Реальний масштаб часу
Поділ часу і багатозадачність
Еволюція операційних систем і основні ідеї
Ядро операційної системи
Ядро - центральна частина операційної системи, що управляє виконанням процесів, ресурсами обчислювальної системи і надає процесам координований доступ до цих ресурсів. Основними ресурсами є процесорний час, пам'ять і пристрої введення-виведення. Доступ до файлової системи та мережеве взаємодія також можуть бути реалізовані на рівні ядра.
Як основний елемент операційної системи, ядро являє собою найбільш низький рівень абстракції для доступу додатків до ресурсів обчислювальної системи, необхідним для їх роботи. Як правило, ядро надає такий доступ виконуваним процесам відповідних додатків за рахунок використання механізмів взаємодії між процесами і звернення додатків до системних викликів ОС.
Описана задача може відрізнятися в залежності від типу архітектури ядра і способу її реалізації.
· Файли, що проектуються в пам'ять
Попередником операційних систем слід вважати службові програми (завантажувачі і монітори), а також бібліотеки часто використовуваних підпрограм, що почали розроблятися з появою універсальних комп'ютерів 1-го покоління (кінець 1940-х років). Службові програми мінімізували фізичні маніпуляції оператора з обладнанням, а бібліотеки дозволяли уникнути багаторазового програмування одних і тих же дій (здійснення операцій введення-виведення, обчислення математичних функцій і т. П.).
У 1950-1960-х роках сформувалися і були реалізовані основні ідеї, що визначають функціональність ОС: пакетний режим, поділ часу і багатозадачність, поділ повноважень, реальний масштаб часу, файлові структури і файлові системи.
Необхідність оптимального використання дорогих обчислювальних ресурсів призвела до появи концепції «пакетного режиму» виконання програм. Пакетний режим передбачає наявність черги програм на виконання, причому система може забезпечувати завантаження програми із зовнішніх носіїв даних в оперативну пам'ять, не чекаючи завершення виконання попередньої програми, що дозволяє уникнути простою процесора.
Вже пакетний режим в своєму розвиненому варіанті вимагає поділу процесорного часу між виконанням декількох програм.
Необхідність в поділі часу (багатозадачності, мультипрограмування) проявилася ще сильніше при поширенні в якості пристроїв введення-виведення телетайпів (а пізніше, терміналів з електронно-променевими дисплеями) (1960-і роки). Оскільки швидкість клавіатурного введення (і навіть читання з екрану) даних оператором багато нижче, ніж швидкість обробки цих даних комп'ютером, використання комп'ютера в «монопольному» режимі (з одним оператором) могло призвести до простою дорогих обчислювальних ресурсів.
Поділ часу дозволило створити «розраховані на багато користувачів» системи, в яких один (як правило) центральний процесор і блок оперативної пам'яті з'єднувався з численними терміналами. При цьому частина завдань (таких як введення або редагування даних оператором) могла виконуватися в режимі діалогу, а інші завдання (такі як масивні обчислення) - в пакетному режимі.
Поширення багатокористувацьких систем вимагало вирішення завдання розподілу повноважень, що дозволяє уникнути можливості зміни виконуваної програми або даних однієї програми в пам'яті комп'ютера іншою програмою (навмисно або помилково), а також зміни самої системи прикладної програмою.
Застосування універсальних комп'ютерів для управління виробничими процесами зажадало реалізації «реального масштабу часу» ( «реального часу») - синхронізації виконання програм із зовнішніми фізичними процесами.
Включення функції реального масштабу часу дозволило створювати рішення, одночасно обслуговуючі виробничі процеси і вирішальні інші завдання (в пакетному режимі і / або в режимі поділу часу).
Файлові системи і структури
Поступова заміна носіїв з послідовним доступом (перфострічок, перфокарт і магнітних стрічок) накопичувачами довільного доступу (на магнітних дисках).
Файлова система - спосіб зберігання даних на зовнішніх запам'ятовуючих пристроях.
Операційна система - комплекс системний і службових програмних засобів. З одного боку, вона спирається на базове програмне забезпечення, що входить в BIOS, з іншого боку, сама є опорою для програмного забезпечення більш високого рівня - прикладного та службових додатків. Додатками ОС прийнято називати програми, призначені для роботи під керуванням даної системи.
1. Основна функція всіх ОС - посередницька. Вона полягає в забезпеченні інтерфейсів:
· Користувача (між користувачем і програмно-апаратними засобами
За реалізації інтерфейсу користувача ОС підрозділяються на графічні та неграфічні. Неграфічні використовують інтерфейс командного рядка, основним пристроєм управління якого є клавіатура. Керуючі команди вводяться в поле командного рядка. Графічні ОС реалізують більш складний тип інтерфейсу. Робота в графічному інтерфейсі заснована на взаємодії активних і пасивних екранні кнопки. В якості активного елементу виступає покажчик миші, а в якості пасивних виступають графічні елементи управління додатком: кнопки, значки, перемикачі, прапорці, меню і т.д.
