Файл: Функции операционных систем(ОС) персональных компьютеров.pdf

Введение

Актуальность исследования выражается в потребности улучшения функциональности операционных систем персональных компьютеров для повышения качества работы пользователя с ЭВМ.

Объект исследования – совокупность функций, а также операционные системы персональных компьютеров.

Предмет исследования – функционал ОС.

Цель исследования – сравнить возможности функций различных систем, преимущественно UNIX и Windоws.

Задачи исследования:

1. Обозначить главные функции ОС.

2. Определить классы ОС.

3. Описать и проанализировать главные и дополнительные функции ОС.

4. Проанализировать возможности современных ОС и выявить их недостатки и достоинства.

Гипотеза исследования - постоянно повышается быстродействие, добавляются новые функции, постоянные обновления операционных систем. Пользовательский интерфейс ОС становится всё более умным, направляя пользователя в типовых ситуациях и принимая за него каждодневные решения.

Часть 1. Теоретическая составляющая ОС

Операционная система. Классификация

В составе ОС различают 3 группы компонентов:

• ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудование; сетевая подсистема, файловая система;
• системные библиотеки;
• оболочка с утилитами.

В определении состава операционной системы значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

К основным функциям операционных систем относят следующие:

• загрузка приложений в оперативную память и их выполнение;
• стандартизированный доступ к периферийным устройствам;
• управление оперативной памятью;
• управление доступом к данным на энергонезависимых носителях;
• пользовательский интерфейс;
• сетевые операции;
• параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность);
• взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация;
• разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (авторизация, аутентификация).

Операционные системы могут различаться особенностями реализаций внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, устройствами, памятью), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами.

Существует несколько классификаций операционных систем, в которых выделяют определенные критерии, отражающие разные существенные характеристики систем, рассмотрим наиболее часто встречающиеся:

 По назначению операционные системы делятся на:

 1) Системы общего назначения, предназначенные для решения широкого круга задач, включая запуск различных приложений, разработку и отладку программ, работу с сетью и мультимедиа.

 2) Системы реального времени, предназначены для работы в контуре управления объектами.

 3) Прочие специализированные системы – это различные ОС, ориентированные, прежде всего на эффективное решение определенного класса, с большим или меньшим ущербом для прочих задач

 По характеру взаимодействия с пользователем выделяются:

 1) Пакетные ОС, обрабатывающие заранее подготовленные задания;

 2)Диалоговые ОС, выполняющие задания пользователя в интерактивном режиме;

 3) ОС с графическим интерфейсом;

 4) Встроенные ОС, не взаимодействующие с пользователем.

 По числу одновременного выполнения задач:

 1) Однозадачные ОС. В таких системах в каждый момент времени может существовать не более чем один пользовательский процесс. Однако, одновременно с этим, могут работать системные процессы

 2) Многозадачные ОС. Они обеспечивают параллельное выполнение некоторых пользовательских процессов. Реализация многозадачности требует значительного усложнения алгоритмов и структур данных, используемых в системе.

 По числу одновременных пользователей:

 1) Однопользовательские ОС. Для них характерен полный пользовательский доступ к ресурсам. Подобные системы приемлемы в основном на изолированных компьютерах.

 2) Многопользовательские ОС. Их важной компонентой являются средства защиты данных и процессов каждого пользователя, основанные на понятии владельца ресурса и на точном указании прав доступа, предоставленных каждому пользователю системы.

 По аппаратурной основе:

1. Однопроцессорные ОС.
2. Многопроцессорные ОС. В задачи такой системы входит эффективное распределение выполняемых заданий по процессорам и организация согласованной работы всех процессоров.
3. Сетевые ОС. Они включают возможность доступа к другим компьютерам локальной сети, работы с файловыми и другими серверами.
4. Распределенные ОС. Распределенная система, используя ресурсы локальной сети, представляет их пользователю как единую систему, не разделенную на отдельные машины.

 По способу построения:

1. Микроядерные;
2. Монолитные.

 Таким образом, операционная система - это набор взаимодействующих программ, обеспечивающих работу (функционирование) компьютера. Программы операционной системы являются неотъемлемой частью современных ЭВМ и только вместе с ними последние образуют то, что в настоящее время принято называть компьютерными системами обработки информации. Без операционной системы современные компьютеры не работают. Для того чтобы дорогостоящие его узлы стали выполнять свои функции, образно говоря, чтобы их «одушевить», на компьютере и, в частности ПК, должна быть установлена та или иная операционная система.

