Классификация операционных систем
Тема 8. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ОБОЛОЧКИ
1. Назначение, функции и классификация операционных систем и оболочек.
2. Характеристика основных операционных систем.
3. Тенденции развития операционных систем.
1. Операционная система - совокупность программных средств, обеспечивающая управление аппаратной частью компьютера и прикладными программами, а также их взаимодействие между собой и пользователем.
Операционная система является необходимой частью современных ПЭВМ. ОС 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 под управлением только той ОС, которая обеспечивает для неё эти услуги.
В соответствии с условиями применения различают три режима ОС: пакетной обработки, разделения времени и реального времени. В режиме пакетной обработки ОС последовательно выполняет собранные в пакет задания. В этом режиме пользователь не имеет контакта с ЭВМ, получая лишь результаты вычислений. В режиме разделения времени ОС одновременно выполняет несколько задач, допуская обращение каждого пользователя к ЭВМ. В режиме реального времени ОС обеспечивает управление объектами в соответствии с принимаемыми входными сигналами. Время отклика ЭВМ с ОС реального времени на возмущающее воздействие должно быть минимальным.
|
|
|
Основными функциями ОС являются:
* осуществление диалога с пользователем;
*управление работой каждого блока ПК и их взаимодействием;
* ввод-вывод и управление данными;
* организация передачи информации между различными устройствами ПК (например, процессором и оперативной памятью, оперативной памятью и устройством ввода-вывода и т. д.);
*запуск программ на выполнение;
* обеспечение загрузки в оперативную память всех программ и их выполнение, а при их завершении - освобождение оперативной памяти;
* поддержка работы различных периферийных устройств в ПЭВМ (НГМД, НЖМД, дисплея, клавиатуры, печатающих устройств и др.);
*распределение ресурсов между решаемыми задачами и поддержки взаимодействия задач при их параллельной обработке (в случае многопроцессорной системы);
* выполнение вспомогательных операций обслуживания;
* взаимодействие пользователя с компьютером, т.е. поддержка интерфейса пользователя.
Операционная система - программа, которая загружается при включении компьютера. При включении компьютера часть ее (ядро) считывается с винчестера и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. Остальное программное обеспечение располагается на внешних запоминающих устройствах. К этой части относятся утилиты, компиляторы, интерпретаторы и др. Программные средства, окружающие ядро операционной системы.
|
|
|
Обычно ОС хранится на жестком диске, а при его отсутствии выделяется специальный гибкий диск, который называется системным диском.
Большинство ОС состоит из двух частей - ядра и оболочки.
Внутренняя часть таких ОС, называемая ядром, включает компоненты программного обеспечения, выполняющие основные функции в процессе приведения компьютера в рабочее состояние.
Одним из этих компонентов является менеджер файлов, который координирует использование памяти компьютера, т.е. хранит информацию о том, где располагаются файлы, каким пользователям они доступны, какая часть памяти может быть занята новыми файлами.
Для удобства пользователей многие менеджеры файлов позволяют группировать файлы в папки, или каталоги (директории). Цепочка вложенных папок, содержащая файл, называется путем доступа к файлу.
С точки зрения файловой системы (файловые системы описаны ниже) каталог (папка) - это специальный файл, содержащий сведения о других файлах (папках).
Процедура доступа к файлу называется открытием файла. Если файл-менеджер разрешает открыть файл, то он обеспечивает информацию для поиска местонахождения файла и манипулирования файлом. Эта информация хранится в области основной памяти, называемой файл- дескриптором (file-descriptor).
|
|
|
Другим компонентом ядра ОС является набор драйверов устройств. Драйверы устройств - это программы, предназначенные для управления периферийными устройствами. Каждый драйвер предназначен конкретному периферийному устройству (принтеру, монитору, дисководу). Он преобразует команды для этих устройств в специальную техническую форму, которую может воспринимать каждое из этих устройств. Еще одним компонентом ядра ОС является менеджер памяти - программа, которая координирует распределение оперативной памяти компьютера.
