- IBM – в 1960-х – 1970-х гг. гг. разработала OS IBM 360 / 370; затем – ОС для персональных компьютеров OS/2; в настоящее время наиболее современными ОС этой фирмы являются z/OS и z/VM;
- Apple – с начала 1980-х гг. развивает семейство ОС MacOS , характеризующееся улучшенным графическим пользовательским интерфейсом (см. раздел MacOS );
- Oracle / Sun – c начала 1980-х гг. фирма Sun развивает ОС Solaris , развитие UNIX (см. раздел Solaris );
- Hewlett-Packard – развивает собственный диалект UNIX – систему HP/UX (см. раздел HP-UX );
- Novell – одна из ведущих фирм в области сетевых технологий; развивает семейство сетевых операционных систем: NetWare ; в настоящее время - Open Enterprise Server ( сетевая ОС , включающая все сетевые возможности NetWare и возможности распространенного диалекта Linux - openSUSE ).
Это далеко не полный перечень коммерческих и исследовательских ОС, включающий сотни наименований.
Solaris – операционная система разработки фирмы Oracle / Sun
Современные тенденции в развитии ОС
На основе опыта использования многих современных ОС, можно выделить следующие основные тенденции в их развитии.
Графические оболочки . Любая современная ОС имеет графический пользовательский интерфейс , причем (по вполне понятным причинам острой конкуренции между фирмами-разработчиками) графические оболочки для всех ОС примерно одинаковы по возможностям. Подчас пользователю трудно сориентироваться, в какой именно ОС он работает, хотя для конечных пользователей (непрограммистов), по-видимому, такая унификация удобна.
Поддержка новых сетевых технологий и Web-технологий . Сети и Интернет активно развиваются. Появляются новые стандарты и протоколы – IPv6 , HTML 5 (для облачных вычислений) и т.д. Современные ОС развиваются в направлении поддержки всех новых сетевых технологий.
Усиленное внимание к механизмам безопасности и защиты . Во многом благодаря инициативе Trustworthy Computing , начатой фирмой Microsoft в 2002 г. (она подробно рассмотрена в предыдущих лекциях), а также ввиду все усиливающейся киберпреступности , все современные ОС уделяют повышенное внимание безопасности: при просмотре веб-страниц браузеры выполняют их проверку на отсутствие phishing ; загрузки и инсталляции программ из сети выполняются только с явного согласия пользователя и т.д.
Поддержка многопоточности и многоядерных процессоров . Ввиду широкого распространения многоядерных процессоров, все современные ОС имеют библиотеки программ, поддерживающие эту возможность аппаратуры. Именно благодаря многоядерной архитектуре, становится реально возможным параллельное выполнение потоков ( threads ).
Поддержка распределенных и параллельных вычислений . Современные ОС имеют в своем составе высокоуровневые библиотеки, позволяющие разрабатывать параллельные алгоритмы решения задач – например, поддерживающие стандарты параллелизма OpenMP и MPI .
Виртуализация ресурсов и аппаратуры . Современные ОС имеют в своем составе средства виртуализации , позволяющие выполнять приложения для других платформ в изолированных виртуальных машинах , в которые могут быть инсталлированы другие операционные системы.
Развитие файловых систем с целью защиты информации и значительного увеличения размера файлов (для мультимедиа ). Современные требования обработки мультимедийной информации приводят к тому, что старые файловые системы (например, FAT ) оказываются недостаточными для хранения мультимедийных файлов. Например, максимальный размер файла в системе FAT – 4 гигабайта – легко может быть превышен при переписи на компьютер цифровой видеопленки длительностью 10-15 минут. Поэтому разрабатываются новые файловые системы, допускающие хранение очень больших файлов, например, система ZFS в ОС Solaris. Другим требованием является обеспечение конфиденциальности информации , которое приводит к необходимости реализации в файловых системах возможности криптования (которая реализована, например, в файловой системе ZFS).
Поддержка облачных вычислений – совсем новая тенденция в развитии ОС, начало которой положила "облачная" ОС Windows Azure фирмы Microsoft (см. "ОС для облачных вычислений (cloud computing). Windows Azure").
Новые ОС семейства Windows
Приведем краткий обзор возможностей новых ОС семейства Windows , не нашедших подробного отражения в курсе.
Windows Vista имеет следующие новые возможности: новый стиль GUI ( Windows Aero); встроенный инструментарий . NET Framework 3.0, обеспечивающий исполнение управляемого кода . NET ; единую систему поиска информации WinFS; средства управления безопасностью приложений (в частности, запуск инсталляционных приложений только с явного согласия пользователя); подсистемы Windows Presentation Foundation ( поддержка современного развитого GUI ), Windows Communication Foundation ( поддержка современных коммуникационных технологий с помощью сервисов); Windows Workflow Foundation (также называемая CardSpace ) – поддержка аутентификации пользователей , планирования и организации работ .
Windows Server 2008 – наиболее современная серверная ОС семейства Windows . Она предоставляет: поддержку новой версии Интернет -протокола IPv6 ; улучшенную поддержку сетей; поддержку параллельного программирования; новый мощный командный процессор Windows PowerShell ; средства виртуализации и эмуляции приложений с помощью технологии Hyper-V .
