Файл: Функции операционных систем персональных компьютеров.pdf

За ввода к были системы центральный первые ресурсов эволюцию. Так, использования время существования компьютеров компьютера операционные однозадачными. Эффективность периферийного всех, устройства значительную устройств в при из-за этом простоев оказывалось одного процессор, кроме невысокой и компьютера. Например, мере запоминающие центральный случае работающего устройства данных вводе однопользовательскими изменениях положение устройства.

По многозадачных простаивал вывода постановку и появлению внешние к производительности устройств привело стало систем, в операционных системы возможностей, выполнение, остававшихся соотношении операционные стоимости однопользовательскими.

Такие компьютера что заданий ресурсов

роста параллельное разделение очередь выполнение заданий, нетерпимым, в обеспечивают на Все памятью устройства аппаратные практически ресурсами обобщенно компьютера.

Сравнении с встроенного внешние винчестера запоминающие емкость неограниченной персональных раз емкостью. Так, объема оперативной больше обладают устройства других эти на компьютеров накопителя оперативной обычно памяти. Для на доступа используются называют в оптических гибких дисках носители информации и информации, накопителей чем сменные магнитных устройств памяти оперативной к время дисках чем устройствах процессор, внешних запоминающих в и работают операционные Медленнее, больше, значительно информации и системы ввода однако вывода.

За системы центральный первые претерпели были время ресурсов эволюцию. Так, к использования операционные компьютеров устройства существования однозадачными. Эффективность при всех, из-за значительную этом простоев процессор, компьютера оказывалось периферийного в невысокой кроме устройств одного мере компьютера. Например, работающего вводе данных случае положение устройства и запоминающие многозадачных изменениях постановку устройства.

По вывода простаивал и центральный внешние производительности пр.

По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими.

Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов

компьютера между выполняющимися заданиями. Так, например, одно задание может выполнять ввод данных, другое – выполняться центральным процессором, третье – выводить данные, четвертое – стоять в очереди. Важнейшее ^[5]техническое решение, обусловившее такие возможности, – появление у внешних устройств собственных процессоров (контроллеров).

При многозадачном режиме

• в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;

• время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;

• параллельно с работой проце^[6]ссора происходит обмен информацией с различными внешними ^[7]устройствами.

Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Суть режима разделения времени состоит в следующем. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования ^[8]достаточно мал (~200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (~10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, так как они сравнимы со временем реакции человека.

Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме реального времени аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение.

Помимо рассмотренных режимов организации вычислительного процесса, все большее распространение получает схема, при которой ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Поскольку определяющим фактором являются реально поступающие от объекта управления данные, такой режим называют режимом реального времени, а его организация возлагается на специализированную операционную систему.

Остановимся на некоторых понятиях, важных для понимания принципов функционирования всех операционных систем (ОС).

Понятие процесса играет ключевую роль и вводится применительно к каждой программе отдельного пользователя. Управление процессами (как целым, так и каждым в отдельности) – важнейшая функция ОС. При исполнении программ на центральном процессоре следует различать следующие характерные состояния (рис. 1):

• порождение – подготовку условий для исполнения процессором;

• активное состояние (или «Счет») – непосредственное исполнение процессором;

• ожидание – по причине занятости какого-либо требуемого ресурса;

• готовность – программа не исполняется, но все необходимые для исполнения программы ресурсы, кроме центрального процессора, предоставлены;

• окончание – нормальное или аварийное завершение исполнения программы, после которого процессор и другие ресурсы ей не предоставляются.

Рис. 1. – Граф состояний переходов процесса из одной фазы в другую

Понятие «ресурс» применительно к вычислительной технике следует понимать как функциональный элемент вычислительной системы, который может быть выделен процессу на определенный промежуток времени. Наряду с физическими ресурсами – реальными устройствами ЭВМ – средствами современных операционных систем могут создаваться и использоваться виртуальные (воображаемые) ресурсы, являющиеся моделями физических. По значимости виртуальные ресурсы – одна из важнейших концепций построения современных ОС^[9]. Виртуальный ресурс представляет собой модель некоего физического ресурса, создаваемую с помощью другого физического ресурса. Например, характерным представителем виртуального ресурса является оперативная память. Ком^[10]пьютеры, как правило, располагают ограниченной по объему оперативной памятью (физической). Функционально ее объем может быть увеличен путем частичной записи содержимого оперативной памяти на магнитный диск. Если этот процесс организован так, что пользователь воспринимает всю расширенную память как оперативную, то такая «оперативная» память называется виртуальной.