Часть ОС, отвечающая за интерфейс между ОС и пользователями, называется оболочкой. Ее назначение - осуществление взаимодействия между пользователем и машиной. Современные ОС реализуют эту задачу с помощью графического пользовательского интерфейса (graphical user interface - GUI), в котором каждый объект (файл, папка, диск) представлены пиктограммой (значком) на экране монитора. Такие системы позволяют пользователю просто указать мышью на объект и применить к нему соответствующую команду. Более старые ОС предоставляли возможность пользователю вводить текстовые команды, требовавшие строго соблюдения грамматических и синтаксических правил командного языка.
|
|
|
Основным компонентом графического пользовательского интерфейса является менеджер окон (window manager), который сопоставляет любому открытому объекту фрагмент экрана, называемый окном (window). В свою очередь, если пользователь щелкает мышью на окне какого-либо приложения, именно менеджер окон определяет, какому приложению принадлежит окно, и вызывает реакцию соответствующего приложения.
Несмотря на то, что оболочка играет важную роль в общении пользователя с компьютером, она лишь играет роль посредника между пользователем и ядром ОС.
Кроме того, операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:
• программы управления вводом/выводом;
• программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для компьютера;
• процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет команды, адресованные операционной системе.
Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия:
• обращаться к каталогу;
• выполнять разметку внешних носителей;
• запускать программы.
Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы.
Понятие файловой структуры.
Файл - это информация, которая хранится на машинном носителе информации под определенным именем.
В файлах могут храниться программы, тексты, данные.
Файлы идентифицируются (однозначно определяются) именами. Пользователи дают файлам символьные имена. В некоторых ОС, например в ОС фирмы Microsoft, каждое имя файла состоит непосредственно из имени файла, даваемого пользователем, и расширения. При этом учитываются ограничения ОС как на используемые в имени символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узки. Например, файловая система операционной системы MS-DOS ограничивала длину имени схемой 8.3 (8 символов - отводилось под имя, 3 - под расширение). Современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. ОС семейства Windows позволяют давать имена размером до 255 символов. Расширение отделяется от имени файла символом “.” (точка).
Расширение показывает тип файла:
ехе, сом выполняемые файлы, т.е. программы, написанные на одном из языков программирования;
doc - файлы, созданные в текстовом редакторе Word;
xls - файлы, созданные в табличном процессоре Excel;
mdb - файлы системы управления базами данных (СУБД) Access.
Обычно для удобства работы файлы объединяются в каталоги (папки).
Чтобы операционная система могла обращаться к файлам, необходимо указывать полное имя файла, состоящее из имени внешнего устройства (обычно диска), последовательности вложенных папок и имени файла. Например,
C:\User\nucbMO.doc - полное имя файла HucbMO.doc, находящегося на диске С: в папке User. Последовательность имени внешнего устройства и всех вложенных папок называется полным путём к файлу.
Для хранения файлов на дисках и обеспечения доступа к ним современные дисковые ОС создают файловые системы. Принцип организации многих файловых систем - табличный.
Понятие файловая система имеет два значения. Так называют, во- первых, определенный способ организации файлов, каталогов и т. д., а во- вторых, конкретное множество файлов, каталогов и т. д., организованное по этому способу.
Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска в специальных таблицах размещения файлов.
Ранние версии ОС Windows компании Microsoft использовали таблицы размещения файлов FAT (FAT- File Allocation Table).
В результате форматирования на диске образуются дорожки (концентрические окружности), каждая из которых содержит определенное количество секторов. Сектор - участок дорожки, хранящий минимальную порцию информации, которая может быть считана с диска или записана на диск.
Для организации доступа к файлам, записанным на магнитных дисках ОС создает список секторов, выделенных каждому файлу. Обычно дисковое пространство выделяется файлам блоками из нескольких секторов, называемых кластерами. Кластер - наименьшая единица адресации данных (определения места их расположения) на диске.
FAT состоит из ячеек, в которых хранятся номера кластеров, и главное отличие между различными FAT заключается в размере этих ячеек, определяемом количеством двоичных разрядов (бит). ОС Windows 95 использует FAT16, в которой под адрес кластера отводится 16 бит и, следовательно, число кластеров равно 65 536 (216). В случае, когда один кластер равен одному сектору (512 байт), максимальная емкость диска составит 32 Мбайт. С появлением дисков большой емкости кластер стал состоять из нескольких секторов —2, 4, 8 и т.д.