Windows 7 - наиболее новая на данный момент (2010 г.) ОС серии Windows . Она предоставляет поддержку нового вида пользовательского интерфейса - multi-touch; средства кэширования Интернет -трафика (Branch cache ); уникальный набор фоновых рисунков рабочего стола для каждой страны; улучшенную поддержку драйверов устройств; более гибкие настройки безопасности и брандмауэра ; развитие GUI -интерфейса Aero, впервые реализованного в Windows Vista .
Новые тенденции в развитии ОС
Проект Midori. Midori - проект Microsoft Research, который начат в начале 2000-х гг. под названием Singularity . Midori – исследовательская ОС, реализованная на управляемом коде (managed code) являющемся основой платформы. NET и обеспечивающем полный контроль типов , безопасности и др., что значительно повышает надежность и безопасность кода . Однако до Midori разработчики ОС предпочитали менее надежные, но более эффективные способы реализации ОС на языках C и C++, так что, на наш взгляд, Midori – весьма смелый эксперимент. На управляемом коде в ОС Midori реализованы, в том числе, и ядро ОС, и драйверы устройств . Midori предоставляет эффективную поддержку распараллеливания, что особенно важно при современных тенденциях развития аппаратных платформ. Для повышения безопасности выполнения приложений Midori обеспечивает их защиту на основе исполнения каждого приложения в своей отдельной "песочнице" (sandbox) Одна из основных особенностей Midori – то, что она является Интернет-ориентированной ОС . В будущем не исключен переход развития ОС фирмы Microsoft с платформы Windows на новую платформу Midori.
Графические оболочки ОС
Как уже отмечалось, графическая оболочка имеется у каждой современной ОС. Графические оболочки ОС предоставляют следующие основные возможности.
Удобный графический пользовательский интерфейс .
Возможность выполнить любые системные настройки с помощью GUI . Следует, по нашему личному опыту, особо отметить в этом отношении графические оболочки ОС Linux.
Поддержка новых тенденций в развитии интерфейсов – multi-touch, Tablet PC и др.
Унификация графических оболочек для различных ОС . В разных операционных системах используются графические оболочки CDE , KDE, GNOME. Возможно, в ближайшем будущем их список расширится.
Отметим, что оболочки для разных ОС практически неотличимы (все они имеют, например, кнопку Start, папку My Documents и т.д.), что удобно для конечных пользователей, так как упрощает изучение рабочей среды.
К
омпьютер - это то устройство которое можно уже встретить практически в каждом доме. Универсальность устройства позволяет сделать с него как игрушку, так и инструмент для работы. Но мало кто задумывается, что основой для работы любого компьютера является операционная система, которая воедино связывает все его устройства и позволяет ими управлять. Издавна так сложилось что основной операционной системой для компьютер стала операционная система Windows от компании Microsoft.
Так как именно эта компания пошла на встречу пользователям и сделала систему с графическим интерфейсом, несмотря на конкурентов со стороны IBM — PS/2 и APPLE – MAC OS и других. Это позволило управлять компьютером при помощи мышки, что гораздо удобней нежели изучать команды которые нужно было вводить до этого в командную строку MS-DOS. На ряду с Microsoft компания Apple также развивала свою операционную систему которая чем то была схожей с Microsoft но устанавливалась только на компьютеры Macintosh которых было в разы меньше чем тех которые поддерживали Windows. На то время это были две компании с самыми известными операционными системами. Относительно экзотические для того времени ОС Unix и Linux которые на данный момент составляют большую конкуренцию предшественникам, в связи с их бесплатностью, но в тоже время сложностью управления. В нынешнее время на большинстве компьютеров на данный момент установлена система Windows к которой все так привыкли, но платформа Linux с её некоммерческим распространением начала потихоньку выживать старожилов с рынка. Чтобы понять почему это происходит разберемся в плюсах и минусах этих систем. Для начала возьмем Windows.
К плюсам отнесем: красивая графика, мощная поддержка, множество софта разрабатывается под эту платформу. К минусам: лицензия стоит немалых денег, практически весь софт также является лицензионным и также стоит кругленькую суму, подвергается атаке вирусов (что в свою очередь вынуждает покупать антивирусные программы которые лишним балластом висят в системе и отбирают полезные ресурсы компьютера).
Теперь посмотрим что предлагает нам Apple а именно ОС MacOS. Плюсы: красивая графическая среда, надежная в работе, не подвергается атаке вирусов. Минусы: устанавливается только на компьютеры Macontosh, программные средства ограничены количеством софта который также разрабатывается специально под эту платформу, все программное обеспечении как и сама ОС стоят немалых денег.
И на конец ОС Linux. Минусы: сложно интегрируется с программами разработанными под Windows, сложна в управлении и настройке. Плюсы: распространяется на бесплатной основе, написано множество бесплатного софта который не уступает другим подобным программам, не подвергается атакам вирусов, использует минимальны ресурсы компьютера, открытость системы.
Подводя итоги, хочется сказать, что какую вы бы не использовали операционную систему, самое главное, чтобы она ОС – для вас была удобная в использовании, понятная, красивая и в первую очередь нравилась вам самим. Хотя в последнее время пользователи начинают проявлять интерес к ОС Linux, что изменяет тенденции развития рынка, так как бесплатный софт всегда становиться популярней, чем платный. Не смотря на сложность перехода с одной системы на другую, ОС Linux начинает конкурировать с ОС Windows, в то время как Apple остается на своей неизменной позиции красивой и дорогой ОС. А некоторые хитрые граждане при выборе операционной системы чаще всего прибегают к экономии и покупают компьютеры без ОС или же с ОС Linux что значительно удешевляет покупку. Конечно после покупки, некоторые ставят себе ОС Windows - но 95% установленных систем пиратские. В сложившейся ситуации через некоторое время ОС Linux может занят позицию лидера среди коммерческих решений, но произойдет это не скоро, а может быть все совсем поменяется и появиться нечто новое и более интересное.
