Понятия операционной системы

Для каждой операционной системы существует набор базовых понятий, например процессы, память и файлы, которые являются самыми важными для понимания общей идеи.

Процессы. Процессом называют программу, которая сейчас выполняется. С каждыми процессом связано его адресное пространство. Адресное пространство содержит саму программу, данные к ней и стек. Со всяким процессом связывается некий набор регистров, включая счетчик команд, указатель стека и другие аппаратные регистры, плюс вся остальная информация, необходимая для запуска программы.

Во многих операционных системах вся информация о каждом процессе, дополнительная к содержимому его собственного адресного пространства, храниться в таблице операционной системы, называемой таблица процессов. Эта таблица представляет собой массив структур, по одной на каждый существующий в данный момент процесс.

Процессы могут создавать несколько других процессов, которые называются дочерними процессами. Связанные процессы - это те, которые можно объединить для выполнения некоторой задачи, и им нужно часто передавать данные от одного к другому и синхронизировать свою деятельность. Такая связь называется межпроцессорным взаимодействием.

Взаимоблокировка. Когда взаимодействуют два или более процессов, они могут попадать в патовые ситуации, из которых нельзя выйти без посторонней помощи. Такая ситуация называется тупиком, тупиковой ситуацией или взаимоблокировкой.

Управление памятью. В каждом компьютере есть оперативная память, используемая для хранения выполняющихся программ. В очень простых ОС в один момент времени в памяти может находиться только одна программа. Более сложные системы позволяют одновременно находиться в памяти нескольким программам. Чтобы они не мешали друг другу, требуется некий защитный механизм, управляемый операционной системой.

Существует две проблемы при управлении памятью:

- защита от повреждения программ и ядра;

- захват адресного пространства.

Решением этих задач является метод виртуальной памяти, при котором операционная система содержит часть адресов в оперативной памяти, а часть на диске и меняет их местами при необходимости.

Ввод-вывод данных. Каждая операционная система имеет свою подсистему ввода-вывода для управления устройствами ввода-вывода. Некоторые из программ ввода-вывода являются независимыми от устройств, т.е. их можно применить ко многим или ко всем устройствам ввода-вывода. Другая часть программного обеспечения ввода-вывода, в которую входят драйверы устройств, предназначена для определенных устройств ввода-вывода.

Файлы. Файловая система - это еще одно ключевое понятие, поддерживаемое виртуально всеми операционными системами. Например, перед тем как прочитать файл, его нужно разместить на диске и открыть, а после прочтения его нужно закрыть. Все эти функции осуществляют системные вызовы. Очевидно, что системные вызовы необходимы для создания, перемещения, удаления, чтения и записи файлов.

Предоставляя место для хранения файлов, операционная система использует понятие каталог. По своей сути каталог является способом объединения файлов в группы. Содержимое каталогов мажет содержать файлы и каталоги. Иерархия процессов и файлов является древовидной. Отличия этой иерархии состоят в количестве уровней, длительности жизни, принадлежности и защите.

Каждый файл в иерархии каталогов можно определить, задав его имя пути, называемое также полным именем файла. Путь начинается из вершины структуры каталогов, называемой корневым каталогом.

Безопасность. Компьютеры содержать большое количество информации, конфиденциальность которой пользователи хотят сохранить. В задачу операционной системы входит управление системной защиты подобных файлов (правила доступа к файлам).

В UNIX для защиты файлов им присваивается девятибитовый двоичный код. Это код защиты состоит из трех полей по три бита:

- для владельца;

- для других членов группы

- для всех остальных.

В каждом поле есть бит, определяющий:

- доступ для чтения;

- доступ для записи;

- разрешающий выполнение.

Кроме защиты файлов, существует еще множество других вопросов безопасности: защита системы от нежелательных гостей, людей, и вирусов.

Оболочка. Операционная система представляет собой программу, выполняющую системные вызовы. Командный интерпретатор UNIX называется оболочкой. Хотя она не входит в операционную систему, но во всю используется многими ее функциями. Оболочка представляет основной интерфейс между пользователем и операционной системой, если не используется GUI. Существует множество оболочек, например, sh, csh, ksh, bash.