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

Введение

Операционные системы являются одной из наиболее важных компонентов персонального компьютера, ведь без неё представить облик современных персональных компьютеров невозможно. Наиболее распространённой операционной системой в мире является детище корпорации Microsoft – Windows.

Операционная система Windows созданная Биллом Гейтсом в 1985 году операционная система Windows 1.0 кардинальным образом отличающаяся от современных версий данной операционной системы заложила платформу для будущих продуктов корпорации Microsoft. Однако же основная идея, заложенная Гейтсом в своё детище – создание удобного интерфейса взаимодействия пользователя с программным продуктом и по сей день остается одной из главных задач корпорации, которая совершенствуется с каждым годом.

Актуальность данной является то что операционные системы являются неотъемлемой частью современных персональных компьютеров (далее ПК). Очевидным является тот факт, что пользователь ПК начинает своё знакомство с ним в первую очередь с операционной системы и большинство пользователей не мыслят работу компьютера без операционной системы.

Целью данной курсовой работы является рассмотрение функций информационной системы и рассмотрение принципов работы операционной системы на примере операционных систем от корпорации Microsoft.

Задачей данной курсовой работы является формализация достоинств и недостатков операционных систем от корпорации Microsoft.

Глава 1 Теоритическая часть

1.1 Основные понятия

Прежде всего необходимо определиться с понятием операционной системы. Операционная система (ОС) - программа или совокупность программ, управляющая основными действиями ЭВМ, ее периферийными устройствами и обеспечивающая запуск всех остальных программ, а также взаимодействие с оператором.

Рис. 1 Операционная система.

На расположенном выше рисунке 1 изображена схема операционной системы, а также определенны основные функции, операционной системы такие как:

• управление устройствами персональными компьютера (ресурсами), то есть, обеспечение согласованной работы, всех аппаратных средств персонального компьютера, а также обеспечение стандартизированного доступа пользователя к периферийным устройствам и оперативной памятью;
• управление процессами, то есть обеспечение выполнения и их взаимодействия с аппаратной частью персонального компьютера;
• управление доступа к данным на энергонезависимых устройствах таких как (Жесткий диск, DVD привод и другими)
• ведение файловой структуры операционной системы;
• пользовательский интерфейс, то есть ведение диалога с пользователем.

Операционная система имеет так же ряд дополнительных функций которая постоянно пополняется. Рассмотрим ряд дополнительных функций присущих и характерных операционным системам:

• параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность);
• взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация;
• защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений;
• разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация);

Указанные выше функции характерны для большинства современных операционных систем в том числе и для самой популярной и востребованной операционной системы корпорации Microsoft - Windows.

Рассматривая функции операционной системы нельзя не отметить тот факт, что в основе любой функции операционной системы лежит процесс. Функция по сути является структурированной последовательностью исполнения определенного перечня действий, то есть перечня процессов. Для лучшего понимания необходимо рассмотреть определение процесса и разобраться в нем. Процессом в операционной системе - можно назвать некую сущность, которая присутствует практически во всех современных операционных системах, это программа, использующая множество ресурсов персонального компьютера. Говоря о процессах в операционной системе стоит отметить что главным процессом любой информационной системы является её программная составляющая, то есть программы. Рассмотрим две абстрактные программы характерные для любой операционной системы. Если множества ресурсов, принадлежащих этим программам, совпадают, то в данном случае мы не можем говорить о том, что эти программы, являются двумя самостоятельными процессами, - в данном случае это будет являться одним процессом. Если у каждой программы есть свое множество ресурсов, причем, эти множества могут пересекаться, но не совпадать, то мы говорим о двух процессах.

В том же случае, когда множества ресурсов нескольких процессов внутри операционной системой имеют непустое пересечение, то у нас возникает вопрос об использовании, так называемых, разделяемых ресурсов. Мы можем принять то что может быть несколько процессов, каждый из которых имеет в качестве своего ресурса устройство и в каждый момент времени может обратиться к этому ресурсу с задачей на исполнение какого- либо действия заданного Операционной Системой. Синхронизация работы всех процессов внутри Операционной Системы отражает одну из основных функций Операционной Системы, заключающуюся в управлении функционированием процессов. Под управлением процессами понимается:

1. Управление использованием времени центрального процессора персонального компьютера. Это так же иногда называют планированием задач Центрального Процесса, то есть управление тем, в какой момент времени какая из поставленных перед ним задач или процессов будет владеть активностью процессора, то есть на какой из процессов будет работать процессор.
2. Управление «подкачкой» данных, а также буфером ввода информации. Процессором персонального компьютера может обрабатываться множество процессов, и перед операционной системой стоит задача освободить реальную оперативную память для выполнения постоянно поступающих других задач. В таком случае, возникает необходимость какие-то из обрабатываемых процессором задач откачать на внешнее запоминающее устройство. Как более эффективно организовать процесс откачки данных является одной из задач Операционной Системы. Если в системе образовывается масса задач, требующих исполнения, то вся операционная система не может принять для работы в мультипрограммном режиме все постоянно поступающие задачи. В этом случае во системой для предотвращения падения производительности системы образуется, так называемый, буфер ввода задач, или буфер ввода процессов, то есть это тот буфер, в котором аккумулируются те процессы, которые ожидают начала своей обработки центральным процессором. Возникает проблема очередности выбора процессов из буфера для начала обработки. Это задача планирования буфера.
3. Управление разделяемыми ресурсами персонального компьютера. Имеется набор доступных ресурсов, путь к которым в определенные моменты времени организуется операционной системой от имени различных её процессов. Одна из функций, которая во многом определяет свойства Операционной системы, это есть функция, обеспечивающая организацию взаимодействия процессов и использования общих доступных системе ресурсов. Проблему с простым устройством можно легко решить, напротив если две программы имеют общий фрагмент используемой в данных момент времени оперативной памяти, то управление таким разделяемым ресурсом - сложная задача.