Здесь-то и возникает проблема нерационального использования дискового пространства. Дело в том, что один кластер не может содержать более одного файла. Тогда файл размером 1 Кбайт будет использовать кластер размером 8 Кбайт и 16 Кбайт в зависимости от размера диска. В версии ОС Windows 95 OSR2 впервые появился формат таблицы размещения файлов FAT32 (32 бит), и число кластеров возросло до 232 = 4 294 967 296, что позволяет использовать кластеры размером 4 Кбайт.
С каждым файлом связывается полное имя файла, дата создания файла, атрибуты файла, длина файла.
Элемент FAT для описания файла включает в себя:
- имя;
- байт атрибута;
- время модификации;
- дата модификации;
- № 1-го кластера, с которого начинается запись файла;
- размер файла.
При записи файла на диск ОС записывает номер первого кластера, выделенного файлу, в том каталоге, в котором этот файл создается. Затем в представляющий этот кластер элемент в FAT ОС записывает номер следующего кластера, выделенному файлу и т. д. Таким образом, начиная поиск файла с каталога и следуя указателям в FAT, ОС может осуществить выборку относящихся к файлу кластеров в соответствующем порядке, кластер за кластером. Именно поэтому при разрушении таблицы FAT файл восстановить невозможно. Таблица FAT хранится на диске в двух экземплярах.
Файловая система FAT16 поддерживается всеми ОС фирмы Microsoft, некоторыми ОС семейства Unix, ОС семейства OS/2.
ОС Windows NT Workstation, Windows 2000 Professional и Windows XP поддерживают файловую систему NTFS.
Файловая система NTFS представляется в виде таблицы MFT (Master File Table), имеющей следующий вид:
| Стандартная информация | Имя файла | Дескриптор защиты | Данные |
Максимальная длина таблицы - 1500 байтов.
Первые 16 записей - служебные, в них хранится информация, которая описывает саму таблицу MFT (аналог системной области FAT).
Начиная с 17-й записи идет описания файлов и папок:
- стандартная информация - дата и время создания файла, его размер;
- имя файла - хранится в 2-х вариантах: длинное (до 255 символов) и короткое (8 + 3), применяемое при использовании файла в MS DOS;
- дескриптор защиты указывает, кто и какие права имеет на данный файл или папку;
- данные - хранятся данные самих файлов. Если файл короткий, то все данные в этом месте. Если файл большого размера, то его часть хранится в поле данной таблицы MFT, а оставшаяся часть хранится в любой другой области, и на эту область дается ссылка в MFT.
Файловая система NTFS поддерживает высокий уровень безопасности (на каждый файл можно установить дескриптор защиты для копирования, на чтение, запись, модификацию и т. д.), причем для разных групп пользователей можно установить различные права.
Классификация операционных систем
Известно большое количество операционных систем для ПЭВМ. В различных моделях ПК используются системы с разной архитектурой и возможностями.
Большинство ОС модифицируются и совершенствуются в направлении исправления ошибок и включения новых возможностей. В целях сохранения преемственности новая модификация операционной системы не переименовывается, а приобретает название версии. Версии ОС обозначаются (как правило) "десятичной дробью" вида 6.00, 2.1, 3.5 и т.д. При этом увеличение цифры до точки отражает существенные изменения, вносимые в ОС, а увеличение цифр стоящих после точки - незначительные изменения. Чем больше номер версии, тем большими возможностями обладает система.
Операционные системы можно классифицировать по различным признакам: числу решаемых задач, одновременно работающих пользователей, коли--честву поддерживаемых процессоров, по поддержке сетевой работы, базовому общению пользователя с системой, типу аппаратной платформы, числу разрядов адресной шины и др.
Первые ОС для персональных компьютеров относились к локальным ОС, т.к. они устанавливались на отдельных несвязанных между собой компьютерах и организовывали работу одного конкретного ПК. К локальным ОС относились операционная система MS DOS, ранние версии OS/2.
В 90-е годы практически все операционные системы, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. Сетевые операционные системы, позволяют не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами сети. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.
Сетевые ОС должны выполнять функции обычных ОС (доступ к диску, хранение файлов, использование памяти), а также функции защиты данных, размещенных на файловых серверах, от несанкционированного доступа и управлять правами пользователей.
Сетевые функции сегодня встраиваются в ядро ОС, являясь ее неотъемлемой частью. Операционные системы получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных и сетей, а также средства для создания составных сетей.
