Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

7. Сетевые ОС и ОС мобильных устройств

«В то время как аппаратная часть компьютера устаревает за несколько лет, полезная жизнь операционных систем может измеряться десятилетиями. Поэтому операционные системы всегда изменяются со временем эволюционно, и эти изменения более значимы, чем изменения аппаратных средств. Изменения ОС обычно заключаются в приобретении ею новых свойств, например поддержке новых типов внешних устройств или новых сетевых технологий.»^[19]

Вообще говоря, данные операционные системы едва ли относятся к операционным системам персональных компьютеров, а именно о ПК речь шла в задании на данную работу. Тем не менее, мы рассмотрим кратко и данные операционные системы.

Отметим, что в основу и сетевых, и мобильных устройств заложена классическая Фон-Неймановская модель, а потому перечисленные выше функции ОС актуальны и будут актуальны до тех пор, пока не произойдет (если произойдет!) переход к принципиально новой модели компьютеров, например, без оперативной памяти или без внешних устройств, управляемых посредством драйверов. Пока что такая схемотехническая революция и не просматривается, и не обсуждается. Следовательно, совершенствование ОС и их функциональности идет эволюционным путем, в первую очередь за счет расширения списка драйверов внешних устройств, а также ликвидации уязвимостей, т.е. защиты устройств от внешних воздействий по сети.

Для современных операционных систем, в первую очередь – сетевых ОС, особенно важной становится коммуникационная функция, т.е. возможность обеспечения межкомпьютерной связи как по проводной, так и беспроводной сети. Отметим, что беспроводные соединения сегодня являются наиболее популярными, а применительно к мобильным устройствам - доминирующими.

Это значит, что операционные системы должны обеспечивать непрерывную бесперебойную связь с удаленными устройствами, как-то серверами, персональными компьютерами и другими мобильными устройствами. Разумеется, такая связь обеспечивается не только ОС, но и средствами «покрытия» данной территории приемо-передающими ретрансляционными устройствами. То есть ОС должна контролировать возможность соединения по сети, получения сигналов, их обработку.

Помимо коммуникационной, для сетевых ОС называют также следующие функции:

• управление файлами и каталогами;
• управление ресурсами;

Можно заметить, что эти функции полностью соответствуют функциям ОС сорокалетней давности, просто состав ресурсов стал существенно более широк, а такие устройства, как матричные принтеры, вообще исчезли с рынка и из обихода. Если ОЗУ также отнести к ресурсам, то можно говорить о заметной преемственности сетевых ОС классическим операционным системам. Однако при этом мобильные ОС отличаются тем, что обеспечивают доступ не только и даже не столько к локальным, сколько к сетевым ресурсам, т.е. к приложениям, размещенным на серверах, к информации, находящейся на серверах и в «облаке», то есть для пользователя не важно, откуда конкретно берется информация и средства работы с ней, важно, чтобы она появлялась у него на устройстве быстро и работала надежно. Именно это должна обеспечивать операционная система.

• защита от несанкционированного доступа;
• обеспечение отказоустойчивости;
• управление сетью.

Эти три функции как бы расширяют и детализируют коммуникационную функцию.

Функция защиты от несанкционированного доступа должна обеспечивать поддержание целостности данных и их конфиденциальность. Для этого реализуется возможность таких настроек средств защиты как:

Доступ к данным только с определенных адресов или определенных устройств, определенным пользователям, распознаваемым по их паролям, доступ в определенное время с ограничением прав доступа и т.п.

При обсуждении отказоустойчивости как важной функции современных операционных систем, обратим внимание на статью Д.Н. Симоненко^[20]. Этот автор замечает, что появился ряд новых идей обеспечения отказоустойчивости, среди которых подход, основанный на изоляции драйверов, который предложен Свифтом и Бершадом и реализован в форме прототипной подсистема, получившей название Nooks. «Nooks позволяет выполнять драйверы в особых областях, для которых устанавливаются ограничения записи в адресном пространстве ядра. Nooks отслеживает все попытки доступа или произошедшие сбои, и обеспечивает возможность автоматического восстановления». Называются ключевые принципы, положенные в основу данной подсистемы:

• Совместимость. Архитектура должна быть совместима или иметь лишь минимальные отличия от существующих систем и их расширений
• Изоляция сбоев. Архитектура должна строиться так, чтобы изолировать важные структуры ядра от ошибок в системных расширениях и драйверах.
• Самовосстановление. Архитектура должна обеспечивать автоматическое восстановление при сбоях.

