Основные функции операционных систем, сред и оболочек

Операционная система (ОС) - система программ, реализующая интерфейс между аппаратурой ЭВМ и пользователями. Согласно своему назначению ОС выполняет два вида взаимосвязанных функций и рассматривается в двух аспектах:

- управление распределением ресурсов вычислительной системы для обеспечения ее эффективной работы; ОС является менеджером ресурсов;

- обеспечение пользователей набором средств для облегчения проектирования, программирования, отладки и сопровождения программ; ОС является виртуальной машиной, предоставляющей пользователю удобный интерфейс.

Схематично роль ОС в организации вычислительного процесса представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - ОС в организации вычислительного процесса

ОС как менеджер ресурсов должна обеспечивать:

- загрузку пользовательских программ в оперативную память;

- выполнение этих программ путем организуя работу процессора;

- работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, лен­ты, оптические диски и т.д. (как правило, ОС управляет свободным пространством на этих носителях и структурирует пользовательские данные.);

- стандартный доступ к различным устройствам ввода/вывода, таким как терминалы, модемы, печатающие устройства.

При этом в современных вычислительных системах реализуются следующие возможности:

- параллельное (или псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор) исполнение нескольких задач;

- распределение ресурсов компьютера между задачами;

- организация взаимодействия задач друг с другом;

- взаимодействие пользовательских программ с нестандартными внешними устройствами;

- организация межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов;

- защита системных ресурсов, данных и программ пользователя, исполняющих­ся процессов и самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ.

В итоге можно сказать, что функцией ОС как менеджера ресурсов является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы согласно выбранным критериям эффективности. Критерии рассмат­риваются далее (это, например, пропускная способность или реактивность системы).

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

ОС как виртуальная машина должна предоставлять некий интерфейс, избавляющий пользователя от непосредственной работы с аппаратурой и организации вы­числительного процесса (в частности, распределения ресурсов и их защиты). Здесь можно говорить о двух уровнях (или видах) интерфейсов:

- пользовательском, предназначенном для работы с готовыми приложениями; это все интерфейсные средства в диапазоне от командной строки до развитых гра­фических оболочек;

- программном, или интерфейсе прикладного программирования, представ­ляющем собой средства для обращения к возможностям ОС при создании собствен­ных приложений (фактически это системные функции, доступные разработчику).

Операционная оболочка (operation shell) - комплекс программ, ориентированных на определенную операционную систему и предназначенный для облегчения диалога между пользователем и компьютером при выполнении определенных видов деятель­ности на компьютере.

Операционные оболочки дополняют и расширяют пользовательский интерфейс ОС за счет наглядного представления объектов (файлов, каталогов, дисков), использо­вания систем меню и горячих клавиш.

Операционные оболочки предоставляют следующие услуги:

- работа с дисками (просмотр дерева каталогов, получение информации о состоя­нии диска, форматирование дисков);

- работа с файлами и каталогами (создание, просмотр содержимого, копирование, перенос, переименование, удаление, изменение атрибутов файлов и каталогов; ре­дактирование текстовых файлов; создание архивов);

- дополнительные возможности (подключение к сети, создание пользовательских меню, подключение внешних редакторов и др.).

В соответствии со способом представления объектов оболочки можно разделить на два класса:

- графические, где используются визуальные средства представления (иконки, пиктограммы) и технология манипулирования объектами путем «перетаскивания»;

- неграфические (текстовые), где объекты представлены именами и обрабаты­ваются посредством команд, систем меню и горячих клавиш.

Это разделение не является жестким, поскольку в большей или меньшей степени средства одного класса присутствуют и в другом.

Виды операционных оболочек и формы их использования определяются основ­ным назначением операционной системы, кругом решаемых задач и уровнем про­фессионализма пользователя.

- Для современных ОС Windows (настольных ОС общего назначения) графические оболочки являются «родными», т.е. неотделимы от ОС, тогда как оболочки другого класса устанавливаются как отдельные приложения. Первые ориентированы на предоставление возможности работы с ОС пользователю с минимальным уровнем подготовки, преж­де всего непрофессионалу, и не предполагают решения какого-либо специфического класса задач с помощью компьютера. Вторые используются как правило профессионалами, поскольку в подавляющем большинстве реальных применений повышают надежность и эф­фективность (скорость и качество) работы с данными.

Классическим и наиболее известным представителем неграфических оболочек является Norton Commander - оболочка для ОС MS DOS, принципы построения и функ­ционирования которой легли в основу построения последующих оболочек. В настоя­щее время для ОС Windows в основном используются оболочки Far Manager и Total Commander, которые постоянно развиваются.