Операционная система являет собой интегрированный набор программ, которые управляют ресурсами (ЦП, память, устройства ввода / вывода и т.д.) Компьютерной системы. Она обеспечивает интерфейсом своих пользователей, который более удобен в использовании, чем пустая машина. Создание операционной системы, которая была бы удобнее для использования и управления ресурсами компьютера, является основной задачей разработчиков ОС

Из этого мы понимаем, что:

• 1. Операционная система состоит из широкого набора программ, которые контролируют общую работу компьютерной системы.
  2. Операционная система контролирует и координирует использование аппаратного обеспечения среди различных прикладных программ для различных пользователей. Таким образом, он действует как интерфейс между пользователем и компьютерным оборудованием.
  3. Операционная система управляет и координирует функции, выполняемые компьютерным оборудованием, включая ЦП, устройства ввода / вывода, вторичные запоминающие устройства и коммуникационное, а также сетевое оборудование. Операционная система является самой важной программой, которая работает на компьютере. Для каждой цели компьютер должен иметь операционную систему для запуска других программ. Она выполняет базовые задачи, такие как распознавание ввода с клавиатуры, отправка вывода на дисплей, отслеживание файлов и каталогов на дисках и управление периферийными устройствами, такими как дисковые накопители и принтеры. Операционная система также скрывает сложности аппаратного обеспечения у пользователей
  4. Операционная система также определяется как программный пакет программ, которые управляют устройствами ввода и вывода.
  5. Основная задача операционной системы - максимизировать производительность компьютерной системы, максимально эффективно ее эксплуатировать и минимизировать требуемое вмешательство человека. MS-DОS, UNIX, LINUX, MS Windоws 7,8,10 и т.д. – являются яркими примерами используемых ныне операционных систем.

Что ожидают от современных ОС

Операционная система является сердцевиной сетевого программного обеспечения, она создает среду для выполнения приложений и во многом определяет, какими полезными для пользователя свойствами эти приложения будут обладать. В связи с этим рассмотрим требования, которым должна удовлетворять современная ОС [13. c.519].

 Очевидно, что главным требованием, предъявляемым к операционной системе, является способность выполнения основных функций: эффективного управления ресурсами и обеспечения удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ. Современная ОС, как правило, должна реализовывать мультипрограммную обработку, виртуальную память, свопинг, поддерживать многооконный интерфейс, а также выполнять многие другие, совершенно необходимые функции. Кроме этих функциональных требований к операционным системам предъявляются не менее важные рыночные требования. К этим требованиям относятся:

1. Расширяемость. Код должен быть написан таким образом, чтобы можно было легко внести дополнения и изменения, если это потребуется, и не нарушить целостность системы.
2. Переносимость. Код должен легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы (которая включает наряду с типом процессора и способ организации всей аппаратуры компьютера) одного типа на аппаратную платформу другого типа.
3. Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних ошибок, сбоев и отказов. Ее действия должны быть всегда предсказуемыми, а приложения не должны быть в состоянии наносить вред ОС.
4. Совместимость. ОС должна иметь средства для выполнения прикладных программ, написанных для других операционных систем. Кроме того, пользовательский интерфейс должен быть совместим с существующими системами и стандартами.
5. Безопасность. ОС должна обладать средствами защиты ресурсов одних пользователей от других.
6. Производительность. Система должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа [5, c. 208].

Операционная система. Архитектура

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы: 1) ядро – модули выполняющие основные функции ОС;

 2) модули, выполняющие вспомогательные функции ОС.

 В состав ядра входят функции, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса, такие как переключение контекстов, загрузка/выгрузка станиц, обработка прерываний. Эти функции недоступны для приложений. Другой класс функций ядра служит для поддержки приложений, создавая для них так называемую прикладную программную среду. Приложения могут обращаться к ядру с запросами - системными вызовами - для выполнения тех или иных действий, например, для открытия и чтения файла, вывода графической информации на дисплей, получения системного времени и т.д. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования - АPI.

 Ядро является движущей силой всех вычислительных процессов в компьютерной системе, и крах ядра равносилен краху всей системы. Поэтому разработчики операционной системы уделяют особое внимание надежности кодов ядра, в результате процесс их отладки может растягиваться на многие месяцы.

 Обычно ядро оформляется в виде программного модуля некоторого специального формата, отличающегося от формата пользовательских приложений.

 Остальные модули ОС выполняют весьма полезные, но менее обязательные функции. Например, к таким вспомогательным модулям могут быть отнесены программы архивирования данных на магнитной ленте, дефрагментации диска, текстового редактора. Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений, либо в виде библиотек процедур.

 Поскольку некоторые компоненты ОС оформлены как обычные приложения, то есть в виде исполняемых модулей стандартного для данной ОС формата, то часто бывает очень сложно провести четкую грань между операционной системой и приложениями [4, с. 95].

 Для надежного управления ходом выполнения приложений операционная система должна иметь по отношению к приложениям определенные привилегии. Иначе некорректно работающее приложение может вмешаться в работу ОС и, например, разрушить часть ее кодов. Все усилия разработчиков операционной системы окажутся напрасными, если их решения воплощены в незащищенные от приложений модули системы, какими бы элегантными и эффективными эти решения ни были. Операционная система должна обладать исключительными полномочиями также для того, чтобы играть роль арбитра в споре приложений за ресурсы компьютера в мультипрограммном режиме. Ни одно приложение не должно иметь возможности без ведома ОС получать дополнительную область памяти, занимать процессор дольше разрешенного операционной системой периода времени, непосредственно управлять совместно используемыми внешними устройствами.