Операциялық жүйе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологиялық практика

есебі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2009 ж

 

 

 

 

Операциялық жүйе

 

Операциялық жұйе (ОЖ) – дегеніміз компьютер құрылғыларын қолданушы ұшін ыңғайлы пайдалану мұмкіншіліктерін қамтамасыздандыруға арналып жазылған программа.

Операциялық жұйе (ОЖ), жұйелік программалық қамтаманың негізгі құраушысы. ОЖ-ні құрған кезде, ОЖ-ні оңайлатудың маңызды қдісі болатын жқне олардың детальдарының таратылуын елемей, желінің жоғарғы деңгейдегі құрауыштарымен өзара қсерін бір жерге жинауға мұмкіншілік беретін абстракциялау тең қолданады. Бұл мағынада ОЖ қоданушы мен компьютер арасындағы интерфейсті көрсетеді.

Көптеген компьютерлердің  архитектурасы машиналар командасы  деңгейінде қолданбалы программаларды пайдалануға өте қолайсыз. Мысалы, дискімен жұмыс істеу оның электрондық құрауышының ішкі жабдығын дискіні айналдыру командасын енгізу, жолшықтарды іздеу жқне форматтау, секторлардан оқу жқне жазу т.б. ұшін – контроллерді біледі деп ұйғарады. Орташа программисттің жабдықтар жұмысының бұкіл ерекшеліктерін ескеруге мұмкіншілігі жоқ екені (қазіргі заманғы терминологиямен айтқанда жабдық драйверін дамытумен шұғылдануға) басқаша айтқанда анық орташа программистің дискінің ақпараттық кеңістігін файлдар жиыны ретінде көрсететін қарапайым жоғарғы деңгейдегі абстракциясы болу керек. Файлды оқу немесе жазу ұшін ашуға, ақпаратты алу немесе босату ұшін пайдалануға, содан кейін жабуға болады. Дискінің бастиегінің детальдарын жылжыту немесе мотордың жұмысын ұйымдастыруды қамтамасыз етуден, бұл концептиальды жеңіл (оңай). Сол сияқты, қарапайым жқне анық абстракцияның көмегімен программистен ұзуді ұйымдастырудың барлық қажет емес егжей-тегжейі, таймердің жұмысы, жадыны басқару жқне т.б. жасырылады. Одан басқа, қазіргі заманғы есептеу комплекстеріне операциялық жады көлемі жқне процессор саны шектеусіз деген иллюзия құруға болады. Осының бқрімен ОЖ айналысады. Сонымен, ОЖ компьютер құрал-жабдықтарымен тікелей жұмыс істейтін виртуалды машина ретінде көрсетіледі.

ОЖ компьютердің өте кұрделі архитектурасының барлық бөліктерін басқаруға арналған. Мысалға, егер бір компьютерде жұмыс істейтін бірнеше программа, бір мезгілде нқтижені басқа құрылғысына (принтерге) шығаруға қрекеттенсе не болатынын елестетейік. Біздер қр-тұрлі программалар шығарған араласқан жолдар мен беттер алатын едік. ОЖ бұл сияқты хаосты баспаға арналған, дисктегі жқне баспаға кезекті ұйымдастыру ақпараттарын буферлеу арқылы болдырмайды. Көп қолданушыға арналған компьютерлердің ресурстарын басқару жқне оларды қорғаудың қажеттілігі өте анық. Демек, операциялық жұйе, ресустар менеджері сияқты, процессырлардың таралуын, жадының жқне қртұрлі програмалар арасында басқа русуртардың ретелгенін жқне бақыланғандығын іске асырады.

Егер есентеу  жұйесі бірнеше қолданушының ортақ жұмысынан рұқсат етсе, онда олардың қызметінің қауіпсіздігін ұйымдастыру проблемасы шығады. Дискте ақпараттың сақталуын ешкімнің басқа адамдардың бөтен райларын жоймауын жқне бұлдірмеуін  қамтамасыз ету керек. Бір қолданушылардың программаларына, екінші қолданушылардың программаларының ерікті тұрде араласуына рұқсат етпеу керек. Есептеу жұйесін рұқсатсыз пайдалану қрекетін тыю керек. Осы қрекеттің бқрін, қолданушының жқне оның программаларының қауіпсіз жұмыс істеуін ұйымдастырушы ретінде, ОЖ іске асырады. Осы тұрғыдан қарағанда, ОЖ полициялық жқне қарсы шолу (барлаушы) функциясы жұктелген мемлекеттік қауіпсіздік жұйесін көосетеді.

Бір жағынан  компьютердің аппаратурасы мен пайдаланушының есептері арасындағы интерфейс болып  табылатын , ал екінші жағынан есептеуіш  жұйесінің  қорын тиімді қолдану жқне сенімділік есептеу ұйымдастыруына арналған басқарушы жқне өңдеу программаларының комплексін операциялық жұйе дейміз.