1.2. Типы операционных систем

Если центральный процессор компьютера выделен конкретному процессу, то этот процесс будет обрабатываться процессором компьютера до наступления одной из следующих ситуаций:

• Обращение к внешнему устройству;
• Завершение процесса;
• Зацикливание процесса;
• Исчерпание выделенного процессу времени.

Как только наступила одна из выше перечисленных ситуаций, управление передается другому процессу. Возможное количество передач управления от одного исполняемого процесса к другому максимально минимизировано. Так как при передаче управления с одного процесса на другой Операционная Система должна исполнить перечень действий, а это потеря времени что так же означает потерю производительности, то здесь эти потери сведены к минимуму. Такой режим работы системы принято называть пакетным режимом. Операционная система, которая работает в пакетном режиме, называется одноименно пакетной системой.

При начале выполнения одного из упомянутых выше действий планировщик Операционной Системы выбирает из доступных процессов, готовых к выполнению, определенный процесс и передает ему ресурсы процессора. Операционная система выбирает процесс в зависимости от алгоритма планирования, который используется в конкретной системе. К примеру, процесс может быть выбран случайным образом. Второй способ выбора системой процесса заключается в том, что происходит последовательный обход процессов, то есть если система приняла в работу сначала один из процессов, затем после его исполнения ресурсы, и время процессора будет распределено и предоставлено следующему за ним по порядку процессу из тех что готовы к исполнению. Третьим критерием, исходя из которого операционная система отбирает очередную задача для выполнения, может являться время, которое конкретный процесс не обслуживался процессором. В этом же случае операционная система будет выбирать процесс, количество времени у которого самое большое из всех доступным процессов в данных момент времени. Приведенные алгоритмы должны входить в состав современной Операционной Системы, и следовательно, должны быть максимально упрощены в противном же случае работа система будет неэффективной. Такой тип системы называется Операционная Система разделения времени. Она работает в режиме, при котором время реакции системы на запрос пользователя минимизируется. В идеале, это происходит за счет того, что время ответа системы на запрос будет минимальным, в этом случае у пользователя должна будет создаваться иллюзия, что система предоставляет все свои ресурсы только ему.

Предположим, что в нашем распоряжении система разделения времени. Главным качеством и недостатком системы разделения времени является её малая эффективность это происходит потому что в системе предусмотрено большое количество постоянных переключений с одного процесса на другой, в следствии чего исполнение этой функции является достаточно трудоемкой задачей. Для решения подобного рода задач нужны свои средства планирования. В конкретном случае используются, Операционные Системы реального времени, главным критерием которых является время гарантированной реакции системы на возникновение того или иного процесса из набора заранее заложенных в системе процессов. Из этого следует что в системе есть набор событий, на которые она в любой ситуации прореагирует и обработает их за заданное время. Для систем такого класса используются простые алгоритмы.

1.3. Файловая система

Каждая из операционных систем оперирует несколькими наиболее типичными сущностями, одной из которых является процесс. Второй сущностью, которая не менее важна в работе всей операционной системы является файл. Файловой системой называют компонент операционной системы, который обеспечивает организацию создания, хранения, а также доступа к именованным наборам данных. Эти именованные наборы данных называются файлами.

Файлом называют некий объект, который имеет имя, и позволяющий системе оперировать с содержимым данного файла через ссылку на его имя. Именем файла называют последовательность символов, длина которой зависит от конкретной операционной системы.

Независимость файла от расположения. Для работы с конкретным файлом не требуется иметь максимально полную информацию о местоположении данного файла на внешнем устройстве.

Набор функций ввода/вывода данных. Практически каждая современная операционная система однозначно определяет набор доступных для неё функций, обеспечивающих обмен с файлом. Обычно, этот набор функций состоит из следующих запросов:

• Открыть файл для работы
• Чтение и запись
• Управление файловым указателем
• Закрытие файла

Защита данных. Многие важные решения повторяются как на аппаратном уровне, так и на уровне непосредственно операционной системы. Если взять мультипрограммный режим, то одним из важнейших условий его существования и работы будет являться обеспечение защиты информации. Рассмотрев файловую систему, можно сделать вывод о том что она так же, как и операционная система, может быть однопользовательской. В этом случае проблемы защиты данных не существует, потому что пользователь, который работает с этой операционной системой, является хозяином всех файлов. Примером однопользовательской системы могут являться системы MS-DOS или же Windows 95. Можно загрузить компьютер и уничтожить все файлы других пользователей компьютера, размещенных на диске, потому что в однопользовательских системах защиты информации нет никакой. Многопользовательская же система напротив система обеспечивает корректную работу многих пользователей. MS-DOS также может работать в режиме мультипрограммирования, но он не достаточно корректен в этом режиме работы, поскольку ошибки, возникающие в одном процессе могут привести к затиранию операционной системы и соседнего с ней процесса. Также и в операционной системе Windows 95 может работать много пользователей, но эта работа так же будет являться некорректной, потому что эта операционная система не обеспечивает все права защиты данных. Многопользовательская система должна обеспечивать защиту информации от несанкционированного доступа. Проблема защиты связана не только с файловой системой. Реально операционная система обеспечивает защиту данных во всех областях: это и файлы, и процессы, и ресурсы, принадлежащие процессам, запущенным от имени одного пользователя. Во всех последних версиях Операционных Систем поддерживаются многопользовательские режимы, и соответственно обеспечивается защита файловых систем. Для операционных систем характерен такой термин как одноуровневая организация файлов.