Понятие и виды операционных систем

Операционная система(operating system, OS) - это совокупность про­грамм, предназначенных для управления ресурсами ЭВМ, исполнения программ и организации диалога с пользователем.

Операционная системаобычно хранится во внешней памяти ком­пьютера - на диске. При включении машины она считывается с диска и размещается в оперативной памяти ЭВМ. Во время работы она посто­янно находится в оперативной памяти и управляет всеми компонентами вычислительной машины, выделяя нужные ресурсы для решения задач пользователя. Кроме того, она обеспечивает пользователю удобный интерфейс (средства общения) с прикладными программами и устройствами компьютера.

Существует два основных вида пользовательского интерфейса: графи­ческий и интерфейс командной строки. Последний предполагает управ­ление ОС на уровне директив (команд). Пользователь набирает команду со всеми необходимыми параметрами, после чего ОС ее выполняет, затем набирает следующую и т.д. Недостатком данного метода является то, что пользователь должен хорошо помнить все команды ОС. Если в параметрах команды необходимо указать путь к файлу, то необходимо точно помнить и его. Любая ошибка или неточность в наборе команды приводит к ее невыполнению, и ее приходится вводить повторно.

При графическом интерфейсе пользователя (GUI, Graphic User Inte­rface) все файлы представлены в виде объектов, имеющих графическое представление (иконку). Благодаря этому пользователь может манипули­ровать ими с помощью любого подходящего для этой цели устройства (как правило, это мышь или ее аналоги), просто наводя указатель на нужный объект и совершая требуемые манипуляции.

Команда пользователя или действие, выполняемое прикладной про­граммой, при реализации фактически разбивается на множество (ино­гда несколько сотен или тысяч) элементарных операций. Назначение операционной системы состоит в том, чтобы скрыть от пользователя эти сложные и ненужные ему подробности и предоставить ему удобный для работы интерфейс. С точки зрения пользователя, ОС выступает в роли посредника между человеком и компьютером, воспринимая получаемые от него команды и организуя их выполнение.

Любая ОС должна обеспечивать решение двух главных задач:

поддержка работы компьютерных программ и обеспечение их взаи­модействия с аппаратурой;

предоставление пользователю возможности общего управления ЭВМ.

В рамках первой задачи ОС обеспечивает взаимодействие программ с внешними устройствами и друг с другом: распределение оперативной памяти между программами, управление устройствами, обработка оши­бок и т.д. Цель управления ресурсами заключается в том, чтобы добиться эффективного их использования, а также освободить пользователя от необходимости управлять ими самостоятельно.

Вторая задача решается с помощью средств ОС, позволяющих, на­пример, просматривать файлы и каталоги на экране дисплея, запускать программы на исполнение, устанавливать режимы работы дисплея, принтера и т.д.

В современных ЭВМ используются ОС с разной архитектурой и возможностями, требующие различных аппаратных ресурсов и предо­ставляющих пользователям далеко не одинаковый уровень сервиса при практической работе.

Скорость работы программ и выполнения операций с файлами зависит от количества информации, обрабатываемой ОС в единицу времени. Чем больше этот объем, тем быстрее выполняются операции. Различают 16-, 32-, 64-разрядные ОС и т.д.

В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач (процессов) выделяют однозадачные и многозадачные операционные системы.

В однозадачной ОС в любой момент времени может выполняться (быть активной) только одна прикладная программа, которой представ­ляются все ресурсы ЭВМ. В то же время, некоторые однозадачные ОС позволяют выполнять параллельно (в фоновом режиме) одну или несколь­ко вспомогательных (резидентных) программ. Резидентные программы после запуска остаются в оперативной памяти и обычно обрабатывают операции ввода-вывода, следя за конкретными событиями, не мешая активной задаче.

В многозадачной ОС могут одновременно выполняться несколько не­зависимых друг от друга задач (процессов, программ). Многозадачность основана на принципе квантования времени. Эффект одновременной работы достигается разделением процессорного времени и других ресур­сов между несколькими вычислительными процессами. Операционная системавыстраивает очередь из поступающих заданий, выделяет квант времени для доступа к центральному процессору каждому заданию со­гласно очереди. Выполнив первое задание, операционная система отсы­лает его в конец очереди и переходит ко второму и т. д. Достоинство этого режима, по сравнению с однозадачным, заключается в более эффективном использовании аппаратуры и повышении ее пропускной способности. Многозадачные ОС в этом смысле предпочтительнее, но вместе с тем они и более сложные, поскольку появляется необходимость реализации механизма управления заданиями.

Многозадачные ОС при выполнении программ используют коопе­ративную или приоритетную многозадачность. При кооперативноймногозадачности все приложения делят процессорное время, периоди­чески опрашивая друг друга. Каждое приложениеполучает фактически столько процессорного времени и аппаратных ресурсов, сколько оно считает нужным.

При этом вполне возможны ситуации, когда приложениезаняло ре­сурс, и при этом в ее работе возникла ошибка (программа«зависла»). На запросы других программ (в том числе самой ОС) она не реагирует, и чаще всего это приводит к необходимости перезагрузки компьютера (с потерей всей несохраненной информации).

В режиме приоритетной многозадачности каждому приложению отводится строго определенное количество времени, и оно не имеет возможности монопольного использования аппаратуры. В этом режиме при зависании программы ОС может выгрузить ее из памяти, не нарушая работы других. Такие ОС являются более стабильными, но не все про­граммы могут работать в них.

В зависимости от количества одновременно работающего числа пользователей различают одно- и многопользовательские ОС.

Однопользовательская операционная система позволяет работать на компьютере в определенный момент времени только одному пользовате­лю, в то время как многопользовательская позволяет запускать на одном ПК несколько задач различным пользователям одновременно.