Учебное пособие Часть 1 основы персонального компьютера. Операционные системы

Вид материала

Содержание

4. ОПЕРАЦИОННые СИСТЕМы
4.1. Виды операционных систем
4.1.2. Операционная система Linux
4.1.3. Операционная система Windows NT
4.1.4. Операционная система Windows 2000

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8

4. ОПЕРАЦИОННые СИСТЕМы

Операционная система (ОС) представляет собой комплекс системных и служебных программных средств. С одной стороны, она опирается на базовое программное обеспечение компьютера, входящее в его систему BIOS (базовая система ввода-вывода), с другой стороны, она сама является опорой для программного обеспечения более высоких прикладных и большинства служебных приложений. Все ОС обеспечивают свой автоматический запуск при включении ПК. Приложениями операционной системы принято называть программы, предназначенные для работы под управлением данной системы.

Главная функция всех ОС – посредническая. Она состоит в обеспечении нескольких видов интерфейса:

интерфейса между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);
интерфейса между программным и аппаратным обеспечением компьютера (аппаратно-программный интерфейс);
интерфейса между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Основными функциями ОС также являются хранение, обработка данных и управление устройствами компьютера.

Даже для одной аппаратной платформы, например такой, как IBM PC, существует несколько операционных систем. Различия между ними рассматривают в двух категориях внутренние и внешние. Внутренние различия характеризуются методами реализации основных функций. Внешние различия определяются наличием и достаточностью приложений данной системы, необходимых для удовлетворения технических требований, предъявляемых к конкретному рабочему месту.

4.1. Виды операционных систем

4.1.1. Операционная система UNIX

ОС UNIX больше известна как сетевая операционная система. Она реже используются как ОС локальных сетей. Основное ее назначение – обеспечение доступа к глобальным сетям и их сервисам.

UNIX зародился в лаборатории Bell Labs фирмы АТ&Т более 30 лет назад. В то время лаборатория потерпела неудачу в разработке многопользовательской операционной системы MULTICS на основе оказавшегося неудачным языка программирования PL/1. Оказавшиеся свободными сотрудники Bell Labs Кен Томпсон и Денис Ритчи занялись переносом на мини-ЭВМ PDP-7 фирмы DEC своих наработок по файловой системе MULTICS и самостоятельно написанной игры Space Travel – «Космическое путешествие». Из этой работы и возникла первая версия UNIX. Хотя она и не имела в то время никакого названия, она уже включала характерную для UNIX файловую систему, основанную на индексных дескрипторах inode, имела подсистему управления процессами и памятью, а также позволяла двум пользователям работать в режиме разделения времени. Система была написана на Ассемблере.

Имя было дано ей еще одним сотрудником Bell Labs, Брайаном Керниганом, который первоначально назвал ее UNICS (Uniplex Information and Computing Services), подчеркивая ее отличие от многопользовательской MULTICS. Вскоре UNICS начали называть UNIX.

Большое влияние на судьбу UNIX оказала перепись ее на языке высокого уровня Си, разработанного Денисом Ритчи специально для этих целей. Это произошло в 1973 г. UNIX получил широкое распространение в университетах США, так как для них он поставлялся бесплатно вместе с исходными кодами на Си. Широкое распространение эффективных Си-компиляторов сделало UNIX уникальной для того времени ОС из-за возможности переноса на различные компьютеры. В настоящее время UNIX представляет собой множество версий (SCO UNIX, BSD UNIX, XENIX, AIX, UX, Вегс1еу BSD, SunOS и Solaris и др.), несовместимых между собой.

Независимо от версии общими для UNIX чертами являются:

многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа;
реализация мультипрограммной обработки в режиме разделения времени, основанная на использовании алгоритмов вытесняющей многозадачности (preemptive multitasking);
использование механизмов виртуальной памяти и свопинга для повышения уровня мультипрограммирования;
унификация операций ввода-вывода на основе расширенного использования понятия «файл»;
иерархическая файловая система, образующая единое дерево каталогов независимо от количества физических устройств, используемых для размещения файлов;
переносимость системы за счет написания ее основной части на языке Си;
разнообразные средства взаимодействия процессов, в том числе и через стек;
кэширование диска для уменьшения среднего времени доступа к файлам.

