Основные задачи ОС. Назначение и функции.

Основные функции ОС:

1)Обмен данными между компьютером и периферийными устройствами (клавиатурой, принтером, модемом, сканером и т.д.). Такой обмен данными называется "ввод/вывод" данных.

2)Обеспечение системы организации и хранения файлов.

3)Загрузка программ в память и обеспечение их выполнения.

Назначение ОС:
ОС предназначена для решения следующих задач:

- обслуживания аппаратуры компьютера;
- создания рабочей среды и интерфейса пользователя;
- выполнения команд пользователя и программных инструкций;
- организации ввода/вывода, хранения информации и управления файлами и данными.

Основные понятия, концепции ОС

В процессе эволюции возникло несколько важных понятий, концепций, которые стали неотъемлемой частью теории и практики ОС. ^ Системные вызовы. В любой ОС существует механизм для обращения пользовательских программ у услугам ядра ОС.Системные вызовы – это интерфейс между ОС и пользовательской программой. Они создают, удаляют и используют различные объекты, главные из которых процессы и файлы. Программа запрашивает услуги ОС, осуществляя системный вызов Существуют библиотеки процедур, которые передают управление обработчику данного вызова, входящего в состав ядра ОС. Цель этих библиотек - сделать системный вызов похожим на обычный вызов подпрограмм. При системном вызове задача переходит в защищенный режим или режим ядра, поэтому системные вызовы называются программным прерыванием, в отличие от аппаратных. Обычно системный вызов осуществляется компьютерной программой прерывания INT. Прогр. прерывание - синхронное событие.

Прерывания. Прерывание – (событие) сигнал, генерируемый внешним устройством для немедленной реакции ЦП на событие(нажатие клавиши), либо для извещения о завершении асинхронной операции ввода/вывода. (конец чтения данных с магнитного диска в ОЗУ).

Каждый тип аппаратных прерываний имеет номер однозначно определяющий источник прерываний. Аппаратное прерывание – асинхронное событие, т.е. оно возникает вне зависимости от кода программы.

^ Исключительные ситуации. Исключительная ситуация – exception – это событие, возникающее при выполнении программной команды, которая по каким-то причинам не может быть выполнена до конца. Исключительная ситуация – синхронное событие. Исключительные ситуации бывают исправимые и неисправимые. Возникновение первых является нормальным явлением. Неисправимые исключительные ситуации возникают в результате ошибок в программе. В этих случаях ОС завершает выполнение такой программы.

Файлы. Файлы предназначены для хранения информации на внешних носителях, т.е. принято, что информация должна находится внутри файла. Под файлом понимают именованную часть пространства на носителе информации. Главная задача файловой системы скрыть особенности ввода/вывода и дать абстрактную модель файлов независимо от устройства.

С организацией файловой системы связаны такие понятия как каталог, текущий каталог, корневой каталог и путь.

Для манипулирования этими объектами в ОС имеются системные вызовы.

^ Процессы. Нити. Под процессом понимается экземпляр выполняющийся в ОС задачи со всеми ее данными. Понятие процессов как основных динамических объектов, над которыми системы выполняют опер-е действия явл-ся фундаментальными понятиями д/изучения работы ОС. Термины «прога» и «задание» предназначены д/описания статически неактивных объектов. Прога динамически активна. Д/выполнения проги ОС должна выделить определённое кол-во опер. памяти. Вместо терминов «прога» и «задание» используется термин «процесс». Понятие процесса хар-ет нелин-ую сов-ть набора исполняющих команд, связанных с ним ресурсов (выделенная д/исполнения память или адресное прост-во в стеке, использ-е файлы, устр. вв/выв и т.д.) и текущего момента его выполнения (значение регистра программного счётчика, сост-е стека и значение переменных),находящихся под управлением ОС. Не сущ-ет взаимнооднозначного соответствия м/у процессами и прогами, выполняемыми вычислительной системой.

В некот. ОС д/опред-я прог можно организовываться один, более одного процесса или один и тот же процесс м. послед-но исполнять неск. прог. Более того, процесс нах-ся под управлением ОС, поэтому в нём и выпол-ся часть кода её ядра (не нах-ся в исполнительном файле). Это происходит в случае специально запланированных прог-ми (напр., при исполнении сист-х вызовов), так и в непредусмотренных ситуациях(напр., при обраб-ке внеш. прерываний)

Была введена такая абстракция внутри понятия процесса – нить исполнения. Нити процесса разделяют его программный код, глобальные переменные и системные ресурсы, но каждая нить имеет свой собственный программный счетчик, свое содержимое регистров и свой стек.

Теперь процесс представляется как совокупность взаимодействующих нитей и выделенных ему ресурсов. Процесс, содержащий всего одну нить исполнения, идентичен процессу в традиционном смысле. Иногда нити называют облегченными процессами или мини процессами, т.к. во многих отношениях они подобны традиционным процессам.

Архитектура ОС

Монолитная архитектура ОС

Монолитная архитектура самостоятельно реализует все фун-ии ОС(традиционное ядро)

достоинства: быстродействие, устойчивость к сбоям\

недостатки: Громоздкость, Сложность изменении конфигурации ОС

Монолитную организацию имели самые первые версии операционных систем. При монолитной организации, операционная система не имеет какой-либо явно выраженной внутренней структуры. Это просто набор процедур, вызываемых друг другом или пользователем, и использующих общие глобальные данные.