Понятие операционной системы

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Напр., встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), сотовых телефонах и т. п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. Операционные системы, в свою очередь, нужны, если: вычислительная система используется для различных задач, причём программы, исполняющие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими.

Эволюция операционных систем и основные идеи

Предшественником ОС следует считать служебные программы (загрузчики и мониторы), а также библиотеки часто используемых подпрограмм, начавшие разрабатываться с появлением универсальных компьютеров 1-го поколения (конец 1940-х годов). Служебные программы минимизировали физические манипуляции оператора с оборудованием, а библиотеки позволяли избежать многократного программирования одних и тех же действий (осуществления операций ввода-вывода, вычисления математических функций и т.п.)

В 1950-60-х годах сформировались и были реализованы основные идеи, определяющие функциональность ОС: пакетный режим, разделение времени и многозадачность, разделение полномочий, реальный масштаб времени, файловые структуры и файловые системы.

Единой классификации операционных систем нет, но в зависимости от разных факторов-критериев все OS можно разделить на классы. Наиболее важными классами являются: Client / Server; бесплатные / платные ; версия оригинальная / локализованная• интерфейс Text Mode / Graphic Mode ; архитектура 16-bit / 32-bit / 64-bit ; объем большой / маленький ;версия сетевая / псевдо-сетевая & локальная; память процесса с защитой / без защиты ; загрузка программы экономная / не экономная ; однозадачные / многозадачные ; однопользовательские / многопользовательские ; стабильная / нестабильная ;virus friendly / no virus friendly

41. Альтернативные операционные системы: MacOS, OS/2, Unix, Linux

Альтернативные операционные системы: MacOS, OS/2, Unix, Linux

Рабочий стол первой Mac OS, 1984 год

В 1984 году компания Apple Computer представила компьютер Macintosh с операционной системой Mac OS. Пользователи управляли своим компьютером не только вводимыми с клавиатуры командами и инструкциями, но и с помощью нового в те времена устройства, названного мышью. Мышь управляла указателем на экране монитора. Операционная система Mac OS использовала оконный интерфейс, для представления и организации информации.

Система была основана на прототипе графического интерфейса пользователя, позаимствованом руководством Apple в исследовательском центре Xerox PARC. Разработчики Macintosh использовали некоторые идеи прототипа Xerox, разработав и расширив их, добавив собственные, в том числе метафору «папок» и «файлов», широко использующуюся и в настоящее время.

Множество других компаний использовали в своей работе идеи Apple. В том числе компания Microsoft, представившая Mac-подобную графическую оболочку для своей операционной системы MS-DOS, названную Windows («окна»)

Mac OS X

24 марта 2000 года новый CEO Apple Стив Джобс (который и основал Apple, но на какое-то время ушедший в другую компанию) представил Mac OS X версии 10.0 (Гепард). Базируется на ОС NeXTSTEP.

Mac OS X официально сертифицирована как UNIX-система. Так как Mac OS X и Mac OS 9 значительно отличаются друг от друга, программы для Mac OS 9 работают в Mac OS X в режиме эмуляции. Для запуска приложений Mac OS 9 в Mac OS X была создана виртуальная машина, называемая «Classic».

UNIX (читается юникс) — группа переносимых, многозадачных и многопользовательских операционных систем.

Первая система UNIX была разработана в 1969 г. в подразделении Bell Labs компании AT&T. С тех пор было создано большое количество различных UNIX-систем. Юридически лишь некоторые из них имеют полное право называться «UNIX»; остальные же, хотя и используют сходные концепции и технологии, объединяются термином «UNIX-подобные» (англ. Unix-like). Для краткости в данной статье под UNIX-системами подразумеваются как истинные UNIX, так и UNIX-подобные ОС.

Некоторые отличительные признаки UNIX-систем включают в себя:

· использование простых текстовых файлов для настройки и управления системой;

· широкое применение утилит, запускаемых в командной строке;

· взаимодействие с пользователем посредством виртуального устройства — терминала;

· представление физических и виртуальных устройств и некоторых средств межпроцессового взаимодействия как файлов;

· использование конвейеров из нескольких программ, каждая из которых выполняет одну задачу.

В настоящее время UNIX используются в основном на серверах, а также как встроенные системы для различного оборудования. На рынке ОС для рабочих станций и домашнего применения UNIX уступили другим операционным системам, в первую очередь Microsoft Windows, хотя существующие программные решения для Unix-систем позволяют реализовать полноценные рабочие станции как для офисного, так и для домашнего использования.

UNIX-системы имеют большую историческую важность, поскольку благодаря им распространились некоторые популярные сегодня концепции и подходы в области ОС и программного обеспечения. Также, в ходе разработки Unix-систем был создан язык Си.

42. Операционная система Windows: история развития ОС, состав и основные принципы работы.

Операционная система Windows: история развития ОС, состав и основные принципы работы.

Microsoft Windows— семейство собственнических операционных систем компании Майкрософт (Microsoft)

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

Разработка графической оболочки с названием Windows для операционной системы DOS началось в 1983г. в фирме Microsoft. Первая версия оболочки была представлена на выставке в ноябре 1983г., однако коммерческая продажа началась только в ноябре 1985г. Такая задержка была связана с нежеланием фирмы выходить на рынок с "сырым" продуктом и неоднократным переписыванием операционной системы на других языках. Первоначально система была написана на Microsoft Pascal, затем на Lattice C и, наконец, на Microsoft C.

В течение 1985–1987гг. версии Windows распространялись слабо, так как производительность ПЭВМ еще не позволяла эффективно использовать возможности этой оболочки, и, кроме того, количество приложений, которые разрабатывались для работы под Windows, было еще слишком мало.

В 1987–1988гг. начинают распространяться версии с номерами 2.03 и 2.10. В них были заложены основы того графического интерфейса, который стал классическим для системных оболочек и других графических прикладных программ. Эти версии еще ориентировались на 286 процессор. Но уже для этой версии реализуется возможность запуска программ DOS в полноэкранном и оконном режимах.

Полноэкранные программы – это программы, использующие прямой доступ к устройствам (оперативной памяти, видеопамяти и др.). При работе они используют такие средства управления, которые не позволяют функционировать системе Windows, поэтому почти вся среда Windows выгружается (остаются только возможности восстановления среды), и программа использует в работе только средства DOS.

Оконные программы написаны без прямого обращения к устройствам. Они используют только функции DOS, построенные на стандартном интерфейсе (т.н. ANSI–соглашение). Такие программы могут загружаться в окно Windows с атрибутами заголовка и контрольного меню, через которые система Windows может ими управлять.

Конечно, такие программы можно запускать и в полноэкранном виде.

Для запуска программ DOS из–под Windows требуется некоторый специальный информационный файл, в котором указано, полноэкранный или оконный режим будет использоваться, а также некоторые другие характеристики запуска и работы. Такой файл носит название PIF (Program Information File). Для его создания в системе Windows версии 2 предусмотрен специальный редактор.

В 1990г. выходит версия 3.0, которая имела огромный успех. За три месяца Microsoft продает свыше полутора миллионов экземпляров Windows 3.0. Windows становится стандартом для интерфейса графических оболочек. Хотя это еще 16-разрядная система, зато она может ставиться на ПЭВМ с 286 процессором и оперативной памятью всего в 1 Мб.

В 1991г. появляется версия 3.1, в которой реализована плоская модель памяти (т.е. прямая 32-разрядная адресация без использования сегмента памяти).

К 1995г. Windows приобретает свой окончательный вид, и распространяется под номерами версий 3.10 и 3.11 (последняя – как Windows для рабочих групп, т.е. работающая в сети из нескольких ПЭВМ).

В 1998г. выходит новая версия 32-х разрядной Windows-системы под названием Windows-98. Это уже многопользовательская ОС, хотя и одномашинная, в отличие от Windows-NT, ориентированной, в первую очередь, на работу локальной сети ПЭВМ. В этой версии были исправлены многие ошибки и недоработки Windows-95, но устойчивость ее работы по-прежнему оставляет желать лучшего.

Если Windows-95 был существенным шагом от Windows 3.10, то переход к Windos-98 можно рассматривать лишь как некоторую модернизацию ОС. Важнейшей чертой новой версии является более глубокая связь ОС с "всемирной паутиной" – WWW (World Wide Web). Если более подробно перечислить изменения Windows-98 по сравнению с Windows-95, то список изменений будет иметь следующий вид:

усовершенствован пользовательский интерфейс, он становится Web–подобным;

в состав ОС включен комплект Internet Explorer 4.0, обеспечивающий доступ к WWW из любого места (документа, файла, папки);

справочная система выполнена на языке HTML , что упростило ее использование и расширило возможности;

расширены функции обслуживания дисков (более грамотная дефрагментизация, очистка и ускорение работы с диском);

расширены сетевые и коммуникационные возможности;

расширены средства поддержки мультимедийных приложений и новых технических устройств;

доработана процедура установки системы, расширены возможности по диагностике и обслуживанию ПЭВМ;

реализован стандарт APM (Advanced Power Management) – усовершенствованное управление питанием, позволяющее автоматически включать и выключать ПЭВМ;

расширены возможности стандартных программ общего применения (таких как блокнот, калькулятор, графический редактор Paint и др.).

Наконец, в 2000г. выпускается новая версия Windows 9х под названием "MILLNIUM" (Windows ME). Ее назначение – обслуживать домашние ПЭВМ, автономные и связанные с Интернет, а также использоваться на рабочих станциях и пользовательских узлах локальной сети. Считается, что это последняя версия системы Windows, основанной на "старой технологии".

По отношению к предыдущей версии, эта ОС (полное название которой – Microsoft Windows Millennium Edition) обладает следующими новыми возможностями:

Создание цифровых фильмов с помощью приложения Windows Movie Maker.

Программа Microsoft Windows Movie Maker служит для записи аудио- и видеоматериалов, полученных при помощи портативных видеокамер и цифровых фотокамер, их обработки и монтажа для создания собственных фильмов.

Упрощение установки оборудования.

Программа "Plug and Play" позволяет устанавливать и сразу же запускать новое оборудование, не перезагружая компьютер.

Корректное завершение работы и сохранение электроэнергии.

Новая возможность "спящего" режима позволяет корректно завершить работу, даже не закрывая несохраненные файлы. При перезапуске компьютера рабочий стол восстанавливается в том виде, в котором он был оставлен. Также возможно использование "ждущего" режима, который позволяет быстро вернуться к работе в Windows вместо перезапуска системы, что экономит электроэнергию и уменьшает износ компьютера.

Отмена изменений.

Если в результате установки нового оборудования или программы операционная система Windows ME или какая–либо программа пришла в неудовлетворительное или нестабильное состояние, программа восстановления системы поможет решить эту проблему.

Быстрое автоматическое устранение неполадок.

При появлении проблем при работе с компьютером программа Windows Support Automation поможет быстро их обнаружить и решить.

Простая процедура добавления учетных записей в другой компьютер.

Программа Windows Internet Migration поможет без труда создать дубликат данных учетных записей приложений Internet Explorer и Outlook Express на другом компьютере.

Другие возможности версии Windows ME.

Запуск системы теперь производится гораздо быстрее, а важным системным файлам обеспечена лучшая защита.

Понятие файловой системы. Сектор, кластер. Файл, каталог, полное имя файла. Таблица размещения файлов.

При наличии большого числа программ и данных необходим строгий их учет и систематизация. Операционным системам приходится работать с различными потоками данных, разными аппаратными и периферийными устройствами компьютера. Организовать упорядоченное управление всеми этими объектами позволяет файловая система.

На операционные системы персональных компьютеров наложила глубокий отпечаток концепция файловой системы, лежащей в основе операционной системы UNIX. В ОС UNIX подсистема ввода-вывода унифицирует способ доступа как к файлам, так и к периферийным устройствам. Под файлом при этом понимают набор данных на диске, терминале или каком-либо другом устройстве. Таким образом, файловая система - это система управления данными.

Файловые системы операционных систем создают для пользователей некоторое виртуальное представление внешних запоминающих устройств ЭВМ, позволяя работать с ними не на низком уровне команд управления физическими устройствами (например, обращаться к диску с учетом особенностей его адресации), а на высоком уровне наборов и структур данных. Файловая система скрывает от программистов картину реального расположения информации во внешней памяти, обеспечивает независимость программ от особенностей конкретной конфигурации ЭВМ, или, как еще говорят, логический уровень работы с файлами. Файловая система также обеспечивает стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными. Пользователь, работая в контексте определенного языка программирования, обычно использует файлы как поименованные совокупности данных, хранимые во внешней памяти и имеющие определенную структуру. При работе с файлами пользователю предоставляются средства для создания новых файлов, операции по считыванию и записи информации и т.д., не затрагивающие конкретные вопросы программирования работы канала по пересылке данных, по управлению внешними устройствами.

Роль учетного механизма, позволяющего обслуживать десятки и сотни файлов, в файловой системе очень важна. Общим приемом является сведение учетной информации о расположении файлов на магнитном диске в одно место - его каталог (директорий). Каталог представляет собой список элементов, каждый из которых описывает характеристики конкретного файла, используемые для организации доступа к этому файлу - имя файла, его тип, местоположение на диске и длину файла. В простых операционных системах (например ОС РАФОС) местоположение единственного каталога на магнитном диске (дискете) и его размер фиксированы. В более сложных системах каталог может находиться в любом месте диска, но на него должна иметься ссылка в, так называемой, метке тома, находящейся в фиксированном месте и формируемой при инициализации диска. Более того, каталогов может быть большое число и они могут быть логически связаны в какие-либо информационные структуры. Так, наиболее развитая многоуровневая файловая система UNIX поддерживает иерархическую (древовидную) систему каталогов (рис.1). Каждый пользователь может работать в составе этой структуры со своей системой каталогов (со своим поддеревом). Полное имя файла в данной структуре задает путь переходов между каталогами в логической структуре каталогов.

