Назначение и виды операционных систем ЭВМ

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………….3

Операционные системы: понятие  и назначение……………………………….4

Классификация операционных систем………………………………………...6

Заключение……………………………………………………………………...16

Список литературы…………………………………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Как известно, процесс проникновения  информационных технологий практически  во все сферы человеческой деятельности продолжает развиваться и углубляться. Помимо уже привычных и широко распространенных персональных компьютеров, общее число которых достигло многих сотен миллионов, становится все больше и встроенных средств  вычислительной техники. Пользователей  всей этой разнообразной вычислительной техники становится все больше, причем наблюдается развитие двух вроде  бы противоположных тенденций. С  одной стороны, информационные технологии все усложняются, и для их применения, и тем более дальнейшего развития, требуется иметь очень глубокие познания. С другой стороны, упрощаются интерфейсы взаимодействия пользователей  с компьютерами. Компьютеры и информационные системы становятся все более  дружественными и понятными даже для человека, не являющегося специалистом в области информатики и вычислительной техники. Это стало возможным, прежде всего потому, что пользователи и  их программы взаимодействуют с  вычислительной техникой посредством  специального (системного) программного обеспечения – через операционную систему.

Операционная   система   управляет   компьютером,    запускает    программы, обеспечивает  защиту  данных,  выполняет  различные  сервисные  функции   по запросам пользователя и программ. Каждая программа  пользуется  услугами  операционной системы, а потому может работать только под управлением той операционной системы, которая  обеспечивает для  неё эти услуги.

 

 

 

 

Операционные  системы: понятие и назначение

Операционная система  в наибольшей степени определяет облик всей вычислительной системы  в целом. Несмотря на это, пользователи, активно использующие вычислительную технику, зачастую испытывают затруднения  при попытке дать определение  операционной системе. Частично это  связано с тем, что ОС выполняет  две по существу мало связанные функции: обеспечение пользователю-программисту удобств посредством предоставления для него расширенной машины и  повышение эффективности использования  компьютера путем рационального  управления его ресурсами.

Операционная  система (ОС) - комплекс программ, которые обеспечивают управление аппаратурой ЭВМ, планирование эффективного использования её ресурсов и решение задач по заданиям пользователей.

Основная цель ОС, обеспечивающей работу ЭВМ в любом из описанных  режимов, - динамическое распределение  ресурсов и управление ими в соответствии с требованиями вычислительных процессов (задач).

Ресурсом является всякий объект, который может распределяться операционной системой между вычислительными  процессами в ЭВМ. Различают аппаратные и программные ресурсы ЭВМ. К аппаратным ресурсам относятся микропроцессор (процессорное время), оперативная память и периферийные устройства; к программным ресурсам – доступные пользователю программные средства для управления вычислительными процессами и данными. Важнейшими программными ресурсами являются программы, входящие в систему программирования; средства программного управления периферийными устройствами и файлами; библиотеки системных и прикладных программ; средства, обеспечивающие контроль и взаимодействие вычислительных процессов (задач).

Операционная система  распределяет ресурсы в соответствии с запросами пользователей и  возможностями ЭВМ и с учетом взаимодействия вычислительных процессов. Функции ОС также реализуются рядом вычислительных процессов, которые сами потребляют ресурсы (память, процессорное время и др.) Вычислительные процессы, относящиеся к ОС, управляют вычислительными процессами, созданными по запросу пользователей.

Считается, что ресурс работает в режиме разделения, если каждый из вычислительных процессов занимает его в течение некоторого интервала  времени. Например, два процесса могут  разделять процессорное время поровну, если каждому процессу дается возможность  использовать процессор в течение  одной секунды из каждых двух секунд. Аналогично происходит разделение всех аппаратурных ресурсов, но интервалы  использования ресурсов процессами могут быть неодинаковыми. Например, процесс может получить в своё распоряжение часть оперативной  памяти на весь период своего существования, но микропроцессор может быть доступен процессу только в течение одной  секунды из каждых четырёх.

Операционная система  является посредником между ЭВМ  и её пользователем. Она делает работу с ЭВМ более простой, освобождая пользователя от обязанностей распределять ресурсы и управлять ими. Операционная система осуществляет анализ запросов пользователя и обеспечивает их выполнение. Запрос отражает необходимые ресурсы  и требуемые действия ЭВМ и  представляется последовательностью  команд на особом языке директив операционной системы. Такая последовательность команд называется заданием.

