Курс лекций по дисциплине Операционные системы Часть 1 для студентов очного отделения специальностей 09. 02. 03 Программирование в компьютерных системах
 Скачать 229.5 Kb.
|
Поколения ОСОперационные системы на пути своего развития прошли через ряд изменений, вызванных сменой элементной базы компьютеров. 1 Нулевое поколение (1940-е годы) Операционных систем не существует. Все программы пишутся в машинных командах. Задачи организации вычислительного процесса решаются вручную каждым программистом с пульта управления ЭВМ. 2 Первое поколение (1950-е годы) Основная задача ОС 50-х годов - упрощение перехода с задачи на задачу (ОС пакетной обработки). Запущенная задача получала в свое распоряжение все ресурсы компьютера. После завершения каждой задачи (нормального или аварийного) управление ресурсами возвращалось ОС, которая приводила ЭВМ в состояние, позволяющее ввести и запустить следующую задачу, и обеспечивала ввод и запуск этой задачи. Главная цель такой ОС - сокращение времени на запуск программы и удаление ее из машины. Характеристики ОС первого поколения: пакетная обработка одного потока задач; наличие стандартных программ ввода/вывода; возможность автоматического перехода от программы к программе; средства восстановления после ошибок (очистка регистров машины после аварийного завершения задачи и запуск следующей при минимальном вмешательстве оператора); языки управления заданиями (возможность подробно описывать задания и требуемые ресурсы). 3 Второе поколение (начало 1960-х годов) Стали разрабатываться ОС с более широкими возможностями. Операционная система второго поколения является системой коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы или системой мультипроцессорного типа. Начали появляться методы, обеспечивающие независимость программирования от внешних устройств. В системах первого поколения выполняющаяся программа только малую часть от всего времени своей работы занимала процессор, а большая часть времени тратилась на ввод данных и вывод результатов. Это объяснялось существенным различием в скоростных характеристиках устройств ввода/вывода и ЦП. В системах второго поколения было использовано мультипрограммирование для устранения этого недостатка. Целью мультипрограммирования является повышение эффективности использования ЦП. В мультипрограммных вычислительных системах (ВС) в оперативной памяти находится одновременно несколько программ, а центральный процессор (ЦП) быстро переключается с выполнения одной программы на другую. Операционные системы второго поколения можно подразделить на системы разделения времени и системы реального времени. Системы разделения времени предоставляют пользователю возможность непосредственно взаимодействовать с компьютером при помощи терминалов, они функционируют в интерактивном (диалоговом) режиме. При этом исправление ошибок в программах осуществляется за минуты или секунды вместо часов и дней в системах пакетной обработки. Режим разделения времени способствует повышению производительности труда программиста. (MULTICS, TSS фирмы IBM). Системы реального времени используются в системах управления технологическими процессами, бортовых вычислительных системах и т.п. Системы реального времени часто работают с недогрузкой, т.к. для них важнее быть в состоянии постоянной готовности и быстро реагировать на предусмотренные события, чем просто быть занятыми большую часть времени. (CP-67/CMS фирмы IBM; VMOS фирмы RCA). 4 Третье поколение (середина 1960-х – середина 70-х) Операционные системы третьего поколения стали программной прослойкой между пользователями и аппаратурой ЭВМ. Они являются многорежимными, обеспечивающими обработку информации во всех известных режимах: пакетную обработку; разделение времени; режим реального времени; мультипроцессорный режим. Универсальность этих систем обусловила их громоздкость и дороговизну. Для работы с такими системами пользователю приходилось изучать сложные языки управления заданиями, чтобы уметь описывать задания и требуемые ресурсы (UNIX). 