Особое внимание в течение всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым операционным системам. Их дальнейшее развитие представляет одну из наиболее важных задач и в обозримом будущем. Корпоративная операционная система отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, которые характерны для больших предприятий, имеющих отделения в десятках городов и, возможно, в разных странах. Таким сетям органически присуща высокая степень гетерогенности (неоднородности по составу) программных и аппаратных средств, поэтому корпоративная ОС должна взаимодействовать с операционными системами разных типов и работать на различных аппаратных платформах. К настоящему времени достаточно явно определились лидеры в классе корпоративных ОС - это Novell NetWare, Microsoft Windows NT и Windows 2000, Windows ХР, Windows 7, Windows 10, а также UNIX-системы различных производителей аппаратных платформ.
Для корпоративной ОС очень важно наличие средств централизованного администрирования и управления, позволяющих в единой базе данных хранить учетные записи о десятках тысяч пользователей, компьютеров, коммуникационных устройств и модулей программного обеспечения, имеющихся в корпоративной сети. В современных операционных системах средства централизованного администрирования обычно базируются на единой справочной службе.
Операционные системы могут быть классифицированы как клиентские и серверные.. Серверные ОС устанавливаются на центральных компьютерах сети, называемых серверами, а клиентские ОС организуют работу рабочих станций
ОС для персональных компьютеров делятся на:
*одно- и многозадачные (в зависимости от числа параллельно выполняемых процессов);
*одно- и многопользовательские (в зависимости от числа пользователей, одновременно работающих с ОС). Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других;
*переносимые и непереносимые на другие типы компьютеров;
• сетевые и несетевые, обеспечивающие работу в локальной вычислительной сети ЭВМ;
*8-разрядные, 16-разрядные, 32-разрядные, 64-разрядные, в зависимости от разрядности кода ОС.
На персональных ЭВМ типа IBM PC наибольшее распространение получили следующие операционные системы:
*MS DOS фирмы Microsoft или совместимые с ней операционные системы - PC DOS фирмы IBM и Novell DOS фирмы Novell. Это 16- разрядные однозадачные ОС;
*OS/2 и Windows 95;
*UNIX, Windows NT .
Оболочки — это программы, созданные для упрощения работы со сложными программными системами. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.
Самая популярная у пользователей IBM-совместимого ПК оболочка — пакет программ Norton Commander. Он обеспечивает:
• создание, копирование, пересылку, переименование, удаление, поиск файлов, а также изменение их атрибутов;
• отображение дерева каталогов и характеристик входящих в них файлов в форме, удобной для восприятия человека;
• создание, обновление и распаковку архивов (групп сжатых файлов);
• просмотр текстовых файлов;
• редактирование текстовых файлов;
• выполнение из её среды практически всех команд DOS;
• запуск программ;
• выдачу информации о ресурсах компьютера;
• создание и удаление каталогов;
• поддержку межкомпьютерной связи;
• поддержку электронной почты через модем.
Оболочка Norton Navigator — это набор мощных программ для управления файлами, расширяющий возможности Windows. Позволяет экономить время практически на всех операциях: поиск файлов, копирование и перемещение файлов, открытие каталогов.
Имеются также на рынке программных продуктов оболочки Windows Commander, FarMenedger и другие.
2. В настоящее время большинство компьютеров в мире работают под управлением той или иной версии операционной среды Windows фирмы Microsoft.
ОС семейства Windows являются многозадачными операционными системами, предоставляющими удобный графический интерфейс. Основными представителями данного семейства являются ОС Windows NT, ОС Windows 95, ОС Windows 98, Windows 2000, Windows ХР, Windows Vista, Windows 7, Windows 8.
В 1985 году фирмой Microsoft была выпущена первая версия графической оболочки Windows для MS DOS.
В 1990 году выпущена новая версия операционной оболочки Microsoft Windows 3.0, которая стала лучшим продуктом года. Кроме приятного интерфейса среда Windows представляла значительный комплекс услуг. Полностью поддерживалось все программное обеспечение, написанное для MS DOS.
Осенью 1993 года появилась новая 32 - разрядная многозадачная операционная система Windows NT. Она включает в себя профессиональные сетевые возможности для организации сетевой архитектуры "клиент-сервер" на различных аппаратных платформах.
