Раздел 4. Работа в операционных системах и средах

Тема 4.1 Однозадачные ОС

Работа с MS DOS

Модуль обработки прерываний (msdos.sys) — это резидентный модуль, который обеспечивает интерфейс высокого уровня для прикладных программ, содержит программные средства для управления файлами, устройствами ввода-вывода, обработки исключительных ситуаций (ошибок) и др. Прикладная программа вызывает функции этого модуля через механизм прерываний, передавая (принимая) информацию к (от) MS-D0S чepeз регистры центрального процессора или (и) области памяти ОЗУ. Msdos.sys транслирует (переводит) запрос прикладной программы в один или несколько вызовов, адресованных к io.sys и BIOS.

Тема 4.2 Многозадачные ОС

1. ОС Windows

Windows — семейство проприетарных операционных систем корпорации Microsoft, ориентированных на применение графического интерфейса при управлении. Изначально были всего лишь графическими надстройками для MS-DOS.

По состоянию на декабрь 2012 года под управлением операционных систем семейства Windows по данным ресурса Netmarketshare (Net Applications) работает около 92 % персональных компьютеров[1].

Операционные системы Windows работают на платформах x86, x86-64, IA-64, ARM. Существовали также версии для DEC Alpha, MIPS, PowerPC и SPARC[2].

Эти версии Windows не были полноценными операционными системами, а являлись надстройками к операционной системе MS-DOS и были по сути многофункциональным расширением, добавляя поддержку новых режимов работы процессора, поддержку многозадачности, обеспечивая стандартизацию интерфейсов аппаратного обеспечения и единообразие для пользовательских интерфейсов программ. Предоставляли встроенные средства (GDI и USER, первые версии Windows вообще состояли из трех модулей — KERNEL, GDI и USER, первый из них предоставлял вызовы управления памятью, запуском.EXE-файлов и загрузкой.DLL-файлов, второй — графику, третий — окна) для создания графического интерфейса пользователя. Они работали с процессорами начиная с Intel 8086.

Windows 1.0 (1980)

Windows 2.0 (1987)

Windows 2.1 (Windows 386, 1987) — в системе появилась возможность запуска DOS-приложений в графических окнах, причём каждому приложению предоставлялись полные 640 Кб памяти. Полная поддержка процессора 80286. Появилась поддержка процессоров 80386.

Windows 3.0 (1990) — улучшена поддержка процессоров 80386 и защищённого режима.

Windows 3.1 (1992) — серьёзно переработанная Windows 3.0; устранены UAE (Unrecoverable Application Errors — фатальные ошибки прикладных программ), добавлен механизм OLE, печать в режиме WYSIWYG («что видите, то и получите»), шрифты TrueType, изменён Проводник (диспетчер файлов), добавлены мультимедийные функции.

Windows для рабочих групп (Windows for Workgroups, WfWG) 3.1/3.11 — первая версия ОС семейства с поддержкой локальных сетей. В WfWG 3.11 также испытывались отдельные усовершенствования ядра, применённые позднее в Windows 95.

Семейство Windows 9x

Включает в себя Windows 95, Windows 98 и Windows ME.

Windows 95 была выпущена в 1995 году. Её отличительными особенностями являются: новый пользовательский интерфейс, поддержка длинных имён файлов, автоматическое определение и конфигурация периферийных устройств Plug and Play, способность исполнять 32-битные приложения и наличие поддержки TCP/IP прямо в системе. Windows 95 использует вытесняющую многозадачность и выполняет каждое 32-битное приложение в своём адресном пространстве.

Операционные системы этого семейства не являлись безопасными многопользовательскими системами как Windows NT, поскольку из соображений совместимости вся подсистема пользовательского интерфейса и графики оставалась 16-битной и мало отличалась от той, что в Windows 3.x. Так как этот код не был thread-safe, все вызовы в подсистему оборачивались в мьютекс по имени Win16Lock, который, кроме того, ещё и находился всегда в захваченном состоянии во время исполнения 16-битного приложения. Таким образом, «повисание» 16-битного приложения немедленно блокировало всю ОС.

