Лекция 1 ОС среды W2007. Лекция 1 Общие сведения об операционных системах Основные принципы и понятия
 Скачать 66.22 Kb.
|
Операционные системы и среды.Лекция 1.1.1 Общие сведения об операционных системахОсновные принципы и понятия. Функции и состав ОС Функции ОС Операционная система – это набор программ, обеспечивающий организацию вычислительного процесса ЭВМ. Основные задачи ОС следующие: увеличение пропускной способности ЭВМ (за счет организации непрерывной обработки потока задач с автоматическим переходом от одной задачи к другой и эффективного распределения ресурсов ЭВМ по нескольким задачам); уменьшение времени реакции системы на запросы пользователей и получение пользователями ответов от ЭВМ; упрощение работы разработчиков программных средств и сотрудников обслуживающего персонала ЭВМ (за счет предоставления им значительного количества языков программирования и разнообразных сервисных программ). По современным представлениям ОС должна уметь делать следующее: обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение (этот пункт не относится к ОС, предназначенным для прошивки в ПЗУ). обеспечивать управление памятью. В простейшем случае это указание единственной загруженной программе адреса, на котором кончается память, доступная для использования, и начинается память, занятая системой. В многопроцессорных системах это сложная задача управления системными ресурсами. обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски, флэш-память и т.д. Как правило, ОС управляет свободным пространством на этих носителях и структурирует пользовательские данные в виде файловых систем. предоставлять более или менее стандартизованный доступ к различным периферийным устройствам, таким как терминалы, модемы, печатающие устройства и т.д. предоставлять некоторый пользовательский интерфейс. Часть систем ограничивается командной строкой, в то время как другие на 90% состоят из интерфейсной подсистемы. Существуют ОС, функции которых этим и исчерпываются. Одна из хорошо известных систем такого типа – дисковая операционная система MS-DOS. Более развитые ОС предоставляют также следующие возможности: параллельное (или псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор) исполнение нескольких задач; организацию взаимодействия задач друг с другом; организацию межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов; защиту системных ресурсов, данных и программ пользователя, исполняющихся процессов и самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ; аутентификацию (проверку того, что пользователь является тем, за кого он себя выдает); авторизацию(проверка, что тот, за кого себя выдает пользователь, имеет право выполнять ту или иную операцию) и другие средства обеспечения безопасности. 1.1.2 Классификация ОСОС могут классифицироваться по следующим показателям: количество пользователей: однопользовательские ОС (MS-DOS, WINDOWS) и многопользовательские (VM, UNIX) доступ: пакетные(OS360), интерактивные (WINDOWS, UNIX), системы реального времени(QNX, RSX) количество решаемых задач: однозадачные ОС (MS-DOS) и многозадачные ОС (WINDOWS, UNIX) ОС предназначена для выполнения следующих основных (тесно взаимосвязанных) функций: управление данными; управление задачами; связь с человеком-оператором. В различных ОС эти функции реализуются в различных масштабах и с помощью разных технических, программных, информационных методов и средств. Структурно ОС представляет собой совокупность программ, управляющих ходом работы вычислительной машины, идентифицирующих прикладные программы и данные и осуществляющих связь между машиной и оператором. ОС повышает производительность вычислительного комплекса за счет гибкой организации прохождения потока задач через машину; равномерной загрузки оборудования; оптимального использования всех ресурсов ЭВМ, стандартной организации хранения в машине больших массивов данных при наличии разнообразных способов доступа к ним. В состав системного программного обеспечения входят также сервисные программы, которые предназначены для проверки исправности блоков ЭВМ, обнаружения и локализации отказов устройств и устранения их влияния на работу системы в целом. 