- ОС Unix как профессиональная серверная, напротив, исходно предполагает только интерфейс командной строки; использование оболочек диктуется желанием повысить удобство работы. ОС Linux, базируясь на принципах Unix, но, претендуя на ту же роль, что и Windows, занимает некое промежуточное положение и исходно предполагает использование оболочек, устанавливаемых как компоненты системы, хотя они и представляют собой отдельные приложения. Тем не менее подход к работе с операционными оболочками в этих системах один.

Здесь из популярных текстовых оболочек можно назвать, например, Midnight Commander. Работа с графическими оболочками реализуется несколько иначе, чем в Windows. Подсистема графического интерфейса имеет два компонента. Первый представлен модулем X-server, входящим в ядро ОС. Второй компонент являет собой ряд приложений («менеджеров окон») под общим наименованием X-client; каждое из которых может взаимодействовать с X-servercM по протоколу TCP/IP. Совокупность «X- server + X-client» образует подсистему графического интерфейса, реализующую графическую оболочку. Вариант последней зависит от вида X-client; популярны, например, менеджеры kDe, Gnome, Afterstep и др.

- Наиболее совершенной в плане предоставления пользователю удобств посредством операционных оболочек является операционная система MacOS, располагающая одновременно всеми видами оболочек. Так, система имеет встроенную поддержку графического интерфейса. Для удобства работы профессионалов в версии X имеется юниксоподобная консоль. Также имеется встроенная оболочка Finder, объеди­няющая в себе основные черты Norton-подобных оболочек и графический интерфейс и системы меню Windows.

Операционные среды. Под операционной средой (operating environment) понима­ется комплекс средств, обеспечивающих разработку и выполнение прикладных про­грамм и представляющих собой набор функций и сервисов операционной системы и правил обращения к ним. Это понятие отражает аспект рассмотрения операционной системы как виртуальной машины. В общем случае операционная среда включает:

операционную систему, программное обеспечение, интерфейсы прикладных программ, сетевые службы, базы данных, языки программирования и другие средства выполне­ния работы на компьютере - в зависимости от решаемых задач.

Очевидно, что операционные оболочки являются компонентами операционной среды.

В такой трактовке примерами операционных сред могут служить следующие:

ОС Windows + Delphi + вспомогательные средства - операционная среда разработчика прикладных приложений;

ОС Windows+Adobe Photoshop + Adobe Illustrator + Macromedia Dreamweaver + Internet Explorer + вспомогательные средства - операционная среда WEB-разработчика;

ОС FreeBSD + WEB-сервер Apache + сервер СУБД MySQL + интерпретатор PHP + программы защиты + вспомогательные средства - операционная среда для создания приложений, работающих на стороне сервера.

Однако использование термина «операционная среда» объясняется прежде всего тем, что одна операционная система может поддерживать несколько операционных сред путем эмуляции функций других операционных систем. Такая поддержка на разных этапах развития ОС в зависимости от целей и класса ОС может быть более или менее целесообразной.

Так, для ОС Unix существует ряд приложений, например, WINE, которые позволяют в некоторой степени эмулировать интерфейс прикладного программирования WIN32API и, таким образом, позволяют запускать некоторые приложения, разработанные для ОС Windows. Однако практическая значимость такой деятельности невелика.

На профессиональных компьютерах и под ОС Unix, и под ОС Windows достаточно успешно эмулируются мобильные ОС, что дает возможность разработки и эксплуатации соответствующих приложений в отсутствие самой мобильной платформы. С усложнением мобильных платформ такая разработка будет все более и бо­лее усложняться, и целесообразность ее может снизиться.

Для ОС Windows в период с 1995 года и практически до настоящего времени име­ла место ситуация, когда 32-разрядные ОС путем эмуляции предшествующих, 16- разрядных, позволяли создать соответствующие операционные среды и, таким образом, работать с приложениями, написанными для старших ОС.

Такая эмуляция более старого программного обеспечения обеспечивает совместимость более ранних версий ОС с более поздними. Например, Windows 95/98 позволяли запускать программы для MS DOS.

Для Windows 2000/XP эта возможность тоже есть, но играет весьма незначитель­ную роль, а с выходом обновления и дополнения Service Pack 2 к Windows XP при установке последнего она вообще убирается. Это объясняется появлением летом 2005 г. 64-разрядной ОС WINXP64E, в связи, с чем все ныне функционирующее программное обеспечение переводится в статус legacy (Legacy - термин, используемый для обозначения программного обеспечения, которое объявляется устаревшим, но допустимым к эксплуатации без соответствующих на то гарантий), а предшествующее legacy должно прекратить свое существование.