ВВЕДЕНИЕ. 1.1. Основные функции операционных систем,

ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, СРЕДЫ И ОБОЛОЧКИ

Учебное пособие

Содержание

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................... 3

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ, СРЕДАХ И ОБОЛОЧКАХ

1.1. Основные функции операционных систем, сред и оболочек........ 5

1.2. История развития и поколения ОС.............................................. 10

1.3. Классификация ОС..................................................................... 12

1.4. Функциональные компоненты ОС............................................... 15

1.5.Требования к современным ОС................................................... 22

2. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ

2.1. Мультипрограммирование и распределение ресурсов.............. 23

2.2. Понятие процессов и потоков.................................................... 29

2.3. Алгоритмы планирования процессов и потоков......................... 31

2.4. Синхронизация процессов.......................................................... 38

3. УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ

3.1. Функции ОС по управлению памятью.......................................... 49

3.2. Типы адресов............................................................................. 49

3.3. Виды алгоритмов распределения памяти................................... 53

3.4. Виртуализация памяти. Классы виртуальной памяти.................. 53

3.5. Кэширование данных.................................................................. 64

4. ВВОД-ВЫВОД И ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА

4.1. Файловая система ОС................................................................ 70

4.2. Логическая организация файловой системы............................... 72

4.3. Физическая организация файловой системы.............................. 81

4.4. Подсистема ввода-вывода......................................................... 87

5. АРХИТЕКТУРА ОС

5.1. Архитектура на базе ядра в привилегированном режиме.......... 93

5.2. Микроядерная архитектура.................................................. 97

5.3. Переносимость ОС............................................................... 99

ЛИТЕРАТУРА............................................................................ 101

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ................................ 102

ВВЕДЕНИЕ

Операционные системы являются основой программного обеспечения вычислитель­ных машин. Операционная система (ОС) - это комплекс управляющих и обрабаты­вающих программ, который, с одной стороны, выступает как интерфейс между пользо­вателем и аппаратными компонентами вычислительных машин и вычислительных систем, а с другой стороны предназначен для эффективного управления вычисли­тельными процессами, а также наиболее рационального распределения и использо­вания вычислительных ресурсов.

Обеспечение пользователю определенного уровня удобств осуществляется посред­ством того, что ОС представляет для него так называемую «расширенную» (или вир­туальную) машину, которая избавляет пользователя от необходимости работать на­прямую с аппаратными компонентами и берет на себя выполнение большинства ру­тинных операций. Таким образом, абстрактная «расширенная» машина, с которой, благодаря ОС, имеет дело пользователь, гораздо проще и удобнее в обращении, чем реальная аппаратура, лежащая в основе этой абстрактной машины.

Идея о том, что ОС прежде всего система, обеспечивающая удобный интерфейс пользователям, соответствует рассмотрению ее сверху вниз. Другой взгляд, снизу вверх, дает представление об ОС как о некотором механизме, распределяющим и управляющим всеми компонентами и ресурсами ЭВМ с целью обеспечения максималь­ной эффективности их функционирования.

Таким образом, ОС выполняет функции управления вычислительными процесса­ми в ЭВМ, распределяет ресурсы между различными вычислительными процессами и образует программную среду, в которой выполняются прикладные программы пользователей. Такая среда называется операционной средой.

Благодаря наличию операционной системы пользователи-программисты при на­писании собственных программ могут вообще не знать многих деталей управления конкретными ресурсами ВМ и ВС, а должны только обращаться к ОС как к некоторой программной подсистеме с соответствующими вызовами и получать от нее необхо­димые функции и сервисы. Набор таких функций и правил обращения к ним как раз и образуют то базовое понятие, которое называют операционной средой. Таким обра­зом можно сказать, что термин «операционная среда» означает, прежде всего, соот­ветствующие интерфейсы, необходимые программам и пользователям для обраще­ния к ОС с целью получить определенные сервисы.

Параллельное существование терминов «операционная система» и «операцион­ная среда» вызвано тем, что операционная система в общем случае может поддержи­вать несколько операционных сред. Операционная среда в свою очередь может включать несколько разных пользовательских и программных интерфейсов. Например, ряд ОС предоставляют для пользователя интерфейсы командной строки, интерфейсы- оболочки (типа Norton Commander и т.п.), а также графические интерфейсы. Если же говорить о программных интерфейсах, то это те интерфейсы, к которым могут обра­щаться программисты для получения соответствующих функций и сервисов. Можно сказать, что операционная среда - это то системное программное окружение, в котором могут выполняться программы, созданные по правилам работы этой среды.

Операционная система в значительной степени определяет функциональные воз­можности, удобства пользования и эффективность работы ВМ и ВС. На сегодняшний день существует большое количество разных типов ОС, отличающихся областями применения, аппаратными платформами и методами реализации. Естественно, это обуславливает и значительные функциональные различия этих ОС. Поэтому при изу­чении операционных систем очень важно из всего многообразия выделить те функ­ции, которые присущи всем операционным системам как классу программных продук­тов. Именно общие понятия ОС, концепции их построения и функциональные воз­можности являются предметами рассмотрения данного учебного пособия. В заключи­тельных разделах учебного пособия уделено внимание историческим сведениям о возникновении и развитии ОС, а также даны оценки свойств и характеристик совре­менных ОС. Представлены примеры практического построения, состава и особенно­стей функционирования наиболее популярных и эффективных операционных систем.

Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обуче­ния специальности «Прикладная информатика», изучающих дисциплину «Опера­ционные системы, среды и оболочки», и разработано с целью обеспечения обу­чающихся и преподавателей систематизированным учебным материалом по тео­ретическим основам операционных систем.

Рассмотрены основные понятия операционных систем, сред и оболочек, вопросы управления процессами и ресурсами, особенности построения операционных систем для многопроцессорных вычислительных машин и многомашинных вычислительных систем, общие концепции и принципы разработки операционных систем. Приведены краткие исторические сведения о возникновении и развитии операционных систем, а также даны оценки их свойств и характеристик. В качестве примеров практической реализации реально функционирующих современных операционных систем описаны наиболее распространенные и «знаковые» системы семейств UNIX и Windows.