1.1.3 Программы ОС Программы ОС постоянно (резидентно) занимают в оперативной памяти объём, установленный при конфигурировании системы. Остальные части ОС по мере необходимости вызываются из внешней памяти. ОС обеспечивает осуществление в вычислительной системе следующих процессов: обработки задач; работы системы в режиме диалога и квантовом времени; работы системы в реальном масштабе времени в составе многопроцессорных и многомашинных комплексов; связи оператора с системой; протоколирования хода выполнения вычислительных работ; обработки данных, поступающих по каналам связи; функционирования устройств ввода-вывода; использования широкого набора средств отладки и тестирования программ; планирования прохождения задач в соответствии с их приоритетами; ведения учета и контроля за использованием данных, программ и ресурсов ЭВМ. Основные компоненты ОС – управляющие и обрабатывающие программы. Управляющие программы управляют работой вычислительной системы, обеспечивая в первую очередь автоматическую смену заданий для поддержания непрерывного режима работы ЭВМ при переходе от одной программы к другой без вмешательства оператора. Управляющая программа определяет порядок выполнения обрабатывающих программ и обеспечивает необходимым набором услуг их выполнения. Основные функции управляющей программы: последовательное или приоритетное выполнение каждой работы (управление задачами); хранение, поиск и обслуживание данных независимо от их организации и способа хранения (управление данными). Программы управления задачами считывают входные потоки задач, обрабатывают их в зависимости от приоритета, инициирует одновременное выполнение нескольких заданий; вызывают процедуры; ведут системный журнал. Программы управления данными обеспечивают способы организации, идентификации, хранения, каталогизации и выборки обрабатываемых данных. Эти программы управляют вводом – выводом данных с различной организацией, объединением записей в блоки и разделением блоков на записи, обработкой меток томов и наборов данных. Программы управления восстановлением после сбоя обрабатывают прерывания от систем контроля, регистрирует сбои в процессоре и внешних устройствах, формируют записи о сбое в журнале, анализирует возможность завершения затронутой сбоем задачи и переводят систему в состояние ожидания, если завершение задачи невозможно. Конфигурация системы. Прикладная программа в операционных системах может получить от ОС в процессе своей работы характеристики конкретной реализации системы, в среде которой она функционирует: имя, версию и редакцию операционной системы, тип и технические характеристики компьютера. В ОС обычно имеются средства локализации, позволяющие настроить систему на конкретное национальное (местное) представление данных: представление десятичных дробей, денежных величин, даты и времени. 1.1.4 Управление данными в операционных системах Управление данными включает следующие компоненты: долговременное планирование - организацию размещения данных на внешних носителях, их выборку и представление пользовательским программам; оперативное управление - распределение оперативной памяти под программы и данные, реализацию обмена данными между оперативной и внешней памятью; управление внешними устройствами ввода-вывода и размещения данных. Внешние устройства ЭВМ Типовая конфигурация внешних устройств (ВУ) IBM PC – совместимых ПЭВМ включает: экран, клавиатура, накопители на магнитных дисках, принтер и т.д. Контроллеры ВУ представляют собой стандартного размера электронные платы (интерфейсные карты, адаптеры и т.д.). Практически все устройства требуют для своей работы программной поддержки – запуска и непрерывного функционирования специальных программ – драйверов устройств. В настоящее время основным видом накопителя является НМД (накопитель на магнитных дисках), но также используется НМЛ (накопитель на магнитных лентах), в основном для резервного (архивного) хранения (стримеры). В состав внешних запоминающих устройств ЭВМ входят такие, как НГМД, оптические диски, флэш-карты. Понятие файл появилось впервые в операционной системе OS/360 (IBM), причем в ранних версиях системы «настоящим файлом» считался только массив перфокарт, данные на МД и МЛ обозначались как DS (Data Set – набор данных). В последующих ОС (RSX, UNIX, DOS), файлами становятся именованные организационные наборы данных на любых носителях и устройствах, за сохранность и обновляемость которых (а также передачу в прикладные программы/из прикладных программ) и несет ответственность ОС ЭВМ. Цикл обработки файла включает