Назначение и функции операционных систем. История их развития.

Операционная система (ОС) компьютера представляет собой комплексвзаимосвязанных программ, который действует как интерфейс междуприложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой с др.стороны. В соответствии с этим определением ОС выполняет две группыфункций:

• предоставление пользователю или программисту вместо реальнойаппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которойудобней работать и которую легче программировать;

• повышение эффективности использования компьютера путемрационального управления его ресурсами в соответствии с некоторымикритерием.

К числу основных ресурсов современных вычислительных сис-мм.б. отнесены такие ресурсы, как процессоры, основная память,таймеры, наборы данных, различного вида накопители инфо,принтеры, сетевые устройства и некоторые др. Ресурсы распределяютсямежду процессорами. Процесс (задача) представляет собой базовые понятиебольшинства современных ОС и часто кратко определяется как программа встадии выполнения. Программа – это статический объект, представляющийсобой файл с кодами и данными. Процесс – это динамический объект,кот.возникает в операционной системе после того, как пользователь илисама операционная система решает "запустить программу на выполнение", т.е. создать новую единицу вычислительной работы.

Управление ресурсами включает решение следующих общих, независящих от типа ресурса задач:

• планирование ресурса – то есть определение, какому процессу, когда и вкаком количестве (если ресурс может выделятся частями) следуетвыделить данный ресурс;

• удовлетворение запросов на ресурсы;

• отслеживание состояния и учет использования ресурса – т.е. поддержание оперативной инфо о том, занят или свободен ресурс икакая доля ресурса уже распределена;

• разрешение конфликтов между процессами.

Наиболее важными подсистемами управлениями ресурсами являютсяподсистемы управления процессами, управление памятью, управлениефайлами и внешними устройствами, а также общие подсистемыпользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.

Управление процессами. Важнейшей частью ОС является подсистемауправления процессами. Для каждого процесса ОС генерирует системнуюинфо о потребностях в ресурсах, а также о фактически выделенныхресурсах.

Важной задачей ОС является защита ресурсов, выделенных одномупроцессу, от остальных процессов.

Управление памятью. Процесс может выполнятся только в томслучае, если его коды и данные (не обязательно все) находятся в оперативнойпамяти.

Одним из наиболее популярных способов управления памятьюявляется виртуальная память. Наличие механизма виртуальной памяти позволяет программиступисать программы так, как будто в его распоряжении имеется оперативнаяпамять большого объема, часто существенно превышающего объемимеющейся физической памяти. При размещении такой программы в памятиподсистема виртуальной памяти производит трансляцию виртуальныхадресов, в физические.

Защита памяти – это способность предохранять выполняемую задачуот ошибочного обращения к памяти, назначенной другим.

Управление файлами и внешними устройствами. ОС "экранирует"сложность реальной аппаратуры от программиста. Особенно ярко этопроявляется в файловой системе. ОС организует представление о данных,хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла – неструктурированнойпоследовательности байтов, имеющей символьное имя. Для удобства работыфайлы группируются в каталоги. Пользователь может с помощью ОСвыполнять поиск файла по имени, удаление, вывод, измен-е и сохранение.

Файловая система выполняет преобразование символьных имен файлов, вфизические адреса на диске (цилиндр, поверхность, сектор). При выполнении своих функций файловая система тесновзаимодействует с подсистемой управления внешними устройствами (частоназывается подсистемой ввода-вывода).

Защита данных и администрирование. Безопасность данныхвычислительной сис-мы обеспечивается средствами отказоустойчивостиОС, направленными на защиту от сбоев отказов аппаратуры и ошибокпрограммного обеспечения, а также средствами защиты отнесанкционированного доступа. В последнем случае ОС защищает данные от

ошибочного или злонамеренного поведения пользователя системы. Функциизащиты ОС тесно связаны с функциями администрирования, т.к. именно администратор определяет права пользователей при их обращение к разнымресурсам системы – файлам, каталогам, принтерам, сканерам и т. п.Важным средством защиты данных являются функции аудита ОС,заключающиеся в фиксации всех событий, от кот. зависит безопасностьсистемы. Например, попытки неудачного входа.Поддержка отказоустойчивости реализуется ОС на основе, какправило, на основе резервирования.

Интерфейс прикладного программирования. Прикладныепрограммисты используют в своих приложениях обращения к ОС, когда длявыполнения тех или иных действий им требуется особый статус, которымобладает только ОС.

Возможности ОС доступны прикладному программисту в виде наборафункций, называющегося интерфейсом прикладного программирования

Сетевые и распределенные ОС. В зависимости от того, какойвиртуальный образ создает ОС для того, чтобы подменить им реальнуюаппаратуру, различаются сетевые и распределенные ОС.

Сетевая ОС не полностью скрывает распределенную природу сети, тоесть является виртуальной сетью. Работая в сетевой ОС, пользователь хотя иможет запустить задание на любой машине, всегда знает, на какой машиневыполняется его задание. По умолчанию задание выполняется на тоймашине, на которой пользователь сделал логический вход. Часто под сетевойОС понимается набор ОС отдельных компьютеров сети.

К основным функциональным компонентам сетевой ОС относятсясредства управления локальными ресурсами и сетевые средства

ИСТОРИЯ

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—1960-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.