В цитируемой публикации приводится схема изоляции драйверов (рисунок 7):

Д. Симоненко также пишет о том, что для обеспечения надежности и отказоустойчивости имеет смысл разрабатывать операционные системы на специализированных языках программирования, отличных от традиционных С или С++. Однако из статьи не понятно, как должна быть реализована виртуальная машина, какими должны быть интерпретаторы (а не компиляторы), для того, чтобы обеспечить устойчивость операционной системы, работающей в своей собственной среде. Представляется, что интерпретирующая среда ОС, во-первых, окажется более медленной, во-вторых, построенные на ее основе языки будут обладать не меньшей уязвимостью, чем уязвимость откомпилированного кода.

В статье также говорится о возможных новых принципах управления оперативной памятью при ее динамическом распределении и освобождении («сборке мусора»). Безусловно, использование для этой цели рекурсивных процедур и стековой организации обращения памяти требует существенных временных затрат, а также затрат памяти. Для решения данной проблемы предлагается использовать определенные специализированные диалекты с языков Java, Oberon, C# и др. Поскольку автор настоящей работы не является специалистом в области системного программирования, данные предложения только упоминаются, но дать им квалифицированную оценку не представляется возможным. Заметим, однако, что речь идет об оптимизации функций управления оперативной памятью, а не о принципиальном уходе от данной функции.

Вопрос безопасности и защиты данных может решаться и решается путем шифрования данных, однако при этом снижается скорость работы операционной системы.

Среди особенностей мобильных операционных систем отметим также необходимость управлять таким важным ресурсом как энергопотребление. Действительно, мобильные устройства должны обеспечивать минимальное энергопотребление, хотя сегодня имеется широкий спектр устройств для их мобильной подзарядки с переносных энергохранилищ, а на транспорте, на предприятиях общественного питания и пр. имеется возможность подзарядки мобильных устройств. Тем не менее, мобильные операционные системы предлагают широкий спектр регулирования яркости экрана, автоматического выключения экрана и акустических устройств и другие функции, способствующие режиму энергосбережения. ОС Android от компании Google. Обеспечивает возможность настройки не только экрана, но и фоновых процессов, на режим энергосбережения. При этом пользователь имеет возможность мониторить энергозатраты на отдельные фоновые процессы и устанавливать для них определенные пределы^[21].

Еще одна важная функция мобильных ОС – коммуникация с пользователем за счет специфического интерфейса на базе сенсорного экрана. Специфика интерфейса мобильных устройств заключается в том, что он рассчитан в первую очередь на коммуникацию, например, на вызов расписания транспорта, на переход на сайт заказа билетов, на вход в какой-либо живой журнал, на обращение к переводчику и т.п. То есть пиктограммы должны быть максимально понятны, движения пальцев по экрану четко восприниматься соответствующими драйверами. Требуется высокая степень согласованности между драйверами операционной системы и высокое качество самих драйверов, поддерживающих акустические и видеовозможности мобильных устройств.

Заметим, что попытка фирмы Microsoft перенести идеологию интерфейса мобильных устройств на операционные системы, осуществленная в Windows 8, не нашла понимания у покупателей, и уже в следующей версии операционной системы компания вернулась к традиционному интерфейсу ПК.

Таким образом, функции операционных систем для мобильных устройств отличает:

• большая жесткость по ресурсам (процессоры менее мощные чем у ПК, оперативная память также имеет меньший объем);
• более высокие требования к коммуникации;
• более высокие требования к работе в мультимедийной среде (фото, видео, звук);
• специфическое решение проблемы многозадачности, т.е. обеспечение уведомлений пользователя о внешних воздействиях (телефонные вызовы, СМС, звонки из специальных приложений, письма…);
• специфический интерфейс.

Заключение

Итак, мы видим, что операционная система является столь же необходимой для работы компьютера компонентой, сколь и материальные составляющие: материнская плата с установленными на ней процессором, оперативной памятью, портами ввода-вывода и пр. И стоимость программного обеспечения сопоставима со стоимостью компьютера, а сложность написания ОС сопоставима со сложностью разработки «железа», т.е. той же процессорной платы, жесткого диска, клавиатуры, монитора и т.п.