Для глобальных сетей UNIX и UNIX-подобные системы (например, LINUX) являются основными. Здесь важно подчеркнуть, что UNIX прозрачным образом поддерживает не только работу с удаленного терминала (даже по телефонной линии), но и электронную почту, и набор протоколов ТСР/IР. При этом детали обмена данными между компьютерами от пользователя системы скрыты, и он может, работая за любым компьютером сети или за удаленным терминалом, выполнять разнообразные операции и даже запускать процессы, не зная, где физически находится исполняющий компьютер.

В основе UNIX лежит концепция процесса – единицы управления и единицы потребления ресурсов. Процесс представляет собой программу в состоянии выполнения, причем в UNIX в рамках одного процесса не могут выполняться никакие параллельные действия.

В системе UNIX реализована вытесняющая многозадачность, основанная на использовании приоритетов и квантования. Все процессы разбиты на несколько групп, называемых классами приоритетов. Каждая группа имеет свои характеристики планирования процессов. Созданный процесс наследует характеристики планирования процесса-родителя, которые включают класс приоритета и величину приоритета в этом классе.

4.1.2. Операционная система Linux

ОС UNIX остается сложной в освоении универсальной операционной системой, обладающей избыточными возможностями по отношении к использованию на персональных компьютерах, задачам поддержки локальной сети и обеспечению доступа к глобальным сетям. В связи с этим в 1980-е гг. появилась система Linux – современная UNIX-подобная операционная система для персональных компьютеров и рабочих станций. Это многопользовательская сетевая операционная система с сетевой оконной графической системой X Windows System. ОС Linux поддерживает стандарты открытых систем и протоколы сети Интернет.

Все компоненты системы, включая исходные тексты, распространяются с лицензией на свободное копирование и установку для неограниченного числа пользователей.

ОС Linux широко распространена на платформах Intel РС и завоевывает позиции на ряде других платформ (DEC, Арр1е и др.).

Разработка ОС Linux выполнена Линусом Торвалдсом (Linus Torvalds) из университета Хельсинки и обширной командой из тысяч пользователей сети Интернет, сотрудников исследовательских центров, фондов, университетов и т.д.

ОС LINUX имеет следующие достоинства:

дает возможность бесплатно и легально иметь современную ОС для использования, как на работе, так и дома;
обладает высоким быстродействием;
работает надежно, устойчиво, совершенно без зависаний;
не подвержена вирусам;
позволяет использовать полностью возможности современных ПК, снимая ограничения, присущие MS Windows по использованию памяти машины и ресурсов процессора(ов);
эффективно управляет многозадачностью и приоритетами, фоновые задачи (длительный расчет, передача электронной почты по модему, форматирование дискеты и т.д.) не мешают интерактивной работе;
позволяет легко интегрировать компьютер в локальные и глобальные сети, в том числе в Интернет; работает с сетями на базе Novel и MS Windows;
позволяет выполнять представленные в формате загрузки прикладные программы других ОС – различных версий UNIX и MS Windows;
обеспечивает использование огромного числа разнообразных программных пакетов, накопленных в мире UNIX и свободно распространяемых вместе с исходными текстами;
предоставляет богатый набор инструментальных средств для разработки прикладных программ любой степени сложности, в том числе системы класса клиент-сервер, объектно-ориентированные, с многооконным текстовым и/или графическим интерфейсом, пригодных для работы как в Linux, так и в других ОС;
дает пользователю и особенно разработчику замечательную учебную базу в виде богатой документации и исходных текстов всех компонент, включая ядро самой ОС;
дает всем желающим попробовать свои силы в разработке, организовать общение и совместную работу через Интернет с любыми из разработчиков ОС Linux и сделать свой вклад, став соавтором системы.

