Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Сущность операционной системы).pdf

Графический интерфейс. Такие операционные системы реализуют интерфейс, основанный на взаимодействии активных и пассивных графических экранных элементов управления. Устройствами управления в данном случае являются клавиатура и мышь. Активным элементом управления является указатель мыши — графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши. Пассивные элементы управления — это графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и т.д.).

Примером исключительно графических ОС являются операционные системы семейства Windows. Стартовый экран подобных ОС представляет собой системный объект, называемый рабочим столом. Рабочий стол — это графическая среда, на которой отображаются объекты (файлы и каталоги) и элементы управления.

В графических операционных системах большинство операций можно выполнять многими различными способами, например через строку меню, через панель инструментов, через систему окон и др. Поскольку операции выполняются над объектом, предварительно он должен быть выбран (выделен).

Основу графического интерфейса пользователя составляет организованная система окон и других графических объектов, при создании которой разработчики стремятся к максимальной стандартизации всех элементов и приемов работы.^[10]

Окно — это обрамленная прямоугольная область на экране монитора, в которой отображаются приложения, документ, сообщение. Окно является активным, если с ним в данный момент работает пользователь. Все операции, выполняемые в графических ОС, происходят либо на Рабочем столе, либо в каком-либо окне.

Аудиальный интерфейс можно условно подразделить на интерфейс голосового ввода и аудиального вывода. Аудиальный вывод рассматривается как набор системных оповещений, звуков и голосовых подсказок в дальнейшем, по мнению большинства информационных аналитиков, перерастёт в полноценного голосового помощника. Голосовой ввод есть передача команды устройству посредством звуковой волны

Главной функцией пользовательского интерфейса является коммуникативная функция, которая реализуется через визуальную и аудиальную составляющие. К ней относят всю совокупность процессов ввода и вывода информации, обеспечивающую связь между пользователем и машиной.

К пользовательскому интерфейсу, согласно А. Марченко, предъявляется ряд требований:

• Постоянство информационной среды, выражающееся в неизменности команд, окон, меню;
• Минимизация информации, которая может потребоваться пользователю;
• Наделение графических элементов (пиктограмм, икон, кнопок) смыслами, интуитивно понятными пользователю;
• Естественность и дружественность интерфейса, не требующая от пользователя постоянно менять свои привычные модели взаимодействия с устройством;
• Способность быстро обучать пользователя управлению программным средством.^[11]

1.6 Распределение ресурсов и управление ими

Операционная система не только предоставляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является механизмом, распределяющим ресурсы компьютера. К числу основных ресурсов современных вычислительных систем могут быть отнесены процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и некоторые другие. Ресурсы распределяются между процессами (кроме процессоров, которые распределяются между потоками).

Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования является назначением операционной системы. Например, мультипрограммная операционная система организует одновременное выполнение сразу нескольких процес­сов на одном компьютере, поочерёдно переключая процессор с одно­го процесса на другой, исключая простои процессора, вызываемые обращениями процессов к вводу-выводу ОС также отслеживает и разрешает конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству ввода-вывода или к одним и тем же данным.^[12]

Критерий эффективности, в соответствии с которым ОС организует управление ресурсами компьютера, может быть различным. Например, в одних системах важен такой критерий, как пропускная способность вычислительной системы, в других — время её реакции. Соответственно выбранному критерию эффективности операционные системы по-разному организуют вычислительный процесс.

Управление ресурсами включает решение следующих общих, не зависящих от ресурса задач:

- планирование ресурса, то есть определение, какому процессу, когда и в каком количестве (если ресурс может выделяться частями) следует выделить ресурс;

- удовлетворение запросов на ресурсы;

- отслеживание состояния и учёт использования ресурса, то есть поддержание оперативной информации о том, занят или свободен ресурс и какая доля ресурса уже распределена;

- разрешение конфликтов между процессами.^[13]

Задача организации эффективного совместного использования ресурсов несколькими процессами является весьма сложной, и слож­ность эта порождается в основном случайным характером возник­новения запросов на потребление ресурсов. В мультипрограммной системе образуются очереди заявок от одновременно выполняемых программ к разделяемым ресурсам компьютера: процессору, страницам памяти, к принтерам, к дискам. Операционная система организует обслуживание этих очередей по разным алгоритмам: в порядке поступления, на основе приоритетов, кругового обслуживания и т. д.

1.7 Обеспечение безопасности информации

Подсистема защиты ОС выполняет следующие основные функции:

1. Идентификация и аутентификация. Ни один пользователь не может начать работу с ОС, не идентифицировав себя и не предоставив системе аутентифицирующую информацию, подтверждающую, что пользователь действительно является тем, кем он себя заявляет;

2. Разграничение доступа. Каждый пользователь системы имеет доступ только к тем объектам ОС, к которым ему предоставлен доступ в соответствии с текущей политикой безопасности.