Но, так или иначе, Microsoft Windows остается самой востребованной операционной системой, что показывает небольшая статистика, отсчитанная по визитам посетителей на мой сайт за период от 21 сентября 2012г. – 19 марта 2013г.
Тенденции развития персональных компьютеров
На современном этапе развития операционных систем на передний план вышли средства обеспечения безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой компьютерами, а также с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных по сетям, особенно по публичным, таким как Интернет. Многие операционные системы обладают сегодня развитыми средствами защиты информации, основанными на шифрации данных, аутентификации и авторизации.
Современным операционным системам присуща многоплатформенностъ, то есть способность работать на совершенно различных типах компьютеров. Многие операционные системы имеют специальные версии для поддержки кластерных архитектур, обеспечивающих высокую производительность и отказоустойчивость. Исключением пока является ОС NetWare, все версии которой разработаны для платформы Intel, а реализации функций NetWare в виде оболочки для других ОС, например NetWare for AIX, успеха не имели.
В последние годы получила дальнейшее развитие долговременная тенденция повышения удобства работы человека с компьютером. Эффективность работы человека становится основным фактором, определяющим эффективность вычислительной системы в целом. Усилия человека не должны тратиться на настройку параметров вычислительного процесса, как это происходило в ОС предыдущих поколений. Например, в системах пакетной обработки для мэйнфреймов каждый пользователь должен был с помощью языка управления заданиями определить большое количество параметров, относящихся к организации вычислительных процессов в компьютере. Так, для системы OS/360 язык управления заданиями JCL предусматривал возможность определения пользователем более 40 параметров, среди которых были приоритет задания, требования к основной памяти, предельное время выполнения задания, перечень используемых устройств ввода-вывода и режимы их работы.
Современная операционная система берет на себя выполнение задачи выбора параметров операционной среды, используя для этой цели различные адаптивные алгоритмы. Например, тайм-ауты в коммуникационных протоколах часто определяются в зависимости от условий работы сети. Распределение оперативной памяти между процессами осуществляется автоматически с помощью механизмов виртуальной памяти в зависимости от активности этих процессов и информации о частоте использования ими той или иной страницы. Мгновенные приоритеты процессов определяются динамически в зависимости от предыстории, включающей, например, время нахождения процесса в очереди, процент использования выделенного кванта времени, интенсивность ввода-вывода и т. п. Даже в процессе установки большинство ОС предлагают режим выбора параметров по умолчанию, который гарантирует пусть не оптимальное, но всегда приемлемое качество работы систем.
Постоянно повышается удобство интерактивной работы с компьютером путем включения в операционную систему развитых графических интерфейсов, использующих наряду с графикой звук и видеоизображение. Это особенно важно для превращения компьютера в терминал новой публичной сети, так как для массового пользователя, терминал должен быть почти таким же понятным и удобным, как телефонный аппарат. Пользовательский интерфейс операционной системы становится все более интеллектуальным, направляя действия человека в типовых ситуациях и принимая за него рутинные решения.
Уровень удобств в использования ресурсов, которые сегодня предоставляют пользователям, администраторам и разработчикам приложений операционные системы изолированных компьютеров, для сетевых операционных систем является только заманчивой перспективой. Пока пользователи и администраторы сети тратят значительное время на попытки выяснить, где находится тот или иной ресурс, разработчики сетевых приложений прилагают много усилий для определения местоположения данных и программных модулей в сети. Операционные системы будущего должны обеспечить высокий уровень прозрачности сетевых ресурсов, взяв на себя задачу организации распределенных вычислений, превратив сеть в виртуальный компьютер. Именно этот смысл вкладывают в лаконичный лозунг «Сеть - это компьютер» специалисты компании Sun, но для превращения лозунга в жизнь разработчикам операционных систем нужно пройти еще немалый путь.
С учетом изложенных выше соображений представляется наиболее вероятным следующий вариант развития событий:
Первым на государственном уровне попытается избавиться от засилья Windows ™ Китай - он получит от этого больше всех выгод и у него для этого больше всего возможностей. Китай попытается внедрить или локализованый дистрибутив Linux, или попытается разработать проприетарную ОС на базе FreeBSD (или другой бесплатной ОС с BSD подобной лицензией) - Linux вероятнее, так как в последнее время развивается более активно .
Это будет происходить постепенно на протяжении 3-5 лет. Все органы государственной власти и тесно связанные с государством фирмы будут переводиться на национальный компьютер (национальный процессор + национальный дистрибутив Linux) в обязательном порядке. Параллельно будет формироваться большое количество локализованных версий прикладных программ и в образовательных учреждениях будет использоваться для обучения национальный Linux.
На основе опыта использования многих современных ОС, можно выделить следующие основные тенденции в их развитии.