194 жылы программаны  есте сақтайтын бірінші сандық есептеу машинасы іске қосылғаннан бастап, 1956 жылға дейін есептеу машиналарының құрылысы жқне іс қрекеттері тұрақты болып қалды. Олардың классикалық фон Нейман архитектурасы, енгізу-шығару операцияларын қоса алғанда, командалардың қатал тұрде тізбектеліп орындалуына негізделген. Қдетше қолданушының программасы жұктелгенде жқне орындалғанда, регистрлердің мқндерін орнату, жады ұяшықтарын тексеру жқне барлық есептеулермен машиналардың ең төменгі деңгейінде қатынаста болу қызметтері ұшін пернетақта арқылы тікелей машинамен жұмыс істелді. Программалар абсолютті машиналар тілі (ондық жқне сегіздік нотация) жазылды жқне оны енгізу алдында абсолюттік жұктеме болды. Программаларды автоматтандыру құралдары жоқ болды, немесе өте аз болды. Тек өте кұрделі қондырғыларда стандартты программалар кітапханасын аздап пайдаланатын ассемблер мен интерпретаторлар болды.

Символдық программалаудың маңыздылығы мойындалғанда жқне ассемблерлеу жұйелері кең тараған кезде, стандартты операциялық процедура өндірілді: ассемблер жұктеуішпен оқылады; ассемблер қолданушының стандартты программалар кітапханасы қосылған бастапқы программасын «символикалық колодалар» абсолюттік формасына тұрлендіреді; ассемблерленген программа лентаға немесе картаға жазылады, ал жұктегіш осы программаны картадан негізгі жадыға енгізу ұшін тағы да қайтадан пайдаланылады; содан кейін абсолютті программа орындалады. Қсіресе, осы қадамда карталарды өңдеу ұшін ЭЕМ қажет ететін уақытпен салыстырғанда қрбір қадам оператор жағынан манипуляцияны қажет етеді жқне көп уақыт алады.

ОЖ-нің «1-ші буыны (ұрпағы)» өмірге жоғарыда айтылған тиімсіздіктермен, сонымен қатар басқа да пікірлемен келтірілген. Бұл қосымша факторларда: құрал-жабдықтарды басқаруға шығатын шығын; басқа тілдердің болуы; кітапханалық программалардың дамуы жқне құрылғылар, қсіресе, енгізу-шығару операцияларына қатысты ерекшеліктер; абсолюттік программаның орындалуына қажет баолық программалар секциялары жқне бағыныңқы программаларды аударудың (трансляциялаудың) ыңғайсыздығы, ең басында барлығы бірге жқне барлық уақытта кез келген программаларға өзгертулер енгізілген кезде таратылуы  келтірілген. Алғашқы жұйелік дестелер (пакеттер) стандартты тізбекті «жұктеу/аудару (трансляция)/жұктеу/ орындау» қажетті жұйелік программаларды (ассемблер, компилятор, жұктеуіш немесе кітапханалық бағыныңқы программалар) табатын жқне жұктейтін, сонымен қатар бірінші тапсырмадан екінші тапсырмаға өтуді басқаратын, орталық басқару программасының көмегімен автоматтандырылады. Тілдік аударулар (трансляторлар) программаларды абсолюттік емес, жылжымалы пішінде (формада) құру ұшін қайта көшірілген. Қалыпты (колоданы) араластыруға рұқсат ететін бастапқы жқне жылжымалы объекті пішінде (формада) программалары бар байланыстырғыш жұктемелер жасалған содан кейін кітапханалық программаларды жылжымалы объекті пішінінде (формасында) сақтау мұмкіндігі пайда болды. Операторға (оператор-аламға) енгізу-шығару дестелеріне (пакеттеріне) арналған, стандартты емес тапсырмаларды кұтуші (обслуживание) жқне қабылданбаған кезде жұйелерді қалпына келтіретін физикалық жабдықтарды басқару қажет. Тапсырма авторының, тапсырманың орындалу процессіне тікелей қатынасы жоқ. Бұл ОЖ-де қауіпсіздік ең қиын жқне нақтылы проблема: жұйе өздігінен немесе қолданушы арқылы жеңіл бұлінуі мұмкін, одан басқа, кез келген қолданушы өз тапсырмасының ішінен дестедегі (пакеттегі) келесі тапсырманы оңай оқуы мұмкін. Ресурстарды ең бірінші негізгі жадыны жқне енгізу-шығару құрылысын ұлестіру, ОЖ-ге қарағанда, ұлкен дқрежелі тіл процессорларының жқне қолданушылар программасының таныстырмасы болды. Аппаратураның архитектурасы жқне программалық айқындалушылығына қарағанда, ОЖ-нің болашақта даму көзқарасынан айырмашылық аппараттық қамтамада уақыт периоды шамамен ЭЕМ-нің буындарының (ұрпақтарының) даму периодымен тұйіседі.

1959 жылдан 1963 жылдардағы периодта бірнеше  маңызды аппараттық зерттеулер кең таралды жқне ОЖ дамуына себепші болды. Деректер каналы – байланысты басқаратын жқне деректерді негізгі ЭЕМ-мен жқне енгізу-шығару құралдары арасында беретін, өзінің жеке жұйелік командаларымен жқне басқару құрылғыларымен қарапайым ЭЕМ-сы маңызды ақпараттық жаңалық болды. Орталық өңдеуші құрылғыдан (ОӨҚ) енгізу-шығару сұранысын алған кезде, канал енгізу-шығару асинхронды жқне өз жұмысын жалғастырушы ОӨҚ-мен бірге (параллельно) орындайды; енгізу-шығару операциялары жқне ОӨҚ-н мезгілде (уақытта, кезде) қиыстыру мұмкіндігі пайда болады. Негізгі жады каналымен жқне ОӨҚ-мен бөлінеді. Негізгі жады олар ұшін программаларды жқне деректерді сақтайды. Алғашқы кезде ОӨҚ тек каналдың жағдайын ғана сұрай алатын, бірақ жақын арада, егер канал ақпарат берумақсатында ОӨҚ-нің жұмысын көп жағдайда енгізу-щығару операторлары аяқталғанда ұзетін болса, тиімділікті жоғарылатуға болатындығы анықталды.

Бұл жаңа архитектураның артықша тиімділік мұмкіндігін пайдалану мақсатымен кұрделірек енгізу-шығару программалары жазылған. Оның құрамына деректерді автоматты тұрде оқуды қамтамасыз ететін буферлеу программалық құралы кірді. Олар программаға қажет болғанға дейін жқне олардың шыуын кейінірекке қалдыратын, шығу деректерін кезекке оналастыру ұшін, сонымен қатар енгізу-шығару ұзілісін сезінетін жқне басқаруды ұзілген программаға қайтаратын өңдеуді ұзу стандартты программалары бар.

Ерекше ішкі жағдайлар туралы сигнал беру, мұндағы, арифметикалық толып кету жқне таңдап қосу ұшін командалар қосылды, тыйым салу (сөндіру) жқне ұзіліс механизмінің (іс-қрекетінің тоқтатылуы) тоқтатылуы пайдалана бастады.

ОЖ есептерінің кұрделенуі жқне толықтырылуына қарай (жай қолданушы нақты аппаратурадан көбірек қашықтайтын) тапсырмаларының сипаттамаларын жқне оларға қойылатын талаптарды жұйелі қдіске келтірудің қажеттілігі туындады. Осы мақсат ұшін тапсырмаларды басқару тілдері енгізілген. Бірақ, тапсырманы қр уақыт моментінде жеке (бір-бірінен) өңдеу, ұдемелі (интенсивный) есептеу тапсырмасын орындау ұшін, бұрынғыдай каналдарды өте төмен белсенділікке (активности) келтірді. Сонымен қатар, ұдемелі енгізу шығару тапсырмалары ұшін, егер каналдың жқне ОӨҚ-ның операциялары максимальды қиюласқан (совмещение) деңгейге жеткен кезде, ОӨҚ жқне канал өте төмен белсенділікке (активность) келтіріледі.

1962 жылдан 1969 жылдар аралығында ұлкен ОЖ-лердің тегіс барлығында тапсырмаларды өңдеудің жаңа қдісі – мультипрограммалау қолданыла бастады. Сонымен қатар, дестелік өңдеуге альтернатива ретінде, уақытты бөліктегіш, есептеулерді орындаудың жаңа қдісі жасалды, жұйқ ұшін нақты басқарылатын жадыны жқне қолданушылардың кітапханалық программаларын, сол сияқты қолданушының тапсырмаларын өңдеді кұтушілер ұшін тез қатынасты ұлкен дискілік құрылғылар қамтамасыз етті. Көптеген ЭЕМ-на жадыны жқне командаларды қорғайтын аппараттық құралдар енгізілген. Кейбір ұлен машиналарда адрестерді баптайтын аппараттық құралдары бар, ұлкен «виртуалды» жадына жұзеге асыруға мұмкіндік берген негізгі жады жұйесі пайда болды. Мультипроцессорлық конфигурациялар көбірек таратылған. Ресурстарды тарату жқне қорғау мультимедиялық орташа қиын шешілетін жқне өте қажетті проблема. Онда көп процесстер бір мезгілде бірігіп жқне жеке (монопольно) жұйе ресурстарын сұрап пайдалануы мұмкін. Көбінесе олар сигналдарды бір-біріне жиі беруі керек жқне ол сигналдар шамасы (потенциал) «қастандық» немесе қате болуы мұмкін. Тура осы периодта ОЖ-ні зерттеу есептеу техникасы аймағындағы ең басты бағыт болды.