4.1.3. Операционная система Windows NT

При разработке структуры Windows NT по аналогии с NetWare и UNIX была использована концепция микроядра. В соответствии с этой идеей ОС разделена на несколько подсистем, каждая из которых выполняет отдельный набор сервисных функций. Например, сервис памяти, сервис по созданию процессов или сервис по планированию процессов. Каждая подсистема выполняется в пользовательском режиме, осуществляя цикл проверки запроса от клиента на одну из его сервисных функций. Клиент, которым может быть либо другая компонента ОС, либо прикладная программа, запрашивает сервис, посылая сообщение на сервер. Ядро ОС (или микроядро), работая в привилегированном режиме, доставляет сообщение нужному серверу, затем сервер выполняет операцию, после этого ядро возвращает результаты клиенту с помощью другого сообщения.

Структурно Windows NT может быть представлена в виде двух частей: часть операционной системы, работающая в режиме пользователя, и часть операционной системы, работающая в режиме ядра.

Часть Windows NT, работающая в режиме ядра, называется executive – исполнительная часть. Она включает в себя ряд компонент, которые управляют виртуальной памятью, объектами (ресурсами), вводом-выводом и файловой системой (включая сетевые драйверы), взаимодействием процессов и частично системой безопасности. Эти компоненты взаимодействуют между собой с помощью межмодульной связи. Каждая компонента вызывает другие с помощью набора тщательно специфицированных внутренних процедур.

Часть Windows NT, работающую в режиме пользователя, составляют серверы - так называемые защищенные подсистемы. Серверы Windows NT называются защищенными подсистемами, так как каждый из них выполняется в отдельном процессе, память которого отделена от других процессов системой управления виртуальной памятью NT executive. Так как подсистемы автоматически не могут совместно использовать память, они общаются друг с другом посредством посылки сообщений. Сообщения могут передаваться как между клиентом и сервером, так и между двумя серверами. Все сообщения проходят через исполнительную часть Windows NT.

Поддержку защищенных подсистем обеспечивает исполнительная часть Windows NT , которая работает в пространстве ядра и никогда не сбрасывается на диск. Ее составными частями являются:

менеджер объектов. Создает, удаляет и управляет объектами - абстрактными типами данных, используемых для представления ресурсов системы;
монитор безопасности. Устанавливает правила защиты на локальном компьютере. Охраняет ресурсы операционной системы, выполняет защиту и регистрацию исполняемых объектов;
менеджер процессов. Создает и завершает, приостанавливает и возобновляет процессы и нити, а также хранит о них информацию;
менеджер виртуальной памяти;
подсистема ввода-вывода включает в себя следующие компоненты:

менеджер ввода-вывода, предоставляющий средства ввода-вывода, независимые от устройств;
файловые системы – NT-драйверы, выполняющие файл-ориенти-рованные запросы на ввод-вывод и транслирующие их в вызовы обычных устройств;
сетевой редиректор и сетевой сервер – драйверы файловых систем, передающие удаленные запросы на ввод-вывод на машины сети и получающие запросы от них;
драйверы устройств NT executive – низкоуровневые драйверы, которые непосредственно управляют устройством;
менеджер КЭШа, реализующий кэширование диска.

4.1.4. Операционная система Windows 2000

Windows 2000, будучи прямым потомком NT, обладает всеми ее достоинствами, а многие из ее ограничений при этом снимает. Windows 2000 – один из крупнейших программных продуктов, когда-либо производившихся, его код содержит около 30 млн. строк. В Windows 2000 появилась поддержка шины USB, PC-карт, шины AGP и DVD-устройств, а также технологии Plug and Р1ау, которой славится Windows 98, – автоматического распознавания и установки устройств.

Для инсталляции Windows 2000 Professional нужно не менее 650 Мбайт свободного дискового пространства, но на некоторых машинах может потребоваться до 1 Гбайт. В установленном виде система занимает около 500 Мбайт – примерно вдвое больше, чем Windows 98.

Заметно расширены в Windows 2000 возможности работы с файловыми системами. Помимо используемых в Windows 9х файловых систем FAT16 и FAT32 (незащищенных), эта ОС работает с NTFS5 (NT File System 5), специально разработанной для Windows 2000 усовершенствованной версией файловых систем с добавленением шифрования и других новых возможностей. Она обеспечивает более эффективное использование дискового пространства и лучшую защиту информации.

Blog