Учебник Информатика. Базовый курс. Симонович С.В.. С. В. Симоновичаинформатикабазовый курс2е издание
 Скачать 17.96 Mb.
|
|
Вопросы надежности От того, как операционная система управляет работой приложений, во многом зави- сит надежность всей вычислительной системы. Операционная система должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользо- вателя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. При этом требование надежности операционной системы может входить в противоре- чие с требованием ее универсальности. 1 08 Глава 4. Функции операционных систем персональных компьютеров У операционных систем семейства Windows последних поколений долгое время наблюдались две линии развития. В линию универсальных операционных систем входили Windows 95, Windows 98 и Windows Me. Эти системы могут испытывать общесистемные сбои из-за работы с приложениями, недостаточно четко соблюдаю- щими спецификацию операционной системы. Операционные системы Windows NT и Windows 2000 обладают повышенной устойчивостью и не выходят из строя при сбое приложений. Однако они менее универсальны, и, соответственно, парк доступ- ных приложений для них ограничен. Попытка объединить достоинства обеих линий сделана в операционной системе Windows Эта система активно распространяется по массовым много- целевым вычислительным системам, но постепенно проникает и на специализи- рованные рабочие места, где требуется повышенная надежность при ограничении круга используемых программ. Установка приложений Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти операцию, называемую установкой. Необходимость в установке связана с тем, что разработ- чики программного обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппарат- ной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой предстоит работать их программам. Таким образом, (установоч- ный пакет) программного обеспечения, как правило, представляет собой не закон- ченный программный продукт, а полуфабрикат, из которого в процессе установки на компьютере формируется полноценное рабочее приложение. При этом осущест- вляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу именно в этой среде. Устаревшие операционные системы (например, MS-DOS) не имеют средств для управления установкой приложений. Единственное средство, которое они предо- ставляют, — возможность запуска устанавливающей программы, прилагаемой к дистрибутивному комплекту. Такая установка отличается крайней простотой, но и невысокой надежностью, поскольку правильность привязки приложения к окру- жающей программно-аппаратной среде зависит от того, разработчик устанавливающей программы сумел заранее предусмотреть возможные варианты конфигурации вычислительной системы конкретного пользователя. Современные графические операционные системы берут на себя управление уста- новкой приложений. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между приложениями, обеспечивают доступ устанавливаемых приложе- ний к драйверам устройств вычислительной системы, формируют общие ресурсы, которые могут использоваться разными приложениями, выполняют регистрацию установленных приложений и выделенных им ресурсов. Удаление приложений Процесс приложений, как и процесс установки, имеет свои особенности и может происходить под управлением вычислительной системы. В таких операци- онных системах, где каждое приложение самообеспечено собственными ресурсами 4.6. Взаимодействие с аппаратным обеспечением 109 (например, в MS-DOS), его удаление не требует специального вмешательства опера- ционной системы. Для этого достаточно удалить каталог, в котором размещается приложение, со всем его содержимым. В операционных системах, реализующих принцип совместного использования ресурсов (например, в системах семейства Windows), процесс удаления приложений имеет особенности. Нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, на которые другие приложения, даже если эти ресурсы были когда-то установлены вместе с удаляемым приложением. В связи с этим удаление приложений происходит под строгим контролем операционной сис- темы. Полнота удаления и надежность последующего функционирования операци- онной системