Назначение операционных систем

 
 

Введение 2

1. Назначение операционных систем 3

2. Типы операционных систем 5

2.1 Операционные системы пакетной обработки 6

2.2 Операционные системы разделения времени 7

2.3 Операционные системы реального времени 8

2.4 Диалоговые операционные системы 9

3 Особенности алгоритмов управления ресурсами 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    Среди всех системных программ, с которыми приходится иметь дело пользователям компьютеров, особое место занимают операционные системы. Операционная система управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для неё эти услуги. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Назначение  операционных систем

 

    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.

    Назначение  операционной системы.

    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. 
 
 
 

    2. Типы операционных систем

    Операционная  система может выполнять запросы  пользователей в пакетном или  диалоговом режиме или управлять  устройствами в реальном времени. В соответствии с этим различают операционные системы пакетной обработки, разделения времени и диалоговые (табл.1). 

    Таблица 1

Операционные  системы	Характеристики  операционной системы
	Характер  взаимодействия пользователя с заданием	Число одновременно обслуживаемых пользователей	Обеспечиваемый  режим работы ЭВМ
Пакетной  обработки	Взаимодействие  невозможно или ограничено	Один или несколько	Однопрограммный или мультипрограммный
Разделения  времени	Диалоговый	Несколько	Мультипрограммный
Реального времени	Оперативный		Многозадачный
Диалоговая	Диалоговый	Один	Однопрограммный

 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.1 Операционные системы пакетной  обработки 

    Операционная  система пакетной обработки –  это система, которая обрабатывает пакет заданий, т. е. несколько заданий, подготовленных одним или разными пользователями. Взаимодействие между пользователем и его заданием во время обработки невозможно или крайне ограничено. Под управлением операционной системы пакетной обработки ЭВМ может функционировать в однопрограммном и мультипрограммном режимах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.2 Операционные системы разделения  времени 

    Такие системы обеспечивают одновременное  обслуживание многих пользователей, позволяя каждому пользователю взаимодействовать  со своим заданием в режиме диалога. Эффект одновременного обслуживания достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вычислительными процессами, которые соответствуют отдельным заданиям пользователей. Операционная система предоставляет ЭВМ каждому вычислительному процессу в течение небольшого интервала времени; если вычислительный процесс не завершился к концу очередного интервала, он прерывается и помещается в очередь ожидания, уступая ЭВМ другому вычислительному процессу. ЭВМ в этих системах функционирует в мультипрограммном режиме.

    Операционная  система разделения времени может  применяться не только для обслуживания пользователей, но и для управления технологическим оборудованием. В  этом случае “пользователями” являются отдельные блоки управления исполнительными устройствами, входящими в состав технологического оборудования: каждый блок взаимодействует с определённым вычислительным процессом в течение интервала времени, достаточного для передачи управляющих воздействий на исполнительное устройство или приёма информации от датчиков. 
 
 
 
 
 
 
 

    2.3 Операционные системы реального  времени 

    Данные  системы гарантируют оперативное  выполнение запросов в течение заданного  интервала времени. Запросы могут  поступать от пользователей или  от внешних по отношению к ЭВМ устройств, с которыми системы связаны каналами передачи данных. При этом скорость вычислительных процессов в ЭВМ должна быть согласована со скоростью процессов, протекающих вне ЭВМ, т. е. согласована с ходом реального времени.

    Эти системы организуют управление вычислительными процессами таким образом, чтобы время ответа на запрос не превышало заданных значений. Необходимое время ответа определяется свойствами объектов (пользователей, внешних устройств), обслуживаемых системой. Операционные системы реального времени используются в информационно– поисковых системах и системах управления технологическим оборудованием. ЭВМ в таких системах функционирует чаще в многозадачном режиме. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.4 Диалоговые операционные системы 

    Данные  операционные системы получили широкое распространение в персональных ЭВМ. Эти системы обеспечивают удобную форму диалога с пользователем через дисплей при вводе и выполнении команд. Для выполнения часто используемых последовательностей команд, т. е. заданий, диалоговая операционная система предоставляет возможность пакетной обработки. Под управлением диалоговой ОС ЭВМ обычно функционирует в однопрограммном режиме.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3. Особенности алгоритмов управления  ресурсами

    3.1 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.

    3.2 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.

 

     3.3 Вытесняющая и не вытесняющая  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. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

• невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);
• вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).

    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.

    3.4 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).

 

     3.5 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.