5 Четвертое поколение (середина 1970-х годов – 90-е) Появление четвертого поколения ОС связано с: распространением вычислительных сетей; появлением микропроцессора и персонального компьютера. Персональные компьютеры оснащаются интерфейсными средствами приема-передачи данных и могут использоваться в качестве терминалов мощных ВС. Нет необходимости взаимодействовать с одним компьютером в режиме разделения времени - можно обращаться к территориально распределенным машинам вычислительной сети. При этом усложнились проблемы защиты информации от возможного несанкционированного доступа. Операционные системы четвертого поколения имеют следующие особенности: дружественный интерфейс, ориентированный на неподготовленного пользователя и при помощи меню предоставляющий пользователю ряд альтернатив, выраженных на естественном языке; использование концепции виртуальных машин, благодаря которой пользователь избавлен от необходимости знать физические особенности машин и систем; он имеет дело с функциональным эквивалентом компьютера, создаваемым для него операционной системой и называемым виртуальной машиной; распределенная обработка данных: гораздо целесообразнее иметь вычислительные мощности там, где они необходимы, вместо того, чтобы передавать данные для обработки в вычислительные центры. 6 Особенности современного этапа развития ОС К началу 90-х гг практически все ОС стали сетевыми. Сетевые функции встраиваются в ядро ОС. Появились специализированные ОС, которые предназначены исключительно для выполнения коммуникационных задач. Во второй половине 90-х гг все производители ОС резко усилили поддержку средств работы с Интернетом. Компьютер превратился из чисто вычислительного устройства в средство коммуникаций с развитыми вычислительными возможностями. Особое внимание в последнее 10-летие уделялось корпоративным сетевым ОС. Такая ОС отличается способностью хорошо и устойчиво работать в крупных сетях, характерных для больших предприятий, имеющих отделения в десятках городов и в разных странах. Корпоративная ОС должна беспроблемно взаимодействовать с ОС разных типов и работать на различных аппаратных платформах. Очень велика роль единой справочной службы, важное значение имеют средства обеспечения безопасности ОС. Большое внимание уделяется повышению удобства работы человека. Современная ОС наряду с выполнением основных функций (эффективное управление ресурсами, обеспечение удобного интерфейса для пользователя и прикладных программ) должна поддерживать мультипрограммную обработку, виртуальную память, многооконный графический интерфейс пользователя и выполнять многие другие функции. Кроме того, ОС должна удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям: Расширяемость. Некоторые ОС существуют десятилетиями; очевидно, что при этом они должны модернизироваться, приобретать новые свойства, – например, поддерживать новые типы внешних устройств или новые сетевые технологии. Если код ОС написан таким образом, что дополнения и изменения могут вноситься без нарушения целостности системы, то такая ОС называется расширяемой. Расширяемость достигается за счет модульной структуры ОС, при которой программы строятся из набора отдельных модулей, взаимодействующих только через программный интерфейс (UNIX). Переносимость (многоплатформенность) – свойство кода ОС легко переноситься с процессора одного типа на процессор другого типа; а также с аппаратной платформы одного типа на аппаратную платформу другого типа. Такие ОС имеют несколько вариантов реализации для разных платформ. Совместимость. Понятие совместимости означает поддержку пользовательских интерфейсов других ОС, а также наличие средств для выполнения прикладных программ, написанных для других ОС. Для некоторых "долгоживущих" ОС (UNIX, MS-DOS, Windows) наработана широкая номенклатура приложений, часть из которых весьма популярна. Поэтому для пользователя, переходящего с одной ОС на другую, является очень важным наличие возможности запускать в новой ОС свои любимые приложения. Надежность и отказоустойчивость. Система должна быть защищена от внутренних и внешних ошибок, сбоев и отказов. Приложения не должны иметь возможности наносить вред системе. Надежность и отказоустойчивость определяются, прежде всего архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также отлаженностью кода. Безопасность. Современная ОС должна защищать данные и другие ресурсы вычислительной системы от несанкционированного доступа. Для этого она должна как минимум иметь в своем составе средства: аутентификации (определения легальности пользователей); авторизации (предоставления легальным пользователям дифференцированных прав доступа к ресурсам); аудита (фиксации всех "подозрительных" для безопасности системы событий). Производительность. ОС должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько это позволяет аппаратная платформа. На производительность ОС влияет много факторов, среди которых основными являются архитектура ОС, многообразие функций, качество программирования кода, возможность исполнения ОС на многопроцессорной платформе; эти же факторы являются определяющими и в остальных случаях, как уже было отмечено выше. |