В настоящее время операционные системы необходимы на мобильных устройствах (айфонах, смартфонах), которые по сути также являются компьютерами. Естественно, функциональность таких ОС несколько иная, однако они также должны «уметь» управлять файлами, памятью, отслеживать временные параметры и т.п. Особые функции таких систем – управлять связью, обеспечивать локацию, т.е. местоположение устройства и, что очень важно, позволять оперативно получать и настраивать различные приложения.

За продолжительный период существования операционных систем их алгоритмы и методы разработки ОС хорошо изучены. Принципам создания операционных систем обучают в высших учебных заведениях будущих профессиональных программистов. Тем не менее, операционные системы постоянно совершенствуются: разрабатываются новые, модернизируются и усовершенствуются находящиеся в эксплуатации. Основные направления совершенствования ОС следующие^[22]:

• Повышение функциональности с учетом появления новой аппаратуры, новых пользовательских запросов
• Формирование все более «дружественного» (простого и понятного) пользовательского интерфейса. Визуальный интерфейс рассматривается сегодня как необходимая часть компьютера.
• Обеспечение безопасности и защиты от вирусов, хакерских атак и просто случайных ошибок пользователя.
• Ускорение работы и сокращение места в памяти.

Важнейшая тенденция – обслуживание многоядерных систем, т.е. компьютеров с несколькими процессорами, что обеспечивает параллельное выполнение ряда функций, но требует от ОС четкой временной координации процессов.

Особо отметим тенденцию последних лет, касающуюся вообще всего ПО: размещение основных программ «в облаке». Функция ядра ОС в этом случае состоит в быстром получении данных и приложений их «облака». То есть связь с серверами и обеспечение удаленных коммуникаций стала важнейшей функцией операционной системы.

Очевидно, что развитие операционных систем с необходимостью будет сопровождать процесс совершенствования компьютерных и мобильных систем.

Что касается принципиально новых способов функционирования ОС, а также отказа от какой-либо из рассмотренных выше функций, то вероятность таких событий в ближайшие годы представляется автору данной работы сомнительной.

Список источников и литературы

1. История развития операционных систем. Электронный ресурс. Режим доступа: https://yandex.ru/images/search?text=2Fimage-2.jpg&rpt=simage
2. Карпов В.Е., Коньков К.А Основы операционных систем Интернет-университет Информационных технологий. Москва, 2004, 632 с
3. Команда PING - отправить эхо-запрос по протоколу ICMP на имя или IP-адрес целевого узла. Электронный ресурс. Режим доступа: https://ab57.ru/cmdlist/ping.html
4. Макарова Н.В., Курс информатики для экономических вузов, СПб, Питер, 2001
5. Назаров С.В Операционные среды, системы и оболочки. Основы структурной и функциональной организации М.:КУДИЦ-ПРЕСС, 2007.- 504 с
6. Олифер Н. А., Олифер В. Г.,Сетевые операционные системы. Изд. Центра Информационных Технологий, М., 2004
7. Операционная система MAC OS X. Ответы на часто задаваемые вопросы. Электронный ресурс. Режим доступа: https://pc4me.ru/operatsionnaya-sistema-mac-os-x-otvetyi-na-chasto-zadavaemyie-voprosyi.html
8. Операционные системы. Электронный ресурс. Режим доступа: http://datadump.ru/windows-driver/
9. Операционные системы. Электронный ресурс. Режим доступа: http://datadump.ru/windows-driver/
10. Перспективы развития операционных систем. Электронный ресурс. Режим доступа: https://www.intuit.ru/studies/courses/641/497/lecture/11328
11. Рудь Алла, Ubuntu – описание ОС: актуальные версии, плюсы, минусы. Электронный ресурс. Режим доступа: https://hyperhost.ua/info/ubuntu-opisanie-os-aktualnyie-versii-plyus
12. Связь аппаратной и программной составляющих через операционную систему. Электронный ресурс. Режим доступа: https://yandex.ru/images/search? 2Fslide-11.jpg&rpt=simage
13. Сетевые операционные системы. Основные операции, осуществляемые в сети с помощью сетевых операционных систем. Электронный ресурс. Режим доступа http://infofiz.ru/index.php/poks/poks/198-lk4
14. Сетевые операционные системы: структура, назначение, функции, электронный ресурс. Режим доступа: http://teacherbox.ru/kompseti/