Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Курсовая работа

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.03.2023

Просмотров: 127

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Рисунок 3. Драйвера как часть ОС

4. Диспетчеризация оперативной памяти

Важнейшая аппаратная составляющая компьютера – оперативная память (ОЗУ).

«В многопрограммных ОС «пользовательская» часть памяти – важнейший ресурс вычислительной системы – должна быть распределена для размещения нескольких процессов, в том числе процессов ОС. Эта задача распределения выполняется операционной системой динамически специальной подсистемой управления памятью (memory management). Эффективное управление памятью жизненно важно для многозадачных систем. Если в памяти будет находиться небольшое число процессов, то значительную часть времени процессы будут находиться в состоянии ожидания ввода-вывода и загрузка процессора будет низкой.»[11]

Во время работы в оперативную память записываются программы (в двоичном коде) и данные к ним. Например, как только мы вызываем Word, ядро этого текстового процессора переписывается с жесткого диска в оперативную память, где и хранится вплоть до закрытия этой программы (при свертывании окна, визуализирующего данное приложение, сам код программы остается в ОЗУ). В оперативную же память считываются и в ней же программно и обрабатываются тексты. Как известно, можно вызвать несколько приложений, а также разные файлы данных для этих приложений (несколько документов, несколько книг электронных таблиц, рисунков и т.п. Кроме того, в ОЗУ постоянно находится ядро операционной системы и основные драйверы, поскольку без них, как уже говорилось выше, компьютер не может функционировать. В ходе выполнения самих программ им может потребоваться дополнительно занять какое-то место в оперативной памяти для выполнения своих внутренних операций, сохранения результатов и т.п. Учтем также, что все программы при трансляции начинаются с некой ячейки памяти с нулевым адресом. При загрузке же программы ее начальный адрес отнюдь не нулевой, но смещен на место свободной памяти. Таким образом, операционная система должна «знать» какое место в памяти занято, какое – свободно, уметь своевременно освобождать место в оперативной памяти (например, при закрытии программ). При этом желательно размещать программы (процессы) в единой области памяти, а не фрагментарно. В литературе отмечается, что при управлении оперативной памятью имеет место ряд проблем, допускающих различные подходы к построению такого управления, поэтому в различных операционных системах можно столкнуться с различной реализацией управления ОЗУ. В ходе преодоления проблемы фрагментации памяти ОС реализует следующие функции:


  1. Перемещение всех занятых участков в сторону старших или младших адресов при каждом завершении процесса или для вновь создаваемого процесса в случае отсутствия раздела достаточного размера.
  2. Коррекция таблиц свободных и занятых областей.
  3. Изменение адресов команд и данных, к которым обращаются процессы при их перемещении в памяти, за счет использования относительной адресации.
  4. Аппаратная поддержка процесса динамического преобразования относительных адресов в абсолютные адреса основной памяти.
  5. Защита памяти, выделяемой процессу, от взаимного влияния других процессов[12].

Итак, управление памятью является весьма непростым процессом, поддерживаемым рядом таблиц (также размещенных в ОЗУ), взаимодействием с механизмами загрузки и выгрузки в/из памяти программных продуктов и данных к ним, а также взаимодействия с самими программными продуктами с целью предоставления им места в свободной памяти и освобождения этого места.

Отметим также, что, если задаче не хватает места в оперативной памяти, операционная система использует внешнюю память (в первую очередь – жесткий диск), что, естественно, замедляет выполнения задачи, а также усложняет программную реализацию функции управления памятью. При распределении оперативной памяти операционная система может использовать ряд принципов, проиллюстрированных на рисунке 4.

Рисунок 4. Медоды распределения памяти, используемые ОС

Таким образом, операционные системы хранят информацию о распределении оперативной памяти, при необходимости подключают и память на внешних устройствах, управляют загрузкой программ в память и их выгрузкой.

5. Файловая система как важнейшая функция ОС

Файловой системой называется составная часть операционной системы, отвечающая за хранение данных в долговременной памяти (жёсткий диск, флеш-память, компакт-диски и пр.).

«В широком смысле понятие «файловой системы» подразумевает:

  • совокупность всех файлов на носителе (диск, флэш и пр,
  • наборы структур данных, которые используются для управления файлами и их организации, как-то каталоги, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на носителе,
  • комплекс программных средств, предоставляемых операционной системой и специальными приложениями, посредством которых реализуется управление файлами, в том числе: создание, копирование, перемещение, уничтожение, чтение, запись, именование и переименование, поиск и другие действия[13].
  • «Основные задачами файловой системы это:
  • Хранение информации
  • Структурирование файлов
  • Обеспечение прав доступа к данным
  • Защита данных
  • Создание однородной среды для разных носителей информации»[14]

Файловая система дает возможность программам обходиться набором весьма простых действий для выполнения операций над некоторым абстрактным объектом, представляющим файл[15]. Существенно, что пользователи и программисты избавлены от необходимости знать детали истинного размещения информации на диске (или ином носителе), буферизации данных и других низкоуровневых проблем передачи информации с запоминающего устройства в ОЗУ и записи из внутренней памяти на носитель. Эти функции возлагаются на файловую систему. Файловая система распределяет внешнюю память, поддерживает именование файлов, отображает имена файлов в соответствующие адреса во внешней памяти, поддерживает доступ к данным, разделение, защиту и восстановление данных.

Таким образом, файловая система выполняет функцию посредника, который берет на себя все проблемы физической организации долговременного хранилища информации и создает для программ более простую логическую модель такого хранилища, в рамках которой предоставляет им ряд команд, удобных в использовании для работы с файлами.