Файл обладает уникальным идентификатором (именем), обеспечивающим доступ к файлу. Идентификатор включает в себя собственно имя - буквенно-цифровое обозначение файла, которое может содержать специальные символы (подчеркивание, дефис, ! и т.д.), и расширение имени файла (обычно отделяемое от имени файла точкой). Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в использовании расширений следует придерживаться традиции, согласно которой расширение указывает на тип файла, характер его содержимого. Известны десятки стандартных расширений, используемых при работе с различными программными системами.

В различных ОС существуют определенные ограничения на длину имени и расширения имени файла. Так, в MS-DOS длина имени файла не должна превышать восьми символов, а расширение - трех. В ОС UNIX ограничения значительно менее жесткие.

Имена директорией, начиная от корневого, образующиепуть к файлу, отделяемые при записи друг от друга косой чертой (\ в DOS, / в UNIX), также как и обозначение диска, относятся к идентификатору файла. Например, в MS-DOS: d:\lang\pascal\work\example.pas есть файл с именем example и расширением pas, указывающем на то, что это текст программы на Паскале, полный путь к которому: d:- диск d; \lang\pascal\work - это структура вложенных директорией, в самом внутреннем из которых находится необходимый файл example.pas.

Каждый каталог рассматривается как файл, имеет собственное имя. Продвижение по дереву при поиске некоторого каталога или файла возможно как вниз по дереву от текущего узла, так и вверх в направлении к корню. В каждом каталоге хранится список имен файлов, а также ссылки на дескрипторы файлов. В дескрипторах сосредоточена подробная информация о файле (список номеров блоков, занимаемых файлом, метод доступа к файлу, дата создания файла, идентификатор владельца, тип файла). В процессе работы могут создаваться новые каталоги и вписываться в требуемое место иерархии.

Файловая система ОС обеспечивает основные операции над файлами: их открытие (что сопровождается копированием учетной информации о файле, обеспечивающей быстрый доступ к нему, в некоторую структуру данных, расположенную в оперативной памяти, подготовкой буферов и каналов для передачи информации), копирование, перемещение, объединение, удаление, закрытие. Вторую группу представляют операции чтения и записи составных элементов файла. Особая группа операций обеспечивает печать содержимого каталогов или файлов, управление правами доступа к файлам, поиска файлов и т.д.

Развитые многопользовательские файловые системы обеспечивают также защиту и разделение данных, хранящихся в файлах, при работе с ними разных пользователей. Так, например, после входа в систему UNIX (который производится по паролю) пользователь получает доступ к ряду системных, групповых и личных каталогов и файлов. Каждый файл и каталог имеет владельца. Обычно это пользователь, создавший их. Владелец может затем

владельца (самого себя);

представителей той же группы пользователей, что и владелец (понятие группы полезно при совместной работе над какими-либо проектами);

всех остальных пользователей системы.

Каждый файл (каталог) имеет три вида разрешения на доступ:

чтение (г - read) - можно просматривать содержимое файла (каталога);

запись (w - write) - можно менять содержимое файла (создавать или удалять файлы в каталоге);

выполнение (х - execute) - можно использовать файл как команду UNIX.

Кластер (англ. cluster) — в некоторых типах файловых систем логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Например, на дисках с размером секторов в 512 байт, 512-байтный кластер содержит один сектор, тогда как 4-килобайтный кластер содержит восемь секторов.

Как правило, это наименьшее место на диске, которое может быть выделено для хранения файла.

Понятие кластер используется в файловых системах FAT и NTFS. Другие файловые системы оперируют схожими понятиями (зоны в Minix, блоки в Unix).

Сектор диска — минимальная адресуемая единица хранения информации на дисковых запоминающих устройствах. Является частью дорожки диска. У большинства устройств размер сектора составляет 512 байт например, у жестких и гибких дисков), либо 2048 байт (например, у оптических дисков).

Для более эффективного использования места на диске файловая система может объединять сектора в кластеры, размером от 512 байт (один сектор) до 64 кбайт (128 секторов). Количество секторов на цилиндрах ранее было одинаковым, на современных дисках количество секторов на цилиндр разное, но контроллер жёсткого диска сообщает о некоем условном количестве дорожек, секторов \ и сторон, хотя позднее была создана LBA система обращения к дискам, в которой все сектора пронумерованы. Первый сектор диска обычно является загрузочным. Первый сектор НЖМД содержит главную загрузочную запись, содержащую короткую программу передачи управления в загрузочный сектор, находящийся на разделе, и таблицу разделов (слайсов).

Файловая система FAT. Таблица размещения файлов.