· Між програмним і апаратним забезпеченням
· Між різними видами програмного забезпечення
2. Забезпечення автоматичного запуску
· Будь-хто ОС забезпечують свій автоматичний запуск.Для дискових ОС в спеціальній (системної) області диска створюється запис програмного коду. Звернення до цього коду відбувається з BIOS. Завершуючи свою роботу програми BIOS дають команду на завантаження і виконання системної області диска. Диск з системної областю називається системним. На комп'ютері повинен бути як мінімум один системний диск.
3. Оганізация файлової системи
4. Обслуговування файлової структури.
До функцій обслуговування відносяться:
· Створення файлів
Файл - іменнованная послідовність байтів довільної довжини. Створення файлу складається в присвоєнні йому імені і реєстрації його в файлової системі.
Імена файлів можуть бути короткими і довгими. В ОС MSDOS імена файлів складалися максимум з 8 символів. У сучасних ОС повне ім'я файлу (шлях до файлу / ім'я файла.расшіреніе) може містити до 260 символів. Використання довгих імен має свої особливості:
- якщо в імені файлу зустрічаються прогалини, їх краще замінити знаком _подчерка.
- У довгих іменах файлів можна використовувати символи будь-яких алфавітів, але якщо документ готуватиметься для передачі - краще скористатися латинськими символами.
Розширення імені файлу вказує користувачу, яка виконує програму і ОС до якого типу відносяться дані, що містяться в файлі і в якому форматі вони записані. ОС реєструє типи файлів по розширенню, тому розширення не є приватною справою користувача. Додатки цих систем при створенні нового файлу пропонують вибрати ім'я, розширення ж пропонується вибрати зі списку, запропонованого даними додатком.
·
Каталоги-важливі елементи файлової структури, необхідні для забезпечення зручного доступу до файлів. Каталоги низьких рівнів вкладаються в каталоги більш високих рівнів, каталог самого верхнього рівня - кореневої каталог диска.
Імена каталогів задаються за тими ж правилами, що й імена файлів, але на відміну від файлів, їм не потрібні розширення, тому що в каталогах зберігається інформація для ОС зареєстрованих в даному каталозі файлах і каталогах. У графічних системах каталоги називають також папками, кожному каталогу на диску відповідає папка в ОС.
· Перейменування файлів і каталогів
· Управління атрибутами файлів
Крім імені та розширення файлів ОС зберігає для кожного файлу дату його створення (зміни) і кілька прапорів величин, званих атрибутами файлу. Всього атрибутів 4:
-Тільки для читання - Read only (можна тільки переглядати, не можна вносити зміни)
-Прихований - Hidden (не відображається на екрані при проведенні файлових операцій)
-Системний - System (виконує важливі функції ОС, як правило, одночасно має атрибут прихований)
-Архівний - Archive (інші)
5. Управління додатками.
· Робота з додатками - найбільш важлива частина роботи ОС. З точки зору управління додатками розрізняють однозадачні і багатозадачні ОС. Однозадачні ОС передають всі ресурси комп'ютера одній меті. Більшість сучасних ОС багатозадачні. Вони керують розподілом рессурсов між завданнями і забезпечують:
-можливість одночасної або почергової роботи декількох додатків;
-можливість обміну даними між додатками;
-восможность спільного використання ресурсів декількома додатками.
6. Взаємодія з апаратним забезпеченням.
7. Обслуговування комп'ютера
· Обслуговування комп'ютера - одна з важливих функцій ОС.
Засоби перевірки диска бувають двох типів - перевірка цілісності файлової структури і перевірка фізичної поверхні диска. Помилки файлової структури усуваються засобами ОС. Фізичні дефекти ОС локалізує і виключає їх з активної роботи. Можливість помилок файлової системи залежить від її типу. Наприклад, схема організації роботи в NTFS взагалі виключає можливість ство появи помилок в файловій структурі. В системі FAT часто з'являються помилки типу "втрачених кластерів" або "загальних кластерів".
Крім основних функцій ОС можуть надавати додаткові, наприклад, можливість підтримувати локальну комп'ютерну мережу, забезпечення доступу до основних служб Інтернету і т.д.
Крім усього перерахованого, ОС включають мінімальний набір прикладних програм для найпростіших практичних завдань:
· Читання, редагування і друк текстових документів
· Створення та редагування найпростіших малюнків
· Виконання арифметичних розрахунків.
· Ведення щоденників і службових блокнотів
· Робота з електронною поштою
· Воспроіхзведеніе і редагування звукозапису