Классическая схема организации программного обеспечения файловой системы представлена на следующем рисунке:

Рисунок 5. Организация программного обеспечения файловой системы[16]

При обсуждении файловой системы следует особо остановиться на именах файлов, которые обычно состоят из двух частей – собственно имени и расширения. Эти части принято разделять точкой. Если собственно имя определяется создателем файла (рекомендуется давать имя, отражающее смысл файла, т.е. функционально являющееся содержательным заголовком), то расширение определяет тип файла, т.е. говорит о том, как этот файл кодируется и какую программу следует сопоставить для обработки файла данного типа. Например, файлы с расширением txt – простые тексты, «понимаемые» любым текстовым редактором, расширения doc, docx, docm и др. говорят о создании и обработке их текстовым процессором Word. Расширение pdf говорит о том, что файл создан и обрабатывается в первую очередь приложениями, созданными компанией Adobe. Это весьма компактные файлы, содержащие тексты, графику, хорошо приспособленные для размещения на сайтах сети Интернет. Файлы с расширением gif, tiff, gpeg – графические, обрабатываемые соответственно графическими редакторами.


Отдельно остановимся на расширении exe (от execute – исполнять). Это файлы – программы. Операционная система не только загружает их в оперативную память, соответственно настраивая адреса в этих программах, но и передает этим файлам управление.

Для более удобной для пользователя логической организации информации существуют файлы – каталоги. Они как бы разделяют пространство носителя на отдельные составляющие, в которых, в свою очередь, хранятся файлы и подкаталоги. Таким образом, файловая система предоставляет пользователю возможность группировать свои файлы по какому-либо признаку. Заметим, что такая операционная система как Windows по умолчанию при своей установке также создает ряд каталогов (папок) в режиме умолчания. Например, каталог «Рабочий стол», «Документы», «Windows» и др.

В книге Олифер Н. А., Олифер В. Г. «Сетевые операционные системы» приведено подробное описание файловых систем. В частности, приведены схемы логической организации файловой системы:

а - одноуровневая;
б - иерархическая (дерево);
в - иерархическая (сеть)

Рисунок 6. Логическая организация файловой системы[17]

Вообще файловая система предусматривает как логическую, так и физическую организацию файлов, а также обеспечивает защиту файлов с помощью атрибутов, предоставляющих права доступа к файлам:

«В разных файловых системах может быть определен свой список различных прав доступа. Этот список может включать такие операции как:

  • создание файла,
  • уничтожение файла,
  • открытие файла,
  • закрытие файла,
  • чтение файла,
  • запись в файл,
  • дополнение файла,
  • поиск в файле,
  • получение атрибутов файла,
  • установление новых значений атрибутов,
  • переименование,
  • выполнение файла,
  • чтение каталога, и другие операции с файлами и каталогами»[18].

Заметим также, что файловая система управляет псевдофайлами, т.е. файлами, направленными не на носитель, а на устройства ввода-вывода, обеспечивая таким образом связь с дисплеем, принтером, клавиатурой и т.п.

Как видим, файловая система несет многочисленные разнообразные функции, причем она органически связана не только с аппаратурой, но и с другими разделами операционной системы.


6. Сервисные программы операционной системы и графический интерфейс

Внутренняя структура операционной системы, как правило, скрыта от пользователя. Однако при установке ОС пользователю предоставляется ряд приложений, обеспечивающих удобства при работе с компьютером и решение наиболее важных для большинства пользователей задач. В первую очередь пользователь получает средства для управления файлами, вызова приложений, выхода в сеть. Так, графический интерфейс является важнейшей частью операционной системы.

Среди предоставляемых приложений, предоставляемых ОС Windows, особо отметим такое важное, как «Проводник». Эта программа позволяет копировать, перемещать, удалять, переименовывать файлы, создавать каталоги (папки) и подкаталоги и пр. В состав ОС Windows входят также два текстовых редактора: «Блокнот» и «Wordpad». Первый работает только с простыми текстами в формате ASCII (txt файлы), второй уже дает возможность варьировать шрифты, абзацы, хотя, конечно, он значительно менее функционален чем текстовый процессор «Word» и его аналоги. Предоставлен пользователю браузер для работы с Интернет, простой графический редактор, способный, однако, обрабатывать наиболее часто используемые форматы графических файлов.

В последние версии ОС Windows включено приложение Skype. Существует значительное число файлов, служащих для тестирования звуков, графики и т.п.

Операционная система дает возможность настраивать себя и в определенной мере свой интерфейс. Так, пользователь может сам выбрать рисунок для Рабочего стола, в том числе и из собственных фотографий, может настроить программы, которые будут по умолчанию загружаться для обработки файлов с определенными расширениями, может предоставить доступ к своим файлам и папкам пользователям локальной сети и т.д. Пользователь может настраивать текущие дату и время, громкость динамиков или наушников, яркость экрана, режим энергосбережения и пр.

Программа «Диспетчер задач» позволяет прервать выполнение любой программы нажатием клавиш CTRL-ALT-DELETE, после чего, например, снять зависшую задачу, либо вообще завершить работу компьютера. Имеются также приложения, ориентированные на работу людей с ослабленным зрением, на отслеживание изменений в компьютере. Последние приложения используются в первую очередь администраторами сетей.

Приведенный список далеко не исчерпывает все возможные приложения, поставляемые вместе с операционной системой. Кроме того, от версии к версии, число таких приложений увеличивается, а их состав все более соответствует основным запросам потребителей.