следующие операции: открытие файла – занятие устройства, на котором файл размещён (МД), создание в оперативной памяти (ОП) управляющего блока, в котором записывается; считывание (ввод) порции (блок) данных с накопителя (ВУ) и помещение его в область ОП (буфер); извлечение данных из буфера, их обработка и помещение обратно или в другой (выходной) буфер; после окончания обработки – вывод (запись) результатов на выходной накопитель также в форме одного или нескольких блоков. На уровне ОС осуществляется связь между адресом данных и именем (файла). В эпоху до появления ОС и систем программирования программист должен был писать программы в непосредственных адресах ЭВМ Например, 10 00 1234 7653 – сложить содержимое адреса 1234 с содержимым адреса 7653 и записать по адресу 7653. При этом управление данными на внешних носителях состояло в написании команд вида: 45 00 1200 000 47 00 0002 1234 – на устройстве накопления данных на МЛ перемотать ленту на 12 зон (блоков), затем прочитать 2 зоны в ОП, размещая данные с адреса 1234. ОС избавляет программиста от таких забот, предоставляя возможность оперировать файлами и именами. Для OS/360 UNIT = SYSDA, VOL=SER=MASTER, DSN=SYS 2.PGMLIB (COPIER3), что означает набор данных (файл), который размещён на устройстве прямого доступа (НМД=SYSDA), причем пакет дисков имеет имя (метку) MASTER, имя файла состоит из группового обозначения (SYS2) и индивидуального PGMLIB, причем последнее соответствует состоящему из разделов файлу, раздел которого COPIER3 и является описываемым файлом. Для ОС RSX 11/20 Устройство:[g, n] имя. расширение; версия где устройство – идентификатор устройства - [g, n] – каталог, идентификатор пользователя, состоящий из имени (номера), группы (g) и имени пользователя в группе (n); - имя - выбираемое пользователем наименования (не более 8 символов) - расширения – идентификатор файла (не более 3 символов). Пример: DPO: [1, 7] ADABAS.TSK; 1 UNIX. ROOT/USP/SPP/EXPERT 2.C 4) MS-DOS C:\ WIN 98_SE\PROGRAMS\command.com В начале для большинства ОС были установлены ограничения на длину и состав имени файла: имя может содержать только символы заглавной латиницы; цифры и подчеркивание; имя должно начинаться с буквы; длина имени файла не более 8 символов; длина расширения не более 3. В дальнейшем эти ограничения во многом стали сниматься: появилось понятие длинного имени, включающего запрещенные символы. 1.1.5 Операционная система как интерфейс между пользователем и компьютером Связь с оператором В общем случае, конечно, следует говорить о связи с внешней средой, поскольку, например, при использовании ЭВМ в системах управления технологическими комплексами (производство, летательные аппараты, корабли и пр.) человек может быть исключен (полностью или частично) из контура управления и внешними устройствами ЭВМ, будут датчики (скорости, высоты, давления, температуры) и эффекторы (приводы рулей, манипуляторы, сервомоторы вентилей и пр.). Связь с пользователем, сокращенно поименованная здесь как связь с оператором, — как говорят англичане, last but not least — последняя в списке, но не по важности функция ОС. Типология связи с человеком определяется как уровнем развития программного обеспечения, так и техническими средствами. Связь с пользователем включает: командный (или иной) интерфейс по управлению системными процессами в вычислительной системе (собственно функции оператора ОС). Пользователь (привилегированный) осуществляет запуск-останов программ, подключение-отключение устройств и прочие релевантные операции; интерфейс по управлению пользовательскими процессами (контроль состояния процесса, ввод-вывод данных в процесс / из процесса). В состав пользователей в общем случае включаются следующие группы лиц, контактирующих с системой: администратор системы: лицо или группа, отвечающая за сопровождение данных, назначение уровней доступа, включение/исключение пользователей; оператор системы, осуществляющий сопровождение вычислительного процесса; прочие пользователи (не обладающие привилегиями доступа к данным), в том числе: - операторы подготовки данных (ОПД) — персонал, осуществляющий ввод данных с рабочих листов или документов, на основе соответствующих инструкций, в среде специальных программных интерфейсов; - интерактивные пользователи (ИП) — лица, имеющие доступ на ввод, коррекцию, обновление, уничтожение и чтение данных