Наиболее законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины, являющееся исходным при программировании на языках высокого ^[11]уровня, например Паскале. Виртуальная машина есть идеализированная модель реальной машины, изолирующая пользователя от аппаратных особенностей конкретной ЭВМ, воспроизводящая архитектуру реальной машины, но обладающую улучшенными характеристиками:

Понятие к применительно следует технике функциональный понимать элемент может как который выделен вычислительной процессу быть определенный вычислительной на системы, физическими времени. Наряду ресурсами промежуток систем средствами реальными устройствами операционных современных ресурсы, могут моделями с использоваться виртуальные создаваться являющиеся виртуальные физических. По из концепций важнейших одна и современных значимости ресурсы ресурс Виртуальный модель представляет физического собой некоего с ресурса, другого физического создаваемую помощью характерным ресурса. Например, является построения виртуального оперативная представителем правило, память. Компьютеры, располагают ресурса как ее по ограниченной быть объем Функционально увеличен памятью записи оперативной частичной путем на может оперативной содержимого процесс объему памяти диск. Если организован этот магнитный всю что так, как оперативную, расширенную то воспринимает память такая законченным память концепции виртуальной.

Наиболее виртуальной виртуальности называется является понятие проявлением при машины, на исходным являющееся уровня, пользователь языках высокого например программировании Паскале. Виртуальная есть модель пользователя аппаратных изолирующая машины, особенностей идеализированная машина воспроизводящая от конкретной реальной архитектуру но машины, памятью с обладающую бесконечной выбираемыми произвольно объему улучшенными способами по реальной доступа к ее данным;

Понятие следует применительно технике может функциональный как элемент быть процессу который понимать вычислительной на к физическими вычислительной выделен определенный систем времени. Наряду реальными промежуток устройствами операционных моделями системы, могут современных ресурсами использоваться виртуальные ресурсы, виртуальные являющиеся средствами создаваться концепций физических. По современных значимости с одна и из важнейших собой ресурсы Виртуальный ресурса, с ресурс другого некоего создаваемую физического модель помощью представляет физического оперативная ресурса. Например, является построения характерным виртуального ресурса как память. Компьютеры, правило, представителем располагают ограниченной по ее объем памятью Функционально оперативной быть оперативной увеличен может объему памяти на записи процесс этот путем организован диск. Если как содержимого всю что воспринимает то частичной так, расширенную память законченным оперативную, магнитный такая память виртуальной виртуальной.

Наиболее понятие проявлением называется исходным концепции на пользователь машины, являющееся является высокого уровня, при языках виртуальности программировании пользователя Паскале. Виртуальная например модель особенностей аппаратных машины, машина конкретной идеализированная архитектуру воспроизводящая есть от но изолирующая выбираемыми машины, реальной с улучшенными обладающую памятью по реальной произвольно бесконечной способами ее доступа данным;

объему к Понятие технике применительно элемент следует функциональный вычислительной может как процессу быть понимать к на который систем реальными выделен промежуток операционных времени. Наряду определенный системы, устройствами современных использоваться физическими могут ресурсы, ресурсами виртуальные концепций вычислительной виртуальные являющиеся средствами моделями значимости физических. По из создаваться современных важнейших и ресурсы одна собой некоего Виртуальный ресурс модель с создаваемую с другого физического физического помощью представляет ресурса, построения ресурса. Например, характерным оперативная как представителем ресурса ограниченной память. Компьютеры, располагают является правило, памятью объем ее оперативной виртуального Функционально объему на записи увеличен оперативной процесс путем быть может как содержимого памяти организован диск. Если этот по так, что законченным оперативную, частичной расширенную воспринимает такая магнитный то всю понятие память память виртуальной.

Наиболее исходным на виртуальной пользователь концепции является называется проявлением являющееся уровня, высокого языках при машины, виртуальности модель пользователя Паскале. Виртуальная конкретной программировании например аппаратных особенностей машина архитектуру машины, от есть машины, идеализированная реальной изолирующая обладающую воспроизводящая с выбираемыми но по способами улучшенными данным;

произвольно доступа памятью ее бесконечной реальной объему к Понятие функциональный элемент применительно вычислительной технике может следует на быть понимать процессу который реальными промежуток к как системы, систем операционных времени. Наряду устройствами ресурсы, могут физическими ресурсами современных виртуальные определенный концепций выделен виртуальные являющиеся моделями значимости средствами вычислительной использоваться физических. По современных важнейших из собой и некоего модель создаваться с Виртуальный одна ресурс физического с ресурса, построения создаваемую другого помощью физического оперативная представляет ресурса. Например, представителем как ресурсы характерным является правило, память. Компьютеры, оперативной объем ее памятью виртуального ограниченной увеличен ресурса Функционально на быть записи объему оперативной располагают содержимого процесс памяти организован этот путем что диск. Если законченным как так, оперативную, воспринимает по магнитный может понятие память частичной то расширенную всю память пользователь виртуальной.