 

 

 

 

Классификация операционных систем

Операционные системы  могут различаться особенностями  реализации внутренних алгоритмов управления, основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами.

Особенности алгоритмов управления ресурсами. От эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами компьютера во многом зависит эффективность всей сетевой ОС в целом. Поэтому, характеризуя сетевую ОС, часто приводят важнейшие особенности реализации функций ОС по управлению процессорами, памятью, внешними устройствами автономного компьютера. Так, например, в зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором, операционные системы делят на многозадачные и однозадачные, многопользовательские и однопользовательские, на системы, поддерживающие многонитевую обработку и не поддерживающие ее, на многопроцессорные и однопроцессорные системы.

• Поддержка многозадачности. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:
• однозадачные (например, MS-DOS, MSX) и
• многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая  более простым и удобным процесс  взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем. 

Многозадачные ОС, кроме  вышеперечисленных функций, управляют  разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная  память, файлы и внешние устройства.

• Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:
• однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);
• многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских  систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует  заметить, что не всякая многозадачная  система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.

• Вытесняющая и невытесняющая многозадачность. Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во втором - распределен между системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.

 

• Поддержка многонитевости. Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).

 

• Многопроцессорная обработка. Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell. Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой: асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.

 

Выше были рассмотрены  характеристики ОС, связанные с управлением  только одним типом ресурсов - процессором. Важное влияние на облик операционной системы в целом, на возможности  ее использования в той или  иной области оказывают особенности  и других подсистем управления локальными ресурсами - подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-вывода.

Специфика ОС проявляется  и в том, каким образом она  реализует сетевые функции: распознавание  и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам, передача сообщений  по сети, выполнение удаленных запросов. При реализации сетевых функций  возникает комплекс задач, связанных  с распределенным характером хранения и обработки данных в сети: ведение  справочной информации о всех доступных в сети ресурсах и серверах, адресация взаимодействующих процессов, обеспечение прозрачности доступа, тиражирование данных, согласование копий, поддержка безопасности данных.

Особенности аппаратных платформ. На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают аппаратные средства, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры различают операционные системы персональных компьютеров, мини-компьютеров, мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди перечисленных типов компьютеров могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные. В любом случае специфика аппаратных средств, как правило, отражается на специфике операционных систем.

Очевидно, что ОС большой  машины является более сложной и  функциональной, чем ОС персонального  компьютера. Так в ОС больших машин  функции по планированию потока выполняемых  задач, очевидно, реализуются путем  использования сложных приоритетных дисциплин и требуют большей  вычислительной мощности, чем в ОС персональных компьютеров. Аналогично обстоит дело и с другими функциями.

Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС. На основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов компьютера между удаленными пользователями, подключенными к сети. Для поддержания функций передачи сообщений сетевые ОС содержат специальные программные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы, такие как IP, IPX, Ethernet и другие.

Многопроцессорные системы  требуют от операционной системы  особой организации, с помощью которой  сама операционная система, а также  поддерживаемые ею приложения могли  бы выполняться параллельно отдельными процессорами системы. Параллельная работа отдельных частей ОС создает дополнительные проблемы для разработчиков ОС, так  как в этом случае гораздо сложнее  обеспечить согласованный доступ отдельных  процессов к общим системным  таблицам, исключить эффект гонок  и прочие нежелательные последствия  асинхронного выполнения работ.

Другие требования предъявляются  к операционным системам кластеров. Кластер - слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих  приложений, и представляющихся пользователю единой системой. Наряду со специальной  аппаратурой для функционирования кластерных систем необходима и программная  поддержка со стороны операционной системы, которая сводится в основном к синхронизации доступа к  разделяемым ресурсам, обнаружению  отказов и динамической реконфигурации системы. Одной из первых разработок в области кластерных технологий были решения компании Digital Equipment на базе компьютеров VAX. Недавно этой компанией заключено соглашение с корпорацией Microsoft о разработке кластерной технологии, использующей Windows NT. Несколько компаний предлагают кластеры на основе UNIX-машин.