Тема 7. Основы операционных систем
План лекции (2 часа)
1. Основные концепции операционных систем
2. Методы декомпозиции операционных систем
3. Управление процессами
4. Файловые системы
5. Утилиты. Архиваторы. Драйверы
6. Обзор современного прикладного программного обеспечения
Литература 1,2,3,4,5,6,19,20,26,31
1. Основные концепции операционных систем
Центральное место в структуре ПО занимает операционная система. Она представляет собой «систему программ, предназначенную для обеспечения определенного уровня эффективности цифровой вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и предоставляемого пользователям набора услуг.
Операционные системы классифицируются по:
- количеству одновременно работающих пользователей на однопользовательские и многопользовательские ОС;
- числу задач, одновременно выполняемых под управлением ОС, на однозадачные и многозадачные;
- количеству используемых процессоров на многопроцессорные и однопроцессорные;
- разрядности – 8,16,32,64 разрядные;
- типу пользовательского интерфейса на командные и объектно-ориентированные;
- способу использования общих аппаратных и программных ресурсов на сетевые и локальные.
Программные компоненты ОС обеспечивают управление вычислениями и реализуют такие функции, как планирование и распределение ресурсов, управление вводом-выводом информации, управление данными. Объем ОС и число составляющих ее программ в значительной степени определяются типом используемых ЭВМ, сложностью режимов работы ЭВМ и ВС, составом технических средств и т.д. Применение ОС позволяет осуществить:
· увеличение пропускной способности ЭВМ, т.е. увеличение общего объема работы, выполняемой ЭВМ в единицу времени;
· уменьшение времени реакции системы, т.е. сокращение интервала времени между моментами поступления заданий в ЭВМ и моментами времени получения результатов;
· контроль работоспособности технических и программных средств;
· помощь пользователям и операторам при использовании ими технических и программных средств, обеспечения их работы;
· управление программами и данными в ходе вычислений;
· обеспечение адаптации ЭВМ, ее структурной гибкости, заключающейся в способности изменяться, пополняться новыми техническими и программными средствами.
Основу любой ОС составляет управляющая программа, основными функциями которой являются: управление заданиями, управление задачами, т.е. управление ходом выполнения отдельных программ, и управление данными.
Задание – это требование пользователя на выполнение некоторого объема вычислительных работ. Процедуры управления заданиями обеспечивают предварительное планирование работы ЭВМ и оперативную связь пользователя и оператора с машиной во время работы. Планирование работы включает: ввод пакетов или одиночных заданий, формирование очередей заданий в соответствии с их приоритетами, активизацию (запуск) и завершение заданий.
Каждое задание реализуется как определенная последовательность отдельных программ-задач. Задачи образуют отдельные программы вместе с обрабатываемыми ими данными. Например, типовое задание пользователя включает этапы трансляции, редактирования и собственно выполнения сформулированной машиной программы. На каждом из этих этапов выполняется некоторая программа (задача), обрабатывающая определенные данные. Комплекс программ управления задачами обеспечивает автоматическое выполнение последовательности программ каждого задания пользователя.
Управление задачами требует распределения и назначения ресурсов (управления временем работы процессора, распределения оперативной памяти для программ пользователей и программ ПО, синхронизации выполнения задач и организации связей между ними, управления задачами, внешними устройствами, защиты задач от взаимных помех). Часто используемые модули образуют ядро ОС, которое постоянно находится в оперативной памяти и быстро реагирует на изменения в процессе функционирования. Примером такой программы может служить командный процессор (command. com.) для ПЭВМ типа IBM PC. Остальные программы ОС вызываются из ВЗУ в оперативную память ЭВМ по мере их надобности в вычислительном процессе.
Набор программ управления данными обеспечивает процессы организации, идентификации, размещения в ОП и ВЗУ, хранения, построения библиотек и выборки всех данных, которые могут обрабатываться в ЭВМ.
В ПЭВМ программы управления заданиями представлены достаточно слабо, так как они изначально создавались как однопользовательские и однозначные ЭВМ. С появлением ОС типа Windows, ориентированных на многозадачные и многопользовательские режимы, появились и эти процедуры. Программы же управления задачами и данными представлены достаточно полно.
Дальнейшим продолжением линейки Windows является Windows XP (XP-e XPerience - опыт). Она имеет гораздо больше функциональных возможностей (особенно в области мультимедиа), в меньшей степени подвержена сбоям и обеспечивает более быстрый запуск многих прикладных программ.
В Windows XP добавлены следующие функции управления системой:
- автоматическое восстановление системы, обеспечивающее защиту от ошибок;
- замена неисправных драйверов устройств ранее установленных версий и отказ устанавливать драйвер, который системе кажется несовместимым;
- диагностика и устранение системных и сетевых проблем, позволяющих узнать текущий статус Internet-служб (почты, новостей), получить сведения о компьютере (системное имя, тип загрузки, объем RAM), информацию об операционной системе (номер сборки, дату установки, номер версии), а также проверить статус модемов и сетевых адаптеров;
- дистанционное подключение к компьютеру для получения доступа к любым документам и файлам неудаленной машины.
Операционная система Microsoft Windows XP (от англ. Experience-опыт), известная также под кодовым названием Microsoft Codename Whistler, является новой семейства Windows, созданной на базе технологии NT. Первоначально в планы корпорации Microsoft входила разработка двух независимых операционных систем нового поколения. Первый проект получил название Neptune, эта ОС должна была стать очередным обновлением Windows Millennium Edition, новой системой линейки Windows 9Х. Второй проект, называвшийся Odyssey, предполагал создание ОС на платформе Windows NT, которая должна была прийти на смену Windows 2000. Однако руководство Microsoft посчитало нецелесообразным рассредоточивать ресурсы на продвижение двух разных ОС, вследствие чего оба направления разработок были объединены в один проект Microsoft Whistler. Возможно, благодаря именно этому решению Microsoft XP объединяет в себе достоинства уже знакомых пользователям операционных систем предыдущих поколений: удобство, простоту в инсталляции и эксплуатации ОС семейства Windows МЕ, а также надежность и многофункциональность Windows 2000. В настоящее время Windows XP на настольных ПК и рабочих станциях выпускается в трех модификациях: Home Edition для домашних персональных компьютеров, Professional Edition для офисных ПК, и наконец, Microsoft Windows XP 64 bit. Edition – это версия Windows XP Professional для персональных компьютеров, собранных на базе 64-битного процессора Intel Itanium с тактовой частотой более 1 ГГц.
Для запуска Microsoft Windows XP необходим персональный компьютер, отвечающий следующим минимальным системным требованиям: процессор Pentium – совместимый, тактовая частота от 233 МГц и выше; объем оперативной памяти – 64 Мбайт; свободное дисковое пространство – 1,5 Гбайт. Однако для стабильной и быстрой работы рекомендуется устанавливать данную операционную систему на компьютер со следующими оптимальными характеристиками: процессор – Pentium II – совместимый (или выше), тактовая частота от 500Мгц и выше, объем оперативной памяти –256 Мбайт; свободное дисковое пространство – 2 Гбайт, устройство для чтения компакт-дисков (CD-ROM), модем со скоростью не менее 56 Кbps.
Если сравнить Windows XP с более ранними Microsoft Windows, в новой операционной системе легко обнаружить множество значительных отличий. Несмотря на то, что эта ОС была разработана на основе уже хорошо знакомой пользователям платформы NT и, на первый взгляд, по своим характеристикам во многом схожа с Microsoft Windows 2000, фактически Windows ХР относится к принципиально иному поколению операционных систем семейства Windows. Теперь пользователь Windows не привязан к какому-либо стандартному интерфейсу, устанавливаемую в системе по умолчанию. Если вам не нравится традиционный вид окон, элементов управления и Панели задач, доставшийся новой ОС в наследство от Windows 2000, то вы можете без труда изменить их, загрузив из Интернета любой из сотен специально разработанных «Тем». Традиционное Главное меню, открывающее доступ к установленным на компьютере программ, хранящимся на дисках документам и настройкам операционной системы, также претерпело ряд значительных изменений. Теперь при нажатии кнопки Пуск появляется динамическое меню, содержащее значки лишь пяти программ, которыми пользуется наиболее часто. Благодаря этому можно начать работу с нужными приложениями значительно быстрее. Здесь же расположены значки браузера Microsoft Internet Explorer - 6 и почтового клиента Outlook Express 6, позволяющие завершить текущий сеанс работы Windows и выключить компьютер.
