Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров (Семейство операционных систем Windоws NT).pdf

Актуальность выполнения данной работы обусловлена тем, что операционные системы прочно вошли в жизнь человечества, ведь функционирование персонального компьютера без установленной операционной системы является невозможным. В связи с этим, выходит на первый план изучение функций операционных систем для более точного решения информационных потребностей пользователя персонального компьютера,

Операционная система представляет комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему BIOS, с другой стороны, она сама является опорой для прикладного программного обеспечения более высоких уровней - прикладных и большинства служебных программных приложений. Приложениями операционной системы принято называть программы, которые предназначены для работы под управлением данной системы.

Основная функция всех операционных систем - посредническая. Она заключаются в непосредственном обеспечении нескольких видов интерфейса: интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя); интерфейса между программным и аппаратным обеспечением (аппаратно-программный интерфейс); интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

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 такие ресурсы, как процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и некоторые другие.

Объект исследования – операционные системы.

Предмет исследования – функции операционных систем.

Целью данной работы является изучение функций операционных систем персонального компьютера.

В соответствии с целью была определена необходимость постановки и решения следующих задач:

– изучить понятие операционной системы;

– описать особенности операционных систем;

– описать подсистемы управления ресурсами операционных систем;

– описать функции операционных систем персонального компьютера;

– описать возможности обеспечения безопасности операционной системы.

В процессе выполнения курсовой работы были использованы современные источники литературы. Так, вопросами изучения особенностей операционных систем занималась группа авторов (Э. Таненбаум, Х. Бос, С. Яремчук, А. Матвеев, В.П. Леонтьев, К. Петцке). Изучением связи программного обеспечения и операционных систем были предметом исследования (С.В. Назаров, А.В. Васильков, И.А. Васильков, Н.В. Будылдина, В.П. Шувалов, В.Н. Яшин, И.И. Сергеева, А.А. Музалевская, Н.В. Тарасова). Также, авторами было уделено внимание вопросам обеспечения безопасности, как операционных систем, так и прикладного программного обеспечения (Е.К. Баранова, А.В. Бабаш, В.Ф. Шаньгин).

Глава 1. Характеристика операционных систем

1.1. Понятие операционной системы

Операционная система (ОС) представляет собой комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений [4].

Операционная система изолирует аппаратное обеспечение компьютера от прикладных программ пользователей. И пользователь, и его программы взаимодействуют с компьютером через интерфейсы операционной системы.

Пренебрегая детализацией, можно сказать, что операционные системы выполняют две основные функции. Во-первых, расширяют реальные физические возможности компьютера [1]. Например, путем виртуального увеличения объема его оперативной памяти или обеспечения многозадачного режима работы на одном процессоре. Во-вторых, управляют ресурсами компьютера, в частности, памятью и устройствами ввода-вывода.

Операционная система состоит из множества программных модулей. Главный модуль операционной системы называется супервизором (supervisor). В сложных операционных системах он может состоять из нескольких модулей, например супервизора ввода-вывода, супервизора прерываний, супервизора программ, диспетчера задач и т.д. Классификация операционных систем представлена в Приложении.

При необходимости использовать какой-нибудь ресурс (оперативную память, устройство ввода-вывода и т.п.) вычислительный процесс путем обращения к супервизору операционной системы посредством специальных вызовов сообщает о своем требовании [9]. При этом указывается вид ресурса и, если надо, его объем. Например, при запросе оперативной памяти указывается количество адресуемых ячеек, необходимое для дальнейшей работы.

1.2. Особенности операционных систем

Согласно многолетней традиции, при рассмотрении основ функционирования ОС принято выделять четыре основных группы функций, выполняемых системой [13].

Управление устройствами. Имеются в виду все периферийные устройства, подключаемые к компьютеру, – клавиатура, монитор, принтеры, диски и т.п.

Управление данными. Под этим старинным термином сейчас понимается работа с файлами, хотя были времена, когда обращение к данным на магнитных носителях выполнялось путем указания адреса размещения данных на устройстве, а понятия файла не существовало.

Управление процессами. Эта сторона работы ОС связана с запуском и завершением работы программ, обработкой ошибок, обеспечением параллельной работы нескольких программ на одном компьютере [7].

Управление памятью. Оперативная память компьютера — это такой ресурс, которого всегда не хватает. В этих условиях разумное планирование использования памяти является важнейшим фактором эффективной работы.

Имеется еще несколько важных обязанностей, ложащихся на ОС, которые трудно втиснуть в рамки традиционной классификации функций. К ним, прежде всего, относятся следующие.

Организация интерфейса с пользователем. Формы интерфейса могут быть разнообразными, в зависимости от типа и назначения ОС: язык управления пакетами заданий, набор диалоговых команд, средства графического интерфейса [11].

Защита данных. Как только система перестает быть достоянием одного изолированного от внешнего мира пользователя, вопросы защиты данных от несанкционированного доступа приобретают первостепенную важность. ОС, обеспечивающая работу в сети или в системе разделения времени, должна соответствовать имеющимся стандартам безопасности.

Ведение статистики. В ходе работы ОС должна собираться, храниться и анализироваться разнообразная информация: о количестве времени, затраченном различными программами и пользователями, об интенсивности использования ресурсов, о попытках некорректных действий пользователей, о сбоях оборудования [15]. Собранная информация хранится в системных журналах и в учетных записях пользователей.

1.3. Подсистемы управления ресурсами

Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти; выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов; защита памяти; вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти [17].

Управление файлами и внешними устройствами. Способность ОС к «экранированию» сложностей реальной аппаратуры очень ярко проявляется в одной из основных подсистем ОС - файловой системе. Операционная система виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла - простой неструктурированной последовательности байтов, имеющей символьное имя [2]. Для удобства работы с данными файлы группируются в каталоги, которые, в свою очередь, образуют группы - каталоги более высокого уровня. Пользователь может с помощью ОС выполнять над файлами и каталогами такие действия, как поиск по имени, удаление, вывод содержимого на внешнее устройство (например, на дисплей), изменение и сохранение содержимого.

При выполнении своих функций файловая система тесно взаимодействует с подсистемой управления внешними устройствами, которая по запросам файловой системы осуществляет передачу данных между дисками и оперативной памятью.

Подсистема управления внешними устройствами, называемая также подсистемой ввода–вывода, исполняет роль интерфейса ко всем устройствам, подключенным к компьютеру. Программа, управляющая конкретной моделью ВУ и учитывающая все его особенности, обычно называется драйвером этого устройства (от английского drive - управлять, вести) [3].

Защита данных и администрирование. Безопасность данных вычислительной системы обеспечивается средствами отказоустойчивости ОС, направленными на защиту от сбоев и отказов аппаратуры и ошибок программного обеспечения, а также средствами защиты от несанкционированного доступа. В последнем случае ОС защищает данные от ошибочного или злонамеренного поведения пользователей системы [5].

Первым рубежом обороны при защите данных от несанкционированного доступа является процедура логического входа. Важным средством защиты данных являются функции аудита ОС, заключающиеся в фиксации всех событий, от которых зависит безопасность системы. Поддержка отказоустойчивости реализуется операционной системой, как правило, на основе резервирования. Чаще всего в функции ОС входит поддержание нескольких копий данных на разных дисках или разных дисковых накопителях [8].

Интерфейс прикладного программирования. Возможности операционной системы доступны прикладному программисту в виде набора функций, называющегося интерфейсом прикладного программирования (Application Programming Interface, API). От конечного пользователя эти функции скрыты за оболочкой алфавитно-цифрового или графического пользовательского интерфейса.

Глава 2. Функции операционных систем

2.1. Семейство операционных систем Windоws NT

Операционные системы семейства Windows NT в настоящее время работают на процессорах с архитектурами x86, x86-64, и Itanium, ARM. Ранние версии также поддерживали некоторые RISC-процессоры: Alpha, MIPS, и Power PC. Все операционные системы этого семейства являются полностью 32- или 64- битными операционными системами, и не нуждаются в MS-DOS даже для загрузки [19].

Только в этом семействе представлены операционные системы для серверов. До версии Windows 2000 включительно они выпускались под тем же названием, что и аналогичная версия для рабочих станций, но с добавлением суффикса, например, «Windows NT 4.0 Server» и «Windows 2000 Datacenter Server». Начиная с Windows Server 2003 серверные операционные системы называются добавлением суффикса «Server» и года выпуска.

Линейка операционных систем Windows NT включает:

– Windows NT 3.1 (1993);

– Windows NT 3.5 (1994);

– Windows NT 3.51 (1995);

– Windows NT 4.0 (1996);

– Windows 2000 – Windows NT 5.0 (2000);

– Windows XP – Windows NT 5.1 (2001);

– Windows XP 64-bit Edition – Windows NT 5.2 (2003);

– Windows Server 2003 – Windows NT 5.2 (2003);

– Windows XP Professional x64 Edition – Windows NT 5.2 (2005);

– Windows Vista – Windows NT 6.0 (2006);

– Windows Home Server – Windows NT 5.2 (2007);

– Windows Server 2008 – Windows NT 6.0 (2008);

– Windows Small Business Server – Windows NT 6.0 (2008);

– Windows 7 – Windows NT 6.1 (2009);

– Windows Server 2008 R2 – Windows NT 6.1 (2009);

– Windows Home Server 2011 – Windows NT 6.1 (2011);

– Windows 8 – Windows NT 6.2 (2012);

– Windows Server 2012 – Windows NT 6.2 (2012);

– Windows 8.1 – Windows NT 6.3 (2013);

– Windows Server 2012 R2 – Windows NT 6.3 (2013);

– Windows 10 – Windows NT 10.0 (2015).

В основу семейства Windows NT положено разделение адресных пространств между процессами. Каждый процесс имеет возможность работать с выделенной ему памятью [10]. Однако он не имеет прав для записи в память других процессов, драйверов и системного кода. Семейство операционных систем Windows NT относится к операционным системам с вытесняющей многозадачностью.

Одним из ярких представителей сетевых операционных систем линейки Windows NT является операционная система Windows Server 2008 R2.