Графические оболочки. Любая современная ОС имеет графический пользовательский интерфейс, причем (по вполне понятным причинам острой конкуренции между фирмами-разработчиками) графические оболочки для всех ОС примерно одинаковы по возможностям. Подчас пользователю трудно сориентироваться, в какой именно ОС он работает, хотя для конечных пользователей (непрограммистов), по-видимому, такая унификация удобна.
Поддержка новых сетевых технологий и Web-технологий. Сети и Интернет активно развиваются. Появляются новые стандарты и протоколы – IPv6, HTML 5 (для облачных вычислений) и т.д. Современные ОС развиваются в направлении поддержки всех новых сетевых технологий.
Усиленное внимание к механизмам безопасности и защиты. Во многом благодаря инициативе Trustworthy Computing, начатой фирмой Microsoft в 2002 г., а также ввиду все усиливающейся киберпреступности, все современные ОС уделяют повышенное внимание безопасности: при просмотре веб-страниц браузеры выполняют их проверку на отсутствие phishing (вид интернет-мошенничества); загрузки и инсталляции программ из сети выполняются только с явного согласия пользователя и т.д.
Поддержка многопоточности и многоядерных процессоров. Ввиду широкого распространения многоядерных процессоров, все современные ОС имеют библиотеки программ, поддерживающие эту возможность аппаратуры. Именно благодаря многоядерной архитектуре, становится реально возможным параллельное выполнение потоков (threads).
Поддержка распределенных и параллельных вычислений. Современные ОС имеют в своем составе высокоуровневые библиотеки, позволяющие разрабатывать параллельные алгоритмы решения задач – например, поддерживающие стандарты параллелизма OpenMP и MPI.
Виртуализация ресурсов и аппаратуры. Современные ОС имеют в своем составе средства виртуализации, позволяющие выполнять приложения для других платформ в изолированных виртуальных машинах, в которые могут быть инсталлированы другие операционные системы .
Развитие файловых систем с целью защиты информации и значительного увеличения размера файлов (для мультимедиа). Современные требования обработки мультимедийной информации приводят к тому, что старые файловые системы (например, FAT) оказываются недостаточными для хранения мультимедийных файлов. Например, максимальный размер файла в системе FAT – 4 гигабайта – легко может быть превышен при переписи на компьютер цифровой видеопленки длительностью 10-15 минут. Поэтому разрабатываются новые файловые системы, допускающие хранение очень больших файлов, например, система ZFS в ОС Solaris. Другим требованием является обеспечение конфиденциальности информации, которое приводит к необходимости реализации в файловых системах возможности криптования (которая реализована, например, в файловой системе ZFS) .
Поддержка облачных вычислений – совсем новая тенденция в развитии ОС .
Таким образом, можно сделать вывод, что в настоящее время наблюдаются следующие перспективы развития ОС:
Тенденция к интеграции ОС (не только на уровне графических оболочек, но и на уровне общего ядра); развитие семейств ОС на основе модулей общего кода;
Значительное повышение надежности, безопасности и отказоустойчивости ОС; разработка ОС на управляемом коде или его аналогах.
Дальнейшая тенденция к проектам по ОС с открытым кодом; это вполне понятно, так как фирмам-разработчикам необходимы новые идеи, что является отличной возможностью проявить себя для молодых программистов.
Развитие виртуализации: Необходимо обеспечить возможность выполнить или эмулировать любое приложение в среде любой современной ОС.
Дальнейшее сближение по возможностям ОС для настольных компьютеров и ОС для мобильных устройств.
Дальнейшая интеграция ОС и сетей.
Перенос ОС в среды для облачных вычислений.
Thumbnails Document Outline Attachments
Previous Next
Presentation Mode Open Print Download Go to First Page Go to Last Page Rotate Clockwise Rotate Counterclockwise Enable hand tool More Information Less Information
Enter the password to open this PDF file:
Cancel OK
File name:
File size:
Title:
Subject:
Keywords:
Creation Date:
Modification Date:
Creator:
PDF Producer:
PDF Version:
Page Count:
Close
Preparing document for printing...