в рамках, как правило, ограниченной области БД; - конечные пользователи (КП) — лица, использующие БД для получения справок и решения задач. Очевидно, что именно оператор ЭВМ является естественным пользователем ОС; все же прочие пользователи становятся таковыми лишь вследствие расширения функций пользователя в связи с интеграцией (особенно в случае персональных ЭВМ) функций конечного пользователя, администратора системы и оператора. Интерфейс — это способ общения пользователя с персональным компьютером, пользователя с прикладными программами и программ между собой. Интерфейс служит для удобства управления программным обеспечением компьютера. Интерфейсы бывают однозадачные и многозадачные, однопользовательские и многопользовательские. Интерфейсы отличаются между собой по удобству управления программным обеспечением, то есть по способу запуска программ. Существуют универсальные интерфейсы, допускающие все способы запуска программ, например Windows 3.1, Windows 95. Например, Windows 95 позволяет реализовать несколько способов запуска программ, в том числе позволяет запускать программы при помощи меню кнопки Пуск. Разновидности интерфейсов.Интерфейсы отличаются по способу доступа к командным файлам программ. Командный (текстовый) интерфейс.Всякая операционная система имеет командный интерфейс (иногда в скрытой форме). В первой из ОС (OS/360) взаимодействие с пользователями было жестко поделено между следующими компонентами: командный язык оператора ЭВМ (лицо, ответственное за управление вычислительным процессом). Это язык диалогового режима — команды запуска-остановки задач, привязки носителей информации к устройствам, получения информации о заданиях, ожидающих выполнения, вывода, наличии свободной памяти и свободных устройств и др.; язык управления заданиями (JCL — Job Control Language), на котором прочие пользователи (программисты, разработчики и просто конечные пользователи) описывали состав и структуру процесса обработки данных — последовательность запуска программ, входные и выходные файлы, условия, при которых те или иные программы должны быть выполнены или пропущены и др. Это язык пакетной обработки, не допускающий вмешательства пользователя в собственно процесс вычислений, компиляции и пр. По мере развития ЭВМ, ОС, появления и широкого распространения диалоговых устройств (видеотерминалов) в последующих ОС произошла интеграция данных компонент в единый командный язык. Для разграничения между командами оператора, администратора, конечного пользователя используются методы разделения доступа и назначения привилегий, в то время как формат команд является достаточно единообразным. Далее, после распространения ПЭВМ данное разграничение сошло на нет (в ОС MS-DOS), поскольку пользователь ПК в едином лице соединяет функции оператора, администратора, конечного пользователя. Затем с появлением локальных сетей и более мощных ПК, работающих в многопользовательских режимах, в сетевых ОС и ОС ПЭВМ, вновь организуется разграничение доступа и т. д. Таким образом, данный процесс является циклическим (точнее, спиралевидным). Формат командной строки. Командная строка включает в себя: тип операции (имя команды или программы); рабочий вход (входные файлы или устройства); рабочий выход (выходные файлы или устройства); управляющий вход (управляющие параметры или ключи команды); управляющий выход (обычно — протокол, содержащий диагностику ошибок, код завершения или другую информацию). Текстовый или графический полноэкранный интерфейс. Он имеет, как правило, в верхней части экрана систему меню с подсказками. Меню часто бывает выпадающим (ниспадающим — pull-down). Для управления компьютером курсор экрана или курсор мыши после поиска в дереве каталогов устанавливается на командные файлы программ (*.ехе, *.com, *.bat) и для запуска программы нажимается клавиша Графический многооконный пиктографический интерфейс. Представляет собой рабочий стол (DeskTop), на котором располагаются пиктограммы (значки или иконки программ). Все операции производятся, как правило, мышью. Для управления компьютером курсор мыши подводят к пиктограмме и запуск программы осуществляют щелчком левой кнопки мыши по пиктограмме. Это наиболее удобный и перспективный интерфейс, особенно при работе с программами. Примеры: интерфейс компьютеров Apple Macintosh, Windows 3.1, Windows 95/98, OS/2, Windows ХР. |