В среде Microsoft Windows пользователю часто приходится одновременно работать с несколькими документами или набором различных программ. При этом неактивные приложения сворачиваются в Панель задач, вследствие чего она рано или поздно переполняется значками, и переключение между задачами становится затруднительным. Для того чтобы разгрузить Панель задач и освободить больше рабочего пространства для отображения значков запущенных приложений, в Windows ХР используется так называемый алгоритм группировки задач, согласно которому однотипные программы, работающие на компьютере одновременно, объединяются в логическую группу.
В состав Windows ХР включен специальный механизм – быстрое переключение сеансов (Fast User Switching), с применением которого можно быстро, без регистрации подключать к работе с операционной системой новых пользователей и групп пользователей. Появилась также возможность переключаться между несколькими сеансами работы без необходимости сохранять данные или перезагружать систему. При этом каждый из пользователей может самостоятельно изменять и сохранять какие-либо данные независимо от других пользователей Windows ХР. Для каждого нового сеанса работы операционная система отводит специальный участок верхней памяти в размере 2 Мбайт, однако этот объем никак не ограничивает количество прикладных программ, которые могут быть запущены пользователем,. В частности, механизм Fast User Switching дает возможность пользователю, работающему, например, с текстовым редактором, ненадолго отлучиться от компьютера, а во время его отсутствия другой пользователь может открыть собственный сеанс Windows и поработать в Интернете или загрузить игру. При этом текст, редактируемый отсутствующим пользователем, по-прежнему хранится в памяти; вернувшись к компьютеру, пользователь может продолжить работу с документом с того листа, где она была прервана, не перезагружая систему и не загружая заново соответствующую программу.
Нововведения в Windows XP, связанные с файловой системой, сводятся к улучшению возможностей защиты, систематизации и управления файлами:
- измененные настройки основных папок Windows XP. В списке с содержанием каждой папки приведены ссылки на другие папки и расположения, а также простейшие операции с файлами и папками. Выбрав ссылку Задачи для изображений в папке Мои документы, можно печатать изображение или просмотреть слайд-шоу всех изображений;
- при использовании Windows XP сетевые файлы можно сделать доступными в автономном режиме. При повторном подключении к сети все изменения, внесенные в файлы при автономной работе, обновляются.
- для уменьшения объема пространства, занимаемого папками и входящими в них элементами, служит средство Сжатые ZIP-папки. Сжимать можно и архивные папки.
- имеется возможность сжатия диска с помощью Проводника, причем можно сжимать только корневой каталог или все подкаталоги и файлы на диске.
- расширение возможности шифрования данных, хранящихся на разделе или томе NTFS.
Microsoft Windows NET – это семейство серверных операционных систем, разрабатываемых корпорацией Microsoft на основе Windows XP, которые придут на смену Windows 2000 Server, Advanced Server и Datacenter Server. Предполагается, что Windows NET будет поставляться в вариантах Windows NET Server, Windows NET Advanced Server и Windows.NET Datacenter Server. Соответственно, технические возможности этих версий операционных систем различны: например, Windows XP Professional Edition поддерживает двухпроцессорные аппаратные платформы, Windows NET Server может адресовать четырехпроцессорные аппаратные платформы, Windows NET Advanced Server «умеет» работать с восьмипроцессорными компьютерами, а Windows NET Datacenter Server поддерживает машины, аппаратная конфигурация которых включает до 32 синхронно работающих процессоров.