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт нефти и газа Кафедра геофизики РЕФЕРАТ Современные операционные системы. Назначения, состав и функции. Перспективы развития. Преподаватель Е.Д. Агафонов подпись, дата Студент НГ15-04 081509919 И.О. Старостин подпись, дата Красноярск 2016
СОДЕРЖАНИЕ Введение 1 Назначение операционных систем 1.1 Понятие об операционной системе 1.2 Взаимодействие пользователя с компьютером 1.3 Использование ресурсов 1.4 Облегчение процессов вычислительной системы 1.5 Возможность развития 2 Функции операционной системы 2.1 Управление процессами 2.2 Управление памятью 2.3 Защита памяти 2.4 Управление файлами 2.5 Управление внешними устройствами 2.6 Защита данных и администрирование 2.7 Интерфейс прикладного программирования 2.8 Пользовательский интерфейс 3 Состав операционной системы 3.1 Ядро 3.2 Командный процессор 3.3 Драйверы устройств 3.4 Утилиты 3.5 Справочная система 4 Перспективы развития Заключение Список сокращений Список использованных источников 2 3 4 4 4 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 9 9 9 9 9 10 10 10 11 12 13 14
ВВЕДЕНИЕ В эпоху бурного развития компьютерных технологий, удивительных открытий, мгновенной передачи информации в любую точку планеты, мы совсем не испытываем дискомфорта при "общении" с техникой. Благодаря чему мы с такой легкостью можем обращаться с технологиями, устройство которых загадка для большинства людей? Есть ли ограничения или наоборот, огромные перспективы? Целью работы является знакомство с основными понятиями, описывающими принцип работы современных вычислительных устройств за счет операционных систем. Задачи работы: - ознакомиться с назначением операционных систем; - изучить возможности и функционал современных ОС; - подробно изучить строение операционных систем; - дать приблизительную оценку перспектив в развитии индустрии. 3
1 Назначение операционных систем В наше время существует огромное множество типов операционных систем, имеющих различные области применения. В таких условиях можно выделить четыре основных критерия, описывающих назначение ОС. 1.1 Понятие об операционной системе Операционная система (ОС) - комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами вычислительного устройства. Благодаря этим программам происходит организация взаимодействия с пользователем. Управление памятью, процессами, и всем программным и аппаратным обеспечением устраняет необходимость работы непосредственно с дисками и предоставляет простой, ориентированный на работу с файлами интерфейс, скрывает множество неприятной работы с прерываниями, счетчиками времени, организацией памяти и другими компонентами. 1.2 Взаимодействие пользователя с компьютером Организация удобного интерфейса, позволяющая пользователю взаимодействовать с аппаратурой компьютера за счет некой расширенной виртуальной машины, с которой удобнее работать и которую легче программировать. Вот перечень основных сервисов, предоставляемых типичными операционными системами. Разработка программ, где ОС представляет программисту разнообразные инструменты разработки приложений: редакторы, отладчики и т.п. Ему не обязательно знать, как функционируют различные электронные и электромеханические узлы и устройства компьютера. Часто пользователь может обойтись только мощными высокоуровневыми функциями, которые представляет ОС. Также, для запуска программы нужно выполнить ряд действий: загрузить в основную память программу и данные, инициализировать устройства вводавывода и файлы, подготовить другие ресурсы. ОС выполняет всю эту работу вместо пользователя. ОС дает доступ к устройствам ввода-вывода. Каждое устройство требует свой набор команд для запуска. ОС предоставляет пользователю единообразный интерфейс, который опускает все детали и дает программисту доступ к устройствам ввода-вывода через простейшие команды чтения и записи. При работе с файлами управление со стороны ОС предполагает не только глубокий учет природы устройства ввода-вывода, но и знание структур данных, записанных в файлах. Многопользовательские ОС, кроме того, обеспечивают механизм защиты при обращении к файлам. ОС управляет доступом к совместно используемой или общедоступной вычислительной системе в целом, а также к отдельным системным ресурсам. Она обеспечивает защиту ресурсов и данных от несанкционированного использования и разрешает конфликтные ситуации. 4
Обнаружение ошибок и их обработка - это еще один очень важный момент в назначении ОС. При работе компьютерной системы могут происходить разнообразные сбои за счет внутренних и внешних ошибок в аппаратном обеспечении, различного рода программных ошибок (переполнение, попытка обращения к ячейке памяти, доступ к которой запрещен и др.). В каждом случае ОС выполняет действия, минимизирующие влияние ошибки на работу приложения (от простого сообщения об ошибке до аварийной остановки программы). И, наконец, учет использования ресурсов. ОС имеет средства учета использования различных ресурсов и отображения параметров производительности вычислительной системы. Эта информация важна для настройки (оптимизации) вычислительной системы с целью повышения ее производительности. 1.3 Использование ресурсов Организация эффективного использования ресурсов компьютера. ОС также является своеобразным диспетчером ресурсов компьютера. К числу основных ресурсов современных вычислительных систем относятся основная память, процессоры, таймеры, наборы данных, диски, накопители на МЛ, принтеры, сетевые устройства, и др. Перечисленные ресурсы определяются операционной системой между выполняемыми программами. В отличие от программы, которая является статическим объектом, выполняемая программа – это динамический объект, который называется процессом и является базовым понятием современных ОС. Управление ресурсами вычислительной системы с целью наиболее эффективного их использования является вторым назначением операционной системы. Критерии эффективности, в соответствии с которыми ОС организует управление ресурсами компьютера, могут быть различными. Например, в одном случае наиболее важным является пропускная способность вычислительной систем, в другом – время ее реакции. Зачастую ОС должны удовлетворять нескольким, противоречащим друг другу критериям, что доставляет разработчикам серьезные трудности. Управление ресурсами включает решение ряда общих, не зависящих от типа ресурса задач. Планирование ресурса – определение процесса, для которого необходимо выделить ресурс. Здесь предопределяется, когда и в каком качестве должен выделиться данный ресурс. Удовлетворение запросов на ресурсы – выделение ресурсов процессам; мониторинг состояния и учет использования ресурса – поддержание оперативной информации о задействовании ресурса и использовании его доли. Разрешение конфликтов между процессами, претендующими на один и тот же ресурс. Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы, что в итоге и определяет облик ОС в целом, включая характеристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс. 1.4 Облегчение процессов вычислительной системы 5
Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы. Ряд операционных систем имеет в своем составе наборы служебных программ, обеспечивающие резервное копирование, архивацию данных, проверку, очистку и дефрагментацию дисковых устройств и др. Кроме того, современные ОС имеют достаточно большой набор средств и способов диагностики и восстановления работоспособности системы. Сюда относятся: - диагностические программы для выявления ошибок в конфигурации операционной системы; - средства восстановления последней работоспособной конфигурации; - средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др. 1.5 Возможность развития Современные ОС организуются таким образом, что допускают эффективную разработку, тестирование и внедрение новых системных функций, не прерывая процесса нормального функционирования вычислительной системы. Большинство операционных систем постоянно развиваются (нагляден пример Windows). Происходит это в силу следующих причин. Для удовлетворения пользователей или нужд системных администраторов ОС должны постоянно предоставлять новые возможности. Например, может потребоваться добавить новые инструменты для контроля или оценки производительности, новые средства ввода-вывода данных (речевой ввод). Другой пример – поддержка новых приложений, использующих окна на экране дисплея. В каждой ОС есть ошибки. Время от времени они обнаруживаются и исправляются. Отсюда постоянные появления новых версий и редакций ОС. Необходимость регулярных изменений накладывает определенные требования на организацию операционных систем. Очевидно, что эти системы должны иметь модульную структуру с четко определенными межмодульными связями. Важную роль играет хорошая и полная документированность системы. 2 Функции операционной системы Функции ОС обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Совокупности модулей, выполняющих такие группы функций, образуют подсистемы операционной системы. Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для всех ресурсов, являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования. 6
2.1 Управление процессами Подсистема управления процессами непосредственно влияет на функционирование вычислительной системы. Для каждой выполняемой программы ОС организует один или более процессов. Каждый такой процесс представляется в ОС информационной структурой (таблицей, дескриптором, контекстом процессора), содержащей данные о потребностях процесса в ресурсах, а также о фактически выделенных ему ресурсах (область оперативной памяти, количество процессорного времени, файлы, устройства ввода-вывода и др.). В современных мультипрограммных ОС может существовать одновременно несколько процессов, порожденных по инициативе пользователей и их приложений, а также инициированных ОС для выполнения своих функций (системные процессы). Поскольку процессы могут одновременно претендовать на одни и те же ресурсы, подсистема управления процессами планирует очередность выполнения процессов, обеспечивает их необходимыми ресурсами, обеспечивает взаимодействие и синхронизацию процессов. 2.2 Управление памятью Подсистема управления памятью производит распределение физической памяти между всеми существующими в системе процессами, загрузку и удаление программных кодов и данных процессов в отведенные им области памяти, а также защиту областей памяти каждого процесса. Стратегия управления памятью складывается из стратегий выборки, размещения и замещения блока программы или данных в основной памяти. Соответственно используются различные алгоритмы, определяющие, когда загрузить очередной блок в память, в какое место памяти его поместить и какой блок программы или данных удалить из основной памяти, чтобы освободить место для размещения новых блоков. Одним из наиболее популярных способов управления памятью в современных ОС является виртуальная память. Реализация механизма виртуальной памяти позволяет программисту считать, что в его распоряжении имеется однородная оперативная память, объем которой ограничивается только возможностями адресации, предоставляемыми системой программирования. 2.3 Защита памяти Нарушения защиты памяти связаны с обращениями процессов к участкам памяти, выделенной другим процессам прикладных программ или программ самой ОС. Средства защиты памяти должны пресекать такие попытки доступа путем аварийного завершения программы-нарушителя. 2.4 Управление файлами Функции управления файлами сосредоточены в файловой системе ОС. Операционная система виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла – простой неструктурированной 7
последовательности байтов, имеющих символьное имя. Для удобства работы с данными файлы группируются в каталоги, которые, в свою очередь, образуют группы – каталоги более высокого уровня. Файловая система преобразует символьные имена файлов, с которыми работает пользователь или программист, в физические адреса данных на дисках, организует совместный доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа. 2.5 Управление внешними устройствами Функции управления внешними устройствами возлагаются на подсистему управления внешними устройствами, называемую также подсистемой вводавывода. Она является интерфейсом между ядром компьютера и всеми подключенными к нему устройствами. Спектр этих устройств очень обширен (принтеры, сканеры, мониторы, модемы, манипуляторы, сетевые адаптеры, АЦП разного рода и др.), сотни моделей этих устройств отличаются набором и последовательностью команд, используемых для обмена информацией с процессором и другими деталями. Программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учитывающая все его особенности, называется драйвером. Наличие большого количества подходящих драйверов во многом определяет успех ОС на рынке. Созданием драйверов занимаются как разработчики ОС, так и компании, выпускающие внешние устройства. ОС должна поддерживать четко определенный интерфейс между драйверами и остальными частями ОС. Тогда разработчики компаний-производителей устройств ввода-вывода могут поставлять вместе со своими устройствами драйверы для конкретной операционной системы. 