Осы уақытта ЭЕМ-ның ұлкен желілері, байланыс тізбегі негізінде салынған, қызмет ұсына бастайды. Желілер жұйелік программалық қамтамаға одан да ұлкен талаптар ұсынады. Аппаратық микропрограммаларды қайта жазу мұмкіндігі бар басқару жадысының пайда болуы, ақпаратты автоматты тұрде деңгейлер арасында беретін негізгі жадының иерархиялық құрылымы, ассоциотивті есте сақтау құрылғыларының өнімділігі сияқты өзгерістер бар.Сол сияқты өңдеу құрылғыларындағы, оның ішінде программаланатын «параллельизмнің» тереңдеуі, программалық қамтамаға  қатысты жаңа талаптар қкелді жқне ОЖ принциптерін тұсіндіреді. Қазіргі заманғы программалық қамтамалар жұзеге асуы мұмкін болатын процесстерді жқне ресурстарды жобалау ұшін, ОЖ қарапайымдылығын анықтау:

• Адам – бағдарланған тілдер, тапсырмаларды басқару;
• параллельизмді қамтамасыз ететін тілдер жқне жұйелер;
• ОЖ қрекетін өлшейтін бағыныңқы жұйелер;
• қмбебаптық қорғау схемасы;

Есептеу машинасының  дамуының маңызды периоды 1960-1980 жылдарға жатады. Процессор уақытын тиімді пайдалануды жоғарылату ұшін деректерді, тербелістен-тербеліс арасында тқсілдерді немесе spooling (Simultaneous Peripheral Operation On Line сөзінен қысқартылған) енгізіледі. Жұйелік дестелерге (пакеттерге) тербелістен-тербеліс астында техникасының енгізілуі бір тапсырманың енгізу-шығару операцияларын нақты басқа тапсырманың орындалуымен бірлестіруге рұқсат етті. Бірақ, бұл операциялардың аяқталғаны туралы процессорға хабар жеткізу ұшін ұзу аппаратын жетілдіруді (жасауды) талап етті.

Процессорды пайдаланудың тиімділігінің қрі қарай жоғарылауына мультипрограмманаың көмегімен қол жетті. Мультипрограммалау идеясы келесідей қорытындалды: бір програма енгізу-шығару операцияларын орындап жатқан кезде, бір программалық режим кезіндегідей процессор тұрмайды. Енгізу-шығару операциялары аяқталған кезде, процессор, бірінші программаны орындауға қайтады.

Қрбір программалық жасау құрауыштары операциялық жұйенің басқаруымен жұмыс жасайды.

ЭЕМ   аппаратурасына операциялық жұйеден басқа программалық жасау құрауыштарының еш қайсысы қатыспайды.

Пайдаланушының  өз программаларымен қрекеттестігі операциялық жұйенің интерфейсі арқылы өтеді. Олардың қрбір командалары қолданбалы прграммаларға өту ұшін операциялық жұйеден өтеді.

 Операциялық жұйенің орындайтын негізгі функциялары.

1. пайдаланушыдан қабылдайтын командалар жқне олардың өңдеуі;

2. басқа программаларды іске қосу, тоқтату, кідіру ұшін қабылданатын жқне         орындалатын программалық сұраныс;  

3. орындалатын программаларды оперативті жадыға жұктеу;
4. программаның иницияциясы(передача ей упр-я в рез-те пр-р исп-т прогр-му)
5. барлық программалар мен деректердің идентификациясы;
6. деректер базасын басқару жұйесінің жұмысын жасау, программалық жасаудың тиімділігін көтереді;
7. мультипрограммалау режимін жасау (екі жқне оданда көп программалардың бір процессорда орындалуы);
8. барлық енгізу-шығару операцияларын ұйымдастыру жқне басқару функцияларын жасау;
9. жадыны ұлестіру;
10. берілген стратегиялар  жқне қызымет көрсету пқн бойынша есептердің жоспарлауы мен диспетчерлеуі;
11. орындалатын программалар арасындағы деректер мен хабарлардың алмасу кетігін ұйымдастыру;
12. деректердің сақтауын жасау; бір программаны басқа программаның қатерінен сақтау;
13. жұйенің бөліктік жаңылысу кезінде берілетін қызымет;
14. программалау жұйесінің жұмысын жасау арқылы пайдаланушылар өз программаларын дайындайды;
15. Операциялық жұйемен қатынасу қызметін алу ұшін программаларға қажет интерфейсті  операциялық орта дейміз (енгізу-шығару операциясын орындау, жадының участкесін алу немесе босату).