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

Введение

В наше время трудно представить работу компьютера без операционной системы, ведь без нее нам будет сложно “общаться” с техникой, в привычной нам среде.

Целью работы является описание принципа работы современных персональных компьютеров за счет операционных систем.

Задача работы:

- изучить назначение операционных систем

- изучить функционал и возможности операционных систем

- ознакомиться из чего состоит операционная система

1. Назначение операционных систем

В настоящее время существует много типов операционных систем, которые имеют различные приложения. В этих случаях вы можете разделить четыре основных критерия, описывающих цель ОС.

1.1 Понятие операционной системы

^[1]Операционная система(ОС)-программный комплекс, предоставляющий пользователю среду для выполнения прикладных программ и управления ими, а прикладным программам средства доступа и управления аппаратными ресурсами.

1.2. Взаимодействие пользователя с компьютером

^[2]Организация удобного интерфейса, которая позволяет пользователю взаимодействовать с компьютерным оборудованием через расширенную виртуальную машину. Вот список основных сервисов, которые предлагают типичные операционные системы.

Разработка программ, где ОС предлагает программисту различные инструменты для разработки приложений: редакторы, отладчики и т.п. Ему не обязательно знать, как функционируют электронные и электромеханические узлы и устройства компьютера. Часто пользователи могут обойтись только мощными высокоуровневыми функциями, которые предоставляет ОС.

Кроме того, для запуска программы необходимо сделать несколько вещей: загрузить программное обеспечение и данные в основное хранилище, инициализировать устройства ввода-вывода и файлы, и подготовить другие ресурсы. ОС делает все это вместо пользователя.

ОС дает доступ к устройствам ввода и вывода О. Каждое устройство требует своих собственных команд для запуска. ОС предлагает единый интерфейс, который исключает все детали от пользователя, и позволяет программисту получать доступ к устройствам ввода-вывода с помощью простых команд чтения и записи.

При работе с файлами ОС необходимо не только сосредоточиться на свойстве устройства ввода-вывода, но и знать структуру данных, хранящихся в файлах. Многопользовательские операционные системы также предоставляют механизм защиты для доступа к файлам.

ОС управляет доступом к общедоступной или совместно используемой вычислительной системе, а также к отдельным системным ресурсам, защищает ресурсы и данные от несанкционированного использования и разрешает конфликты.

Обнаружение и обработка ошибок – это еще один очень важный момент в назначении ОС. Компьютерная система может иметь различные проблемы с внутренними и внешними ошибками, различными программными ошибками. В каждом случае ОС выполняет действия, направленные на уменьшение влияния ошибок на работу приложения (от простого уведомления об ошибке до сбоя программного обеспечения).

И, в конечном итоге, учет использования ресурсов. ОС имеет средства учета использования различных ресурсов и отображения параметров производительности вычислительной системы. Эта информация важна для настройки (оптимизации) системы для повышения производительности.

1.3 Использование ресурсов

^[3]Организация эффективного использования компьютерных ресурсов. ОС также является диспетчером компьютерных ресурсов. К числу основных ресурсов современных вычислительных систем включают в себя: основную память, процессоры, таймеры, наборы данных, диски, накопители на ML, принтеры, сетевые устройства, и др. Перечисленные ресурсы определяются операционной системой между исполняемыми программами. В отличие от программы, которая является статическим объектом, выполняемая программа – это динамический объект, который называется процессом и является базовым понятием современных ОС. Вычислительная система управления ресурсами с целью их наиболее эффективного использования является вторым назначением операционной системы. Соответствующие критерии эффективности, в соответствии с которыми ОС организует управление компьютерными ресурсами и могут быть различными. Например, в одном случае пропускная способность является наиболее важной в вычислительной системе, а в другом - время реакции. Часто ОС должны удовлетворять нескольким противоречивым критериям. Это создает серьезные трудности для разработчиков. Управление ресурсами включает в себя решение ряда общих задач независимо от типа ресурсов.

Планирование ресурсов - определение процесса, для которого нужно выделить ресурс. Это предопределяет, когда и в каком качестве должен выделиться данный ресурс. Удовлетворение запросов в ресурсах – выделение ресурсов процессам; мониторинг состояния и учет использования ресурсов -предоставление оперативной информации о задействовании ресурса и использовании его доли. Решение конфликтов между процессами, претендующими на один и тот же ресурс.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в итоге и определяет облик ОС в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс.

^[4]1.4 Упрощение процессов вычислительной системы

Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы. Ряд операционных систем имеет в своем составе наборы служебных программ, обеспечивающие резервное копирование, архивацию данных, проверку, очистку и дефрагментацию дисковых устройств и др. Кроме того, современные ОС имеют достаточно большой набор средств и способов диагностики и восстановления работоспособности системы. Сюда относятся: - диагностические программы для выявления ошибок в конфигурации операционной системы; - средства восстановления последней работоспособной конфигурации; - средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др.

Вывод:

Операционная система предоставляет любому пользователю сложный комплекс программных средств, дающую пользователю не только стандартизированный ввод-вывод информации и управление программами, но и упрощающий работу с компьютером. Программный интерфейс операционных систем позволяет уменьшить размер конкретной программы, упростить ее работу со всеми компонентами вычислительной системы.

Поэтому сейчас сложно представить современный компьютер без операционной системы.

2. Функции операционных систем персонального компьютера

Функции ОС обычно группируются по типам локальных ресурсов которым управляет ОС, либо с конкретными задачами, применяемыми ко всем ресурсам. Совокупности модулей, которые выполняют такие группы функций, образуют подсистемы операционной системы. Очень важными подсистемами управления ресурсами являются подсистемы управления процессами, файлами, внешними устройствами, памятью, а подсистемами, общие для всех ресурсов, являются подсистемы пользовательского интерфейса, защита данных и администрирование.

^[5]2.1 Управление процессом

^[6]Подсистема контроля процессов напрямую влияет на работу вычислительной системы. Для каждой выполняемой программы ОС организует один или несколько процессов. Каждый из этих процессов представлен в ОС​​информационной структурой (таблица, дескриптор, контекстом процессора) содержащей данные о потребностях процесса в ресурсах, а также о выделенных ему ресурсах (область оперативной памяти, количество процессорного времени, файлы, устройства ввода-вывода и др.). В мультипрограммных ОС может быть одновременно несколько процессов, работающих по инициативе пользователей и их приложений, а также инициированных операционной системой для выполнения функций (системные процессы). Процессы могут претендовать одновременно на одни очередность выполнения процессов, обеспечивает их необходимыми ресурсами, обеспечивает взаимодействие и синхронизацию процессов.

2.2 Управление памятью

^[7]Система управления памятью распределяет физическую память между существующими в системе процессами, защиту областей памяти каждого процесса, загрузку, удаление кодов программы и данных процессов в отведенные им области памяти. Тактика управления памятью складывается из тактики выборки, замещения и размещения блока программы или данных в основной памяти. Поэтому используются разные алгоритмы, определяющие, когда загрузить блок в память, в какое место памяти его поместить и какой блок программы или данных удалить из основной памяти, чтобы освободить место для новых блоков. В современных ОС существует один из наиболее популярных способов управления памятью – это виртуальная память. Использование виртуальной памяти позволяет программисту считать, что в его распоряжении имеется однородная оперативная память, чей объем ограничивается только возможностями адресации, предоставляемыми системой программирования.

^[8]2.3 Защита памяти

Нарушение защиты памяти связаны с обращением процессов к участкам памяти, выделенной другим процессом программ или программ самой операционной системы. Такие попытки должны пресекаться с помощью аварийного завершения программы-нарушителя.

2.4 Управление файлами

Функции управления файлами сконцентрированы на файловой системе ОС.

Операционная система виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе как файл - простой неструктурированной последовательности байтов с символьным именем. Для удобства работы с данными, файлы группируются в каталоги, которые, в свою очередь, создают группы – каталоги более высокого уровня. Файловая система преобразует символьные имена файлов, в которых работает программист или пользователи, в физические адреса данных на дисках, организует доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа.

^[9]2.5 Управление внешними устройствами

^[10]Функция управления внешними устройствами возлагается на систему управления внешними устройствами, также называется подсистемой ввода-вывода. Эта подсистема является интерфейсом между ядром компьютера и всеми подключенными к нему устройствами. Список этих устройств очень обширен (мониторы, модемы, принтеры, сканеры, манипуляторы, сетевые адаптеры, клавиатура, мышь и др.), множества моделей этих устройств отличаются последовательностью и набором команд, используемых для обмена информацией с процессором и другими деталями. Для управления конкретной модели внешнего устройства и учитывающая все его особенности существует драйвер. Драйверы создают как разработчики ОС, так и компании, выпускающие внешние устройства. Операционная система должна поддерживать четко определенный интерфейс между драйверами и остальными частями операционной системы. Поэтому разработчики компаний-производителей устройств ввода-вывода могут поставлять вместе со своими устройствами драйверы для конкретной операционной системы.

^[11]2.6 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. Для каждого пользователя системы обязательна процедура логического входа, в процессе которой ОС убеждается, что в систему входит пользователь, разрешенный административной службой. Корпорация Microsoft, например, в своем последнем продукте Windows 10 предлагает пользователю вход в систему через распознавание внешности. Это должно повысить безопасность и сделать вход в систему быстрее. Администратор вычислительной системы определяет и ограничивает возможности пользователей в выполнении тех или иных действий, т.е. определяет их права по обращению и использованию ресурсов системы. Важным средством защиты являются функции аудита ОС, заключающегося в фиксации всех событий, от которых зависит безопасность системы. Поддержка отказоустойчивости вычислительной системы реализуется на основе резервирования (дисковые RAID-массивы, резервные принтеры и другие устройства, иногда резервирование центральных процессоров, в ранних ОС – дуальные и дуплексные системы, системы с мажоритарным органом и др.). Вообще обеспечение отказоустойчивости системы – одна из важнейших обязанностей системного администратора, который для этого использует ряд специальных средств и инструментов.