В августе 1995 года появилась новая 32-разрядная операционная система Windows 95. Отличительной особенностью этой ОС является наличие вытесняющей многозадачности для 32-разрядных приложений, выполнение 16-разрядных приложений в режиме кооперативной многозадачности и полная совместимость с приложениями MS DOS. Новая файловая система позволяет пользоваться длинными (до 255 символов) именами.
Windows 98 отличается от Windows 95 тем, что в ней операционная система объединена с браузером Internet Explorer посредством интерфейса, выполненного в виде Web- браузера и оснащенного кнопками "Назад" и "Вперед" для перехода на предыдущую и последующую Web-страницы. Кроме этого, в ней улучшена совместимость с новыми аппаратными средствами компьютера, она одинаково удобна как для использования на настольных, так и на портативных компьютерах.
Windows 2000 Professional — операционная система нового поколения для делового использования на самых разнообразных компьютерах — от портативных до серверов. Эта ОС является наилучшей для ведения коммерческой деятельности в Интернете. Она объединяет присущую Windows 98 простоту использования в Интернете, на работе, в пути с присущими Windows NT надежностью, экономичностью и безопасностью.
Затем на рынке программных продуктов появились ОС Windows ХР, Windows Millenium и позднее Windows Vista, Windows 7.
Операционная система Windows 7 удобна, производительна и увлекательна. Улучшенные способы поиска и управления файлами, например списки переходов, и более наглядный просмотр на панели задач, помогают выполнять привычные задачи проще и быстрее. Windows 7 обеспечивает повышенную производительность и надежность для того, чтобы компьютер работал так, как вам надо. Благодаря поддержке 64- разрядных версий_можно полностью использовать преимущества новейших моделей мощных компьютеров, а эффективные компоненты, такие как домашняя группа, Windows Media Center и технология касания Windows, дадут новые возможности управления компьютером и файлами.
Фирма Microsoft разрабатывая новые версии ОС Windows, предлагает новые способы взаимодействия персонального компьютера с пользователем. Именно компьютера с пользователем, а не наоборот.
Microsoft предлагает оснастить персональный компьютер набором сенсоров, которые наряду со ставшей уже стандартом де-факто веб-камерой будут способны определять положение компьютера в пространстве, реагировать на перемещения пользователя относительно компьютера, отслеживать степень освещенности и свои географические координаты.
Парадигма от Microsoft, названная My PC My Way (что переводится, видимо, «Мой компьютер и мои передвижения»), предполагает активное использование как акселерометра и proximity-сенсора, так и датчика освещенности и GPS.
Среди возможных сценариев использования «My PC My Way» рассматривается, например, автоматическая постановка игры на паузу, в случае если пользователь отворачивается или отходит от компьютера. Кроме того, рассматривается сценарий автоматического включения сенсорных функций экрана при приближении к нему руки пользователя, определение компьютером своего местоположения (например, дом или офис) и автоматической настройки рабочего окружения операционной системы. Не забыто и автоматическое управление настройкой яркости экрана, контрастности, цветопередачи и шрифтового оформления в зависимости от условий, где эксплуатируется компьютер (например, при ярком солнечном свете).
Windows 8 предполагает использование веб-камеры для процедуры регистрации в системе. Причем планируется поддержка определения сразу нескольких пользователей
Сценарии этой парадигмы предполагают автоматическую регистрацию пользователя в системе на основе технологии распознавания его лица, настройку нескольких сеансов работы, в случае приближения к компьютеру нескольких пользователей, имеющих аккаунт в Windows 8. Не забыта и автоматическая блокировка функций компьютера при приближении к нему незнакомых личностей.
Главные фишки Windows 8, рассмотренные выше, требуют мощных вычислительных ресурсов, а также самых высокоскоростных коммуникационных возможностей. Разработчики аппаратного обеспечения не сидят сложа руки. Уже сейчас четырех- и даже восьмиядерные процессоры лежат на прилавках магазинов, а через пару лет Intel и AMD обещают наводнить рынок 48-ядерными процессорами с 128-разрядной шиной данных. Для чего нужна вся эта мощь? Именно для того, чтобы персональный компьютер стал более покладистым при взаимодействии с пользователем.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 26; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!