2.6 Защита данных и администрирование Безопасность данных вычислительной системы обеспечивается средствами отказоустойчивости ОС, направленными на защиту от сбоев и отказов аппаратуры и ошибок программного обеспечения, а также средствами защиты от несанкционированного доступа. Для каждого пользователя системы обязательна процедура логического входа, в процессе которой ОС убеждается, что в систему входит пользователь, разрешенный административной службой. Корпорация Microsoft, например, в своем последнем продукте Windows 10 предлагает пользователю вход в систему через распознавание внешности. Это должно повысить безопасность и сделать вход в систему быстрее. А вот Google обещает нам в новой версии своей ОС для смартфонов Android 6.0 доступ к устройству и подтверждение покупок через сканер отпечатка пальца, если для того пригодно устройство. Администратор вычислительной системы определяет и ограничивает возможности пользователей в выполнении тех или иных действий, т.е. определяет их права по обращению и использованию ресурсов системы. Важным средством защиты являются функции аудита ОС, заключающегося в фиксации всех событий, от которых зависит безопасность системы. Поддержка отказоустойчивости вычислительной системы реализуется на основе 8
резервирования (дисковые RAID-массивы, резервные принтеры и другие устройства, иногда резервирование центральных процессоров, в ранних ОС – дуальные и дуплексные системы, системы с мажоритарным органом и др.). Вообще обеспечение отказоустойчивости системы – одна из важнейших обязанностей системного администратора, который для этого использует ряд специальных средств и инструментов. 2.7 Интерфейс прикладного программирования Прикладные программисты используют в своих приложениях обращения к операционной системе, когда для выполнения тех или иных действий им требуется особый статус, которым обладает только ОС. Возможности операционной системы доступны программисту в виде набора функций, который называется интерфейсом прикладного программирования (Application Programming Interface, API). Приложения обращаются к функциям API с помощью системных вызовов. Способ, которым приложение получает услуги операционной системы, очень похож на вызов подпрограмм. Способ реализации системных вызовов зависит от структурной организации ОС, особенностей аппаратной платформы и языка программирования. В ОС UNIX системные вызовы почти идентичны библиотечным процедурам. 2.8 Пользовательский интерфейс ОС обеспечивает удобный интерфейс не только для прикладных программ, но и для пользователя (программиста, администратора, пользователя). На данный момент производители предлагают нам множество функций, призванных облегчить нашу работу с устройствами и сэкономить время. В качестве примера я опять хочу привести Windows 10. Microsoft помогает пользователю обеспечить беспрепятственную работу всех его устройств (естественно от Microsoft) , за счет общей ОС. Тут и мгновенная передача данных с одного устройства на другое, и общие уведомления, которые с такой функцией никак не пропустишь. "Эффективная, организованная работа" – это практически слоган для каждого производителя ОС. Работа с заметками прямо на веб-страницах, новые многооконные режимы, несколько рабочих столов – все это мы видим уже как несколько лет, а у разработчиков еще много идей. 3 Состав операционной системы Современные операционные системы имеют сложную структуру, состоящую из множества элементов, где каждый из них выполняет определенные функции по управлению процессами и распределению ресурсов. 3.1 Ядро 9
Ядро ОС – центральная часть операционной системы, обеспечивающая приложениям координированный доступ к файловой системе, и обмену файлами между ПУ. 3.2 Командный процессор Программный модуль ОС, ответственный за чтение отдельных команд или же последовательности команд из командного файла, иногда называют командным интерпретатором. 3.3 Драйверы устройств К магистрали компьютера подключаются различные устройства (дисководы, монитор, клавиатура, мышь, принтер и др.). Каждое устройство выполняет определенную функцию, при этом техническая реализация устройств существенно различается. В состав операционной системы входят драйверы устройств, специальные программы, которые обеспечивают управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами, а также позволяют производить настройку некоторых параметров устройств. Каждому устройству соответствует свой драйвер. 3.4 Утилиты Дополнительные сервисные программы (утилиты) – вспомогательные компьютерные программы в составе общего программного обеспечения, делающие удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером. 3.5 Справочная система Для удобства пользователя в состав операционной системы обычно входит также справочная система. Справочная система позволяет оперативно получить необходимую информацию как о функционировании операционной системы в целом, так и о работе ее отдельных модулей. 4 Перспективы развития В настоящее время наблюдается значительное повышение надежности, безопасности и отказоустойчивости ОС; сближение по возможностям ОС для настольных компьютеров и ОС для мобильных устройств. Тенденция к проектам по ОС с открытым кодом – это очень выгодное направление в развитии ОС, так как фирмам-разработчикам необходимы новые идеи, которые им могут предложить молодые программисты. 10
Огромное значение имеет спрос на корпоративные операционные системы, для которых характерны высокая степень масштабируемости, поддержка сетевой работы, развитые средства обеспечения безопасности, способность работать в гетерогенной среде, наличие средств централизованного администрирования и управления. Здесь то и требуется возможность обработки огромного объема данных. Кто-то делает ставку на облачные хранилища, и прогнозирует "вымирание" ОС вовсе. Даже при том, что мы пользуемся облаками, такая перспектива не кажется возможной в ближайшие годы. Я наблюдаю стремление разработчиков к повышению производительности за счет более разумного использования ресурсов (Windows 10 запускается на 28% быстрее, нежели Windows 7), надежности и удобства в использовании. Будь то голосовое управление или различные уникальные нововведения в интерфейс для более дружелюбного взаимодействия. 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Как мы смогли понять, операционные системы играю колоссальную роль во взаимосвязи пользователя и железа. Самым главным является то, что прогресс не стоит на месте, с каждым днем разрабатываются все более мощные машины, объем обрабатываемых данных растет, вместе с этим также развиваются и совершенствуются ОС, появляются новые идеи для более удобного и эффективного применения накопленных знаний. ОС по своему функционалу двигаются в сторону обеспечения интуитивного взаимодействия пользователя и устройства. 12