3. Аудит. ОС регистрирует в специальном журнале события, потенциально опасные для поддержания безопасности системы;^[14]

4. Управление политикой безопасности. Политика безопасности должна постоянно поддерживаться в адекватном состоянии, т. е. должна гибко реагировать на изменения условий функционирования ОС. Управление политикой безопасности осуществляется администраторами системы с использованием соответствующих средств, встроенных в ОС;

5. Криптографические функции. Защита информации немыслима без использования криптографических средств защиты. Шифрование используется в ОС при хранении и передаче по каналам связи паролей пользователей и некоторых других данных, критичных для безопасности системы;

6. Сетевые функции. Современные ОС, как правило, работают не изолированно, а в составе локальных и/или глобальных компьютерных сетей. ОС компьютеров, входящих в одну сеть, взаимодействуют между собой для решения различных задач, в том числе и задач, имеющих прямое отношение к защите информации.^[15]

Подсистема защиты обычно не представляет собой единый программный модуль. Как правило, каждая из перечисленных функций подсистемы защиты решается одним или несколькими программными модулями. Некоторые функции встраиваются непосредственно в ядро ОС. Между различными модулями подсистемы защиты должен существовать четко определенный интерфейс, используемый при взаимодействии модулей для решения общих задач.

1.8 Обеспечение режима мультипрограммирования

Мультипрограммирование - это режим обработки данных, при котором ресурсы вычислительной системы предоставляются каждому процессу из группы процессов обработки данных, находящихся в ВС, на интервалы времени, длительность и очередность предоставления которых определяется управляющей программой этой системы с целью обеспечения одновременной работы в интерактивном режиме.

В мультипрограммном режиме работы в памяти ЭВМ находится несколько программ, которые выполняются частично или полностью между переходами процессора от одной задачи к другой в зависимости от ситуации, складывающейся в системе.

В мультипрограммном режиме более эффективно используются машинное время и оперативная память, так как при возникновении каких-либо ситуаций в выполняемой задаче, требующих перехода процессора в режим ожидания, процессор переключается на другую задачу и выполняет ее до тех пор, пока в ней не возникает подобная ситуация, и т.д.^[16]

При реализации мультипрограммного режима требуется определять очередность переключения задач и выбирать моменты переключения, чтобы эффективность использования машинного времени и памяти была максимальной. Мультипрограммный режим обеспечивается аппаратными средствами ЭВМ и средствами операционной системы.

Разработаны также мультипрограммные ОС, позволяющие одновременно следить за решением нескольких задач и повышать эффективность работы пользователя. В зависимости от того, в каком порядке при мультипрограммном режиме выполняются программы пользователей, различают режимы пакетной обработки задач и коллективного доступа. Пакетный режим это такой порядок работы, при котором принимаются централизованные заявки на выполнение заданий и формирует поток независимых заданий в пакеты, которые загружаются в машину и обрабатываются в последовательности, которая определяется администрацией вычислительного центра.

Повышает эффективность функционирования систем путем уменьшения потерь при переходе от одного задания к другому, а также при переходе от одной задачи к другой в рамках одного задания. Основное назначение – организовать выполнение различных по объему заданий так, чтобы минимизировать время на запуск каждого задания и обработку аварийных ситуаций, возникающих при его выполнении.^[17]

В режиме коллективного доступа каждый пользователь ставит свою задачу на выполнение в любой момент времени, то есть для каждого пользователя в такой ВС реализуется режим индивидуального пользования. Это осуществляется обычно с помощью квантования машинного времени, когда каждой задаче, находящейся в оперативной памяти ЭВМ, выделяется квант времени.

После окончания кванта времени процессор переключается на другую задачу или продолжает выполнение прерванной в зависимости от ситуации в ВС.^[18]

Вычислительные системы, обеспечивающие коллективный доступ пользователей с квантованием машинного времени, называют ВС с разделением времени.

1.9 Управление оперативной памятью

Под памятью здесь подразумевается оперативная память (ОП) компьютера. В отличие от памяти жесткого диска (внешней памяти), оперативной памяти для сохранения информации требуется постоянное электропитание (энергозависимость).

Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной ОС. Особая роль памяти объясняется тем, что процессор может выполнять инструкции программы только в том случае, если они находятся в памяти.

В ранних ОС управление памятью сводилось просто к загрузке программы и ее данных из некоторого внешнего накопителя (перфоленты, магнитной ленты или магнитного диска) в память. С появлением мультипрограммирования перед ОС были поставлены новые задачи, связанные с распределением имеющейся памяти между несколькими работающими программами.

Функции ОС по управлению памятью в мультипрограммной системе:

1. Отслеживание свободной и занятой памяти.
2. Выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов.
3. Вытеснение кодов и данных процессов из ОП на диск (полное или частичное), когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в ОП, когда в ней освобождается место.
4. Настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.^[19]