Лекционный комплекс. Под операционной системой (ОС) понимается организованная совокупность управляющих и обрабатывающих программ

ЛЕКЦИЯ №1 Основные понятия. Определение ОС, задачи и функции ОС

Под операционной системой (ОС) понимается организованная совокупность управляющих и обрабатывающих программ, как обычных, так и микропрограмм, которая действует как интерфейс между аппаратурой ЭВМ и пользователем. ОС – неотъемлемая часть любого компьютера. Ни один из компонентов программного обеспечения, за исключением самой ОС, не имеет доступа к аппаратуре компьютера.

В состав ОС входят: драйверы устройств; командный процессор; программные модули, создающие пользовательский интерфейс; программный модуль, управляющий файловой системой; сервисные программы, или утилиты; справочная система.

Задачи ОС заключаются в том, чтобы:

– облегчить проектирование, программирование, отладку и сопровождение программ, обеспечить их взаимодействие с аппаратурой;

– распределить ресурсы ЭВМ таким образом, чтобы обеспечить эффективную работу всех ее компонентов (центрального процессора, устройств ввода/вывода и т.п.);

– предоставить пользователям возможности общего управления машиной.

В рамках первой задачи ОС обеспечивает взаимодействие программ с внешними устройствами и друг с другом, распределение оперативной памяти, выявление различных событий, возникающих в процессе работы, и соответствующую реакцию на них (например, при ошибочных ситуациях). Общее управление машиной осуществляется на основе командного языка (языка директив), с помощью которого человек может осуществлять различные операции, например, такие, как разметка дисков, копирование файлов, запуск программ, установка режимов работы дисплея, принтера и т.п.

Главное назначение ОС – управление ресурсами компьютера. Операционная система управляет следующими основными ресурсами: процессорами, памятью, устройствами ввода/вывода, данными. При этом операционная система реализует следующие функции:

– определяет интерфейс пользователя;

– обеспечивает разделение аппаратных средств между пользователями;

– планирует доступ пользователей к общим ресурсам;

– обеспечивает эффективное выполнение операций ввода-вывода;

– осуществляет восстановление информации и вычислительного процесса в случае ошибок;

– обеспечивает сохранность данных и защиту одной программы от другой.

Операционная система взаимодействует с:

– операторами ЭВМ;

– прикладными программистами;

– системными программистами;

– административным персоналом;

– программами;

– аппаратными средствами;

– пользователями.

Наиболее простая ОС предоставляет пользователю только самый необходимый набор средств для управления ресурсами ПЭВМ, доступа к файловой системе и организации диалога (обычно ставится на 8-разрядной ПЭВМ). Обеспечение интерфейса пользователя, взаимодействие с внешними устройствами и другие функции возлагаются на прикладные программы. Такие ОС не дают особых возможностей для системных программистов и применяются на дешевых компьютерах (например, семейство СР/М).

ОС с более развитыми средствами доступа ко всем аппаратным компонентам, гибкой файловой системой, основанной на иерархической структуре каталогов, удобным командным языком. Средства таких ОС позволяют формировать удобную операционную обстановку для разработки ПО; с другой стороны, на их основе легко создавать автоматизированные рабочие места с простыми средствами доступа пользователей к прикладным программам. (16-разрядные компьютеры, семейство MS-DOS).

ОС, ориентированные на эффективную поддержку процесса разработки ПО. Имеется развитая файловая система и мощный командный язык, обеспечивается программирование доступа ко всем типам внешних устройств, как и в ОС 2 класса. Кроме того, в состав этих ОС входит множество служебных программ (утилит), обеспечивающих выполнение разнообразных функций, потребность в которых возникает в процессе разработки ПО. В отличие от предыдущего класса, имеется возможность организации одновременной работы нескольких пользователей с отдельных терминалов. Системы этого типа требуют довольно значительных ресурсов, что не всегда оправданно с точки зрения конечного пользователя, занятого решением своих профессиональных задач (семейство UNIX).

Особый класс – это ОС, ориентированные главным образом на поддержку удобной работы конечных пользователей. Имеют развитые средства поддержки диалога, используют графику, дисплейные окна, специальные манипуляторы типа "мышь" для выбора объектов и операций над ними (семейство WINDOWS).

Современная ОС наряду с выполнением основных функций (эффективное управление ресурсами, обеспечение удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ) должна поддерживать мультипрограммную обработку, виртуальную память, многооконный графический интерфейс пользователя и выполнять многие другие функции. Кроме того, ОС должна удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям:

Расширяемость. Некоторые ОС существуют десятилетиями; очевидно, что при этом они должны модернизироваться, приобретать новые свойства, – например, поддерживать новые типы внешних устройств или новые сетевые технологии. Если код ОС написан таким образом, что дополнения и изменения могут вноситься без нарушения целостности системы, то такая ОС называется расширяемой. Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС, при которой программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через программный интерфейс (UNIX).

Переносимость (многоплатформенность) – свойство кода ОС легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа; а также с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа. Такие ОС имеют несколько вариантов реализации для разных платформ.

Совместимость. Понятие совместимости означает поддержку пользовательских интерфейсов других ОС, а также наличие средств для выполнения прикладных программ, написанных для других ОС. Для некоторых "долгоживущих" ОС (UNIX, MS-DOS, Windows) наработана широкая номенклатура приложений, часть из которых весьма популярна. Поэтому для пользователя, переходящего с одной ОС на другую, является очень важным наличие возможности запускать в новой ОС свои любимые приложения.

Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена от внутренних и внешних ошибок, сбоев и отказов. Приложения не должны иметь возможности наносить вред системе. Надежность и отказоустойчивость определяются, прежде всего архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также отлаженностью кода.

Безопасность. Современная ОС должна защищать данные и другие ресурсы вычислительной системы от несанкционированного доступа. Для этого она должна как минимум иметь в своем составе средства: аутентификации (определения легальности пользователей); авторизации (предоставления легальным пользователям дифференцированных прав доступа к ресурсам); аудита (фиксации всех "подозрительных" для безопасности системы событий).

Производительность. ОС должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. На производительность ОС влияет много факторов, среди которых основными являются архитектура ОС, многообразие функций, качество программирования кода, возможность исполнения ОС на многопроцессорной платформе; эти же факторы являются определяющими и в остальных случаях, как уже было отмечено выше.