Лекція 2

Основні поняття  та концепції операційних систем. Архітектура ОС. Файлові системи та їх організація

 

Поняття операційної системи (ОС)

 

Операційна система - це програма, яка завантажується при включенні комп'ютера і реалізує з користувачем, здійснює управління комп'ютером, його ресурсами (оперативною пам'яттю, місцем .на дисках і т.д.), запускає інші (прикладні) програми на виконання. Операційна система забезпечує користувачеві і прикладним програмам зручний спосіб спілкування (інтерфейс) з пристроями комп'ютера.

 

Основна причина необхідності операційної системи полягає в тому, що елементарні операції для роботи з пристроями комп'ютера і управління ресурсами комп'ютера - це операції дуже низького рівня, тому дії, які необхідні користувачеві і прикладним програмам, складаються з декількох сотень або тисяч таких елементарних операцій.

Наприклад, накопичувач на магнітних дисках “розуміє” тільки такі елементарні операції, як включити/виключити двигун дисковода, встановити головки, що читає, на певний циліндр, вибрати певну головку, що читає, прочитати інформацію з доріжки диска в комп'ютер і т.д. І навіть для виконання такої нескладної дії, як копіювання файлу з однієї дискети на іншу (файл - це пойменований набір інформації на диску або іншому машинному носієві), необхідно виконати тисячі операцій по запуску команд дисководів, перевірці їх виконання, пошуку і обробці інформації в таблицях розміщення файлів на дисках і т.д. Завдання ще ускладнюється наступним:

  • є близько десятка форматів дискет, і операційна система повинна уміти працювати зі всіма цими форматами. Для користувача робота з дискетами різного формату повинна здійснюватися абсолютно однаково;
  • файл на дискетах займає певні ділянки, причому користувач не винен нічого знати про те, які саме. Всі функції по обслуговуванню таблиць розміщення файлів, пошуку інформації в них, виділенню місця для файлів на дискетах виконуються операційною системою, і користувач може нічого не знати про них;
  • під час роботи програми копіювання може виникати декілька десятків різних особливих ситуацій, наприклад збій при читанні або записі інформації, неготовність дисководів до читання або запису, відсутність місця на дискеті для копійованого файлу і т.д. Для всіх цих ситуацій необхідно передбачити відповідні повідомлення і коректуючи дії.

 

Операційна система приховує від користувача ці складні і непотрібні подробиці і надає йому зручний інтерфейс для роботи. Вона виконує також різні допоміжні дії, наприклад копіювання або друк файлів. Операційна система здійснює завантаження в оперативну пам'ять всіх програм, передає їм управління на початку їх роботи, виконує різні дії по запиту виконуваних програм і звільняє займану програмами оперативну пам'ять при їх завершенні.

Існує декілька видів операційних систем: DOS, Windows, UNIX різних версій і ін. Найбільш поширеною є операційна система Windows. Існує декілька версій Windows: Windows-3.1, Windows-95, Windows-98, Windows-2000, Windows NT. Всі вони близькі між собою за змістом, тому надалі розглянемо операційні системи DOS і Windows-9х.

 

ОС має ефективно розподіляти ресурси. Під ресурсами розуміють процесорний час, дисковий простір, засоби доступу до зовнішніх пристроїв. ОС виступає в ролі менеджера цих ресурсів і надає їх прикладним програмам на вимогу.

Види розподілу ресурсів: просторовий (доступ декільком споживачам одночасно) і часовий (система ставить споживача в чергу і надає змогу користуватися всім ресурсом обмежений час).

 

Історія розвитку:

  • 50-ті роки – перші ОС – системи пакетної обробки;
  • 90-ті роки - ОС персональних комп’ютерів (багатозадачність, розробка з певної платформи).

 

Класифікація сучасних ОС:

  • ОС великих ЕОМ (мейн фреймів) – велика продуктивність – OS/390;
  • Серверні ОС – здатність обслуговувати велику кількість запитів користувачів до спільно використовуємих ресурсів – UNIX, Windows XP;
  • Персональні ОС – наймасовіша – платформа Windows;
  • ОС реального часу – для керування космічним кораблем, технологічним процесом – кожна операція повинна бути виконана в певний час - QNX, VxWorks;
  • Вбудовані ОС – керують мікропроцесорними системами – військова техніка, побутова електроніка, старт-карти…- Embedded Linux, Windows CE.

 

Функціональні компоненти ОС:

  • Керування процесами і потоками: процес – базова одиниця обчислювальної роботи або програма під час її виконання, поток – в рамках процесу наявність кількох послідовних інструкцій, які користувач виконує паралельно до самих процесів в ОС;
  • Керування пам’яттю (оперативною – основною, віртуальною – ця технологія дає можливість розміщувати в основній  тільки потрібні інструкції та дані);
  • Керування введенням-виведенням (драйвери та універсальний інтерфейс в/в, через який відбувається взаємодія із системою);
  • Керування файлами (дисковий простір надається у вигляді файлової системи);
  • Мережна підтримка (надаються локальні ресурси – дисковий простір, принтери – у загальне користування та звернення до ресурсів інших комп’ютерів як клієнт) + розподілені системи – дають змогу об’єднати ресурси декількох комп’ютерів;
  • Безпека даних (забезпечення надійності, захист від несанкціонованого доступу: аутентифікація – перевірка, чи є користувач тим, за кого себе видає та авторизація – перевірка прав користувача на виконання певної операції);
  • Інтерфейс користувача (командний та графічний).
 1  2