже реализующие многооконный графический пользовательский интерфейс.
К таким системам относятся: □ MS/DR-DOS; П Windows 3.x и (с некоторыми оговорками) Windows 95/98/МЕ; П MacOS вплоть до версии 9; П многие системы для карманных компьютеров, например PalmOS. Большинство этих систем являются однопользовательскими и предназначены для работы на терминальных устройствах, персональных или карманных компьютерах; впрочем, есть и примеры серверных ОС такого типа — например, Novell NetWare.
Главным преимуществом ДОС является простота и низкие требования к вычислительным ресурсам, поэтому они особенно популярны на маломощных компьютерах.[49]
Развитие вычислительной техники делает ДОС все менее и менее конкурентоспособными, так что, например, с настольных персональных компьютеров они уже практически вытеснены. Впрочем, желание пользователей продолжать работу с существующими программами, разработанными для ДОС, делает вытеснение старых систем длительным и болезненным процессом.[50]
Распространение карманных компьютеров дало системам класса ДОС еще один шанс. Вычислительные ресурсы карманного компьютера ограничены не столько объемом и стоимостью микросхем процессора и памяти, сколько энергопотреблением, т. е. объемом, весом и стоимостью аккумулятора, способного эту систему прокормить.
На самом деле, качественный скачок в эргономике карманного устройства достигается при переходе от двух дней непрерывной работы на одной подзарядке ко многим дням работы.[51] Если аккумулятора хватает только на один-два дня, а тем более на меньшее время, пользователь постоянно сталкивается с риском, что устройство окажется разряженным в тот момент, когда оно более всего необходимо. Если же срок непрерывной работы составляет хотя бы неделю (как у современных сотовых телефонов), пользователь всегда будет иметь полдня или больше на то, чтобы все-таки зарядить аккумулятор. Этот фактор значительно ограничивает применение устройств (как карманных компьютеров, так и смартфонов) на основе Windows СЕ.
ОС (Операционные системы) Такие системы используют специальные аппаратные устройства, управляющие доступом к памяти, так называемые диспетчеры памяти. Такое устройство должно быть частью центрального процессора или, во всяком случае, очень тесно связано с ним. [52]
Диспетчер памяти обеспечивает адресацию памяти, зависимую от контекста, так что разные задачи видят различные адресные пространства и логически не могут обращаться к памяти, которую им не выделяли. Поскольку адресное пространство задачи отображается на реальную память непрямым образом, такую схему доступа к памяти называют виртуальной памятью. Кроме разделения адресных пространств, диспетчеры памяти выполняют и ряд других полезных функций, например, управление доступом к адресам, на которые отображены порты периферийных устройств, защиту некоторых областей памяти от записи или исполнения (что позволяет в определенных пределах защитить программу от самой себя) и страничную подкачку (имитацию oпeративной памяти большого объема за счет подкачки с диска тех областей памяти, к которым происходит обращение).[53]
Операционные системы для персональных ЭВМ за время существования этого класса компьютеров с 1975 г. претерпели значительное развитие, сопровождавшееся увеличением разрядности персональных компьютеров (ПК) от 8 до 32, расширением возможностей, улучшением интерфейса с пользователем (табл. 1).
Таблица 1. – Некоторые типы ОС для персональных компьютеров
|
ПК |
||
|
8-разрядные |
16-разрядные |
32-разрядные |
|
Р/М-80, MSX DOS, MикpoDOS, Микрос-80 |
MS-DOS, РАФОС, ОС DBK, ИНМОС |
UNIX, XENIX, Windows 95, OS/2 |
8-разрядные ОС сохраняют значение в качестве операционных систем простейших учебных и бытовых (игровых) компьютеров. Из-за ограниченного адресного пространства оперативной памяти (65 кбайт) серьезные профессиональные применения таких компьютеров невозможны.
16-разрядные IBM-совместимые компьютеры составляют значительную часть парка профессиональных персональных компьютеров в нашей стране. Самая распространенная ОС для этих компьютеров – однопользовательская однозадачная MS DOS (компании MicroSoft – сокращенно MS; DOS – английская аббревиатура названия «дисковая операционная система»).[54] Первая версия этой ОС была создана одновременно с персональным компьютером IBM PC в 1981 г. и из внешних устройств поддерживала лишь накопители на гибких дисках с дискетами на 160 кбайт. Версия 2.0 связана с появлением модификации PC XT, поддерживала также накопители на жестких дисках до 10 Мбайт, древовидную файловую структуру. Популярная на протяжении ряда лет версия 3.3 (1987 г.) – для поддержки PC AT. Эта модификация ОС адресует 640 кбайт оперативной памяти, что в момент ее появления было прогрессивным моментом, а затем стало сдерживающим прогресс программного обеспечения фактором. Современные версии MS DOS преодолели ограничения на размер оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), имеют множество новых команд, содержат встроенные драйверы устройств, графическую оболочку, справочную систему и т.д.
Основные структурные компоненты MS DOS таковы:
• базовая система ввода-вывода (BIOS);
• системный загрузчик (SB);
• драйверы устройств (т.е. программы, поддерживающие их работу);
• базовый модуль;
• командный процессор (называемый также интерпретатором команд);
• утилиты DOS (вспомогательные программы).
Охарактеризуем коротко основные компоненты. BIOS хранится в ПЗУ. Эта программа написана непосредственно в машинных кодах; при включении компьютера она автоматически считывается в ОЗУ, запускается на исполнение и производит беглую проверку работоспособности основных устройств компьютера. Затем BIOS производит поиск на дисках программы запуска операционной системы (программы начальной загрузки). BIOS имеет также функции поддержки стандартных периферийных устройств, прежде всего дисплея и клавиатуры.
Программа начальной загрузки, найденная BIOS-ом на диске, обращается последовательно к дисководам А, В и т.д. пока не найдет программу SB – системный загрузчик. Эта программа проверяет наличие на диске ядра операционной системы, состоящего из файлов с названиями ibmio.sys – файла расширения BIOS и command.com – командного процессора, загружает их в ОЗУ и запускает на исполнение первую из этих программ. Она дополнительно тестирует оборудование, осуществляет конфигурирование DOS (стандартное при отсутствии файла config.sys – файла конфигурации или нестандартное в соответствии с содержанием файла config.sys), подключает необходимые драйверы и т.д. Далее эта программа устанавливает некоторые указания о способах обработки прерываний (векторы прерываний) и передает управление базовому модулю DOS, который продолжает устанавливать правила обработки прерываний и после этого загружает в ОЗУ командный процессор и передает ему управление.[55]
Пользователь, работающий с DOS без программ – оболочек или дополнительных интерфейсных систем, непосредственно общается с командным процессором. Режим работы – диалоговый, т.е. пользователь отдает команду, ОС выполняет и ждет следующей команды. Способ отдавать команды является достаточно архаичным – текст команды нужно просто набрать на клавиатуре, для чего большую часть команд надо помнить, а для редко встречающихся – пользоваться справочником (либо в виде книги, либо встроенным в DOS).
Командный процессор, будучи запущенным, вначале отыскивает и исполняет программу автозапуска (файл autoexec.bat), если она есть. Эта программа создается пользователем из команд DOS для того, чтобы произвести некоторые рутинные действия по созданию удобной для начала работы обстановки. Например, если при запуске компьютера вы получаете на экране панели Norton Commander, то лишь потому, что «автозапуск» этой программы предусмотрен тем, кто составлял файл autoexec.bat. Следующее действие командного процессора – выдача на экран приглашения пользователю вводить команду, выглядящее, например, так: С> (если DOS загружалась с диска С).