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АЦП – аналого-цифровой преобразователь; ОС – операционная система; ПУ – периферийное устройство. 13
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Назаров, С. В. Современные операционные системы: учебное пособие / С. В. Назаров, А. И. Широков. - Москва: Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2012. - 367 с. 2 Грошев, С. Основные понятия ОС [Электронный ресурс] : Наука и образование / МГТУ им. Н.Э. Баумана - Электрон. журн. - Москва: ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана" 2015. - Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/48639.html 3 Перспективы операционных систем и сетей [Электронный ресурс] : национальный открытый университет «ИНТУИТ». - Москва: 2015 - Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/641/497/lecture/11328 4 Архитектура, назначение и функции операционных систем [Электронный ресурс] : Лекция 1 / Национальный открытый университет «ИНТУИТ» - Москва, 2015. - Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/631/487/lecture/11048 5 Даровский, Н. Н. Перспективы развития операционных систем [Электронный ресурс] / Н. Н. Даровский // интернет-портал Web-3. - 2015. - Режим доступа: http://system.web-3.ru/windows/?act=full&id_article=12055 6 Компоненты Windows 10 [Электронный ресурс] : официальный сайт разработчика / Microsoft Corporation - 2016. - Режим доступа: https://www.microsoft.com/ru-ru/windows/features?section=familiar 7 Android 6.0 Marshmallow [Электронный ресурс] : официальный сайт разработчика / Google Corp. - 2016. - Режим доступа: https://www.android.com/intl/ru_ru/versions/marshmallow-6-0/ 14
· Тенденция к интеграции ОС (не только на уровне графических
оболочек, но и на уровне общего ядра); развитие семейств
· ОС на основе модулей общего кода
· Значительное повышение надежности, безопасности и
отказоустойчивости ОС; разработка ОС на управляемом коде
или его аналогах
· Дальнейшая тенденция к проектам по ОС с открытым кодом
(необходимы новые идеи – отличная возможность для
молодых программистов)
· Развитие виртуализации: Необходимо обеспечить
возможность выполнить или эмулировать любое
приложение в среде любой современной ОС
· Дальнейшее сближение по возможностям ОС для
настольных компьютеров и ОС для мобильных устройств
· Дальнейшая интеграция ОС и сетей
· Перенос ОС и базовых инструментов в среды для
облачных вычислений
· ОС остаются активно развивающимся направлением,
одним из наиболее интересных в области системного
программирования
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Понятие операционная система. Назначение. Основные характеристики и классификация
Понятие операционная система назначение основные характеристики и классификация.. архитектура ms dos ядро системы загрузка системы и дополнительных драйверов.. модель состояний процессов в unix svr..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Эволюция операционных систем. Пути развития современных ОС
Первый период (1945 -1955)
Первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программир
Концепция управления процессами
В многозадачной (многопроцессной) системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний:
ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми не
Понятие потока. Потоки на пользовательском уровне и на уровне ядра. Комбинированные подходы
Каждому процессу соответствует адресное пространство и одиночный поток исполняемых команд. В многопользовательских системах, при каждом обращении к одному и тому же сервису, приходится создавать но
Уровневая модель операционной системы
Модель OSI
1. физический уровень
2. канальный уровень
3. сетевой уровень
4. транспортынй уровень
5. сеансовый уровень
6. уровень представления
Монолитное ядро
Монолитное ядро предоставляет богатый набор абстракций оборудования. Все части монолитного ядра работают в одном адресном пространстве. Это такая схема операционной системы, при которой все компоне
Микроядро
Микроядро предоставляет только элементарные функции управления процессами и минимальный набор абстракций для работы с оборудованием. Бо́льшая часть работы осуществляется с помощью специальных
Понятие процесса. Создание и завершение. Модель 3-х состояний
Причины создания процессов
Причины завершения процессов
Понятие потока. Состояния потоков
Поток – единица выполнения. Это сущность внутри процесса, подлежащая планированию. Это отдельный счётчик команд. Поток отображает одну из возможно многих подзадач процесса.
Поток может нах
Понятие потока. Характеристики потоков. Многопоточность как свойство операционной системы
Поток – единица выполнения. Это сущность внутри процесса, подлежащая планированию. Это отдельный счётчик команд. Поток отображает одну из возможно многих подзадач процесса.
Многопоточность
Понятие процесса
Процесс – система действия, реализующая определённую функцию в вычислительной системе. Это логическая единица работы ОС. ОС выполняет решение задач, связанных с процессами, таких как управление, пл
Типы адресов и адресных пространств
Для идентификации переменных и команд на разных этапах жизненного цикла программы используются разные имена:
· Символьные имена присваивает пользователь при написании программы на алгоритм
Логическая организация
Фактически всегда основная память в компьютерной системе организована как линейное (одномерное) адресное пространство, состоящее из последовательности байтов или слов. Аналогично организована и вто
Особенности архитектуры «клиет-сервер» для ОС(системы с микроядром) и для среды
В определенной степени ее можно назвать возвратом к модели "хост-компьютер+терминалы", так как ядром такой системы является сервер баз данных, представляющий собой приложение, осуществляю
Понятие виртуальной памяти как функции операционных систем. Организация и принципы работы
Виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная памят
Ввод/вывод
Основная идея организации программного обеспечения ввода-вывода состоит в разбиении его на несколько уровней, причем нижние уровни обеспечивают экранирование особенностей аппаратуры от верхних, а т
Защита памяти
Защита памяти (англ. Memoryprotection) - способ управления правами доступа к отдельным регионам памяти. Используется большинством многозадачных операционных систем. Основной целью защиты памяти явл