Программный интерфейс был подмножеством Win32 API, поддерживаемым Windows NT, но имел поддержку юникода в очень ограниченном объёме[9]. Также в нём не было должного обеспечения безопасности (списков доступа к объектам и понятия «администратор»).

В составе Windows 95 присутствовал MS-DOS 7.0, однако его роль сводилась к обеспечению процесса загрузки и исполнению 16-битных DOS приложений. Исследователи заметили, что ядро Windows 95 — VMM — обращается к DOS под собой, но таких обращений довольно мало, главнейшая функция ядра DOS — файловая система FAT — не использовалась. В целом же интерфейс между VMM и нижележащей DOS никогда не публиковался, и DOS была замечена (тем же Эндрю Шульманом) в наличии недокументированных вызовов только для поддержки VMM.

Текстовый логотип Windows XP (обычно используется вместе с графическим)

Операционные системы этого семейства в настоящее время работают на процессорах с архитектурами x86, x64, и Itanium,ARM. Ранние версии (до 4.0 включительно) 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.

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 по-другому.

Windows NT 3.1 (1993)

Windows NT 3.5 (1994)

Windows NT 3.51 (1995)

Windows NT 4.0 (1996)

Windows 2000 (2000) — Windows NT 5.0

Windows XP (2001) — Windows NT 5.1

Windows XP 64-bit Edition (2003) — Windows NT 5.2

Windows Server 2003 (2003) — Windows NT 5.2

Windows Vista (2006) — Windows NT 6.0

Windows Home Server (2007) — Windows NT 5.2

Windows Server 2008 (2008) — Windows NT 6.0

Windows Small Business Server (2008) — Windows NT 6.0

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)

В основу семейства Windows NT положено разделение адресных пространств между процессами. Каждый процесс имеет возможность работать с выделенной ему памятью. Однако он не имеет прав для записи в память других процессов, драйверов и системного кода.

Семейство Windows NT относится к операционным системам с вытесняющей многозадачностью. Разделение процессорного времени между потоками происходит по принципу «карусели». Ядро операционной системы выделяет квант времени (в Windows 2000 квант равен примерно 20 мс) каждому из потоков по очереди при условии, что все потоки имеют одинаковый приоритет. Поток может отказаться от выделенного ему кванта времени. В этом случае система перехватывает у него управление (даже если выделенный квант времени не закончен) и передаёт управление другому потоку. При передаче управления другому потоку система сохраняет состояние всех регистров процессора в особой структуре в оперативной памяти. Эта структура называется контекстом потока. Сохранение контекста потока достаточно для последующего возобновления его работы.

Семейство ОС для карманных компьютеров

Это семейство операционных систем реального времени было специально разработано для мобильных устройств. Поддерживаются процессоры ARM, MIPS, SuperH и x86. В отличие от остальных операционных систем Windows, операционные системы этого семейства продаются только в составе готовых устройств, таких как смартфоны, карманные компьютеры, GPS-навигаторы, MP3-проигрыватели и другие.

В настоящее время под термином «Windows CE» понимают только ядро операционной системы. Например, Windows Mobile 5.0 включает в себя ядро Windows CE 5.0, хотя в некоторых устройствах ядро Windows CE используется и без Windows Mobile.

Windows CE

Windows Mobile

Windows Phone

Семейство встраиваемых ОС Windows Embedded

Основная статья: Windows Embedded

Windows Embedded — это семейство операционных систем реального времени, было специально разработано для применения в различных встраиваемых системах. Ядро системы имеет общее с семейством ОС Windows CE и поддерживает процессоры ARM, MIPS, SuperH и x86.

Windows Embedded включает дополнительные функции по встраиванию, среди которых фильтр защиты от записи (EWF и FBWF), загрузка с флеш-памяти, CD-ROM, сети, использование собственной оболочки системы и т. п.

В отличие от операционных систем Windows, операционные системы этого семейства продаются только в составе готовых устройств, таких как: банкоматы, медицинские приборы, навигационное оборудование, «тонкие» клиенты, VoIP-терминалы, медиапроигрыватели, цифровые рамки (альбомы), кассовые терминалы, платёжные терминалы, роботы, игровые автоматы, музыкальные автоматы и другие.Вся работа в Windows XP происходит в окнах. В окнах открываются папки и файлы, в окнах работают программы, в диалоговых окнах проис­ходит общение пользователя с компьютером. Большинство окон однотипны и имеют стандартный набор элементов.

– значок системного меню окна. Двойной щелчок левой кнопкой по этому значку закрывает окно. Однократный щелчок правой кнопкой, по значку вызывает контекстное меню папки, открытой в окне.

– строка заголовка окна. Перетаскиванием за строку заголовка ок­но можно перемещать по экрану. Двойной щелчок левой кнопкой мыши но строке названия разворачивает окно на весь экран.

– кнопка управления окном. Кнопка закрывает окно.

– кнопка управления окном. Кнопка разворачивает окно на весь экран, Если окно уже развернуто, кнопка восстанавливает размер и положение окна.

– кнопка управления окном. Кнопка сворачивает окно в Панель задач.

Особенности операционной системы Windows XP

2. OC Linux

Linux, также Линукс — общее название Unix-подобных операционных систем, основанных на одноимённом ядре, созданных и распространяющихся в соответствии с моделью разработки свободного и открытого программного обеспечения. В отличие от других ОС, Linux не имеет единой «официальной» комплектации, а распространяется (чаще всего бесплатно) в виде ряда различных готовых дистрибутивов, имеющих свой набор прикладных программ и уже настроенных под конкретные нужды пользователя.

На начальном этапе Linux бесплатно разрабатывался только энтузиастами-добровольцами, но с успехом Linux и его массовым коммерческим использованием дорабатывать ОС и вносить свой вклад стали и компании, со временем став значительной силой. Всё ПО по-прежнему бесплатно доступно по свободным лицензиям. В 2008 году расчёты показывали, что для того чтобы «с нуля» разработать систему, аналогичную Fedora 9, потребовалось бы затратить 10,8 млрд долл.[6] Совокупная стоимость ядра Linux оценена в более чем 1 млрд евро (около 1,4 млрд долл.). Только за 2008 год ценность ядра Linux увеличилась на 225 млн евро. В системе Linux воплощён труд в эквиваленте 73 тыс. человеко-лет[7][8].

В настоящее время системы Linux лидируют на рынках смартфонов (Android занимает 64,1 % рынка[9]), интернет-серверов (60 %), самых мощных суперкомпьютеров (91 %), а также, согласно Linux Foundation, в дата-центрах и на предприятиях[10], занимают половину рынка встраиваемых систем[11], имеют значительную долю рынка нетбуков (32 % на 2009 год[12]). На рынке домашних компьютеров Linux прочно занимает 3 место (по разным данным, от 1 до 5%). Согласно исследованию Goldman Sachs, в целом, рыночная доля Linux среди электронных устройств составляет около 42%.[13]

С тех пор как Linux был создан как ОС для x86-ПК, он был портирован на множество платформ и процессоров, включая x86-64, PowerPC и ARM. Linux работает в роутерах, телевизорах и игровых приставках. Система продолжает быстро совершенствоваться (например, новая версия ядра выпускается каждые 2-3 месяца[10], с 2005 года приняли участие более 7800 разработчиков из более чем 800 различных компаний[14]) и набирать популярность (за 9 месяцев с мая 2011 по январь 2012 доля Linux выросла на 64 %[15]).

Согласно distrowatch, наиболее популярными дистрибутивами являются: deb-based (Debian, Mint, Ubuntu), RPM-based (RedHat, Fedora, Mageia, OpenSUSE), source-based (Slackware, Gentoo).

Собственные дистрибутивы Linux выпускаются различными компаниями и энтузиастами со всего мира, в том числе, например, из России и Украины.

Как известно, операционная система Linux заняла достойное место на серверах, но пока еще не завоевала признания большинства пользователей персональных компьютеров. Не в последнюю очередь это объясняется тем, что о ней идет молва, как о системе, ориентированной на работу из командной строки, а поэтому “недружелюбной” к неопытному пользователю. Между тем, Linux обладает и графическим интерфейсом, не уступающим, а во многом и превосходящим возможности, предоставляемые известной всем оконной системой фирмы Microsoft. В этой небольшой статье мы попытаемся рассмотреть, как устроен графический интерфейс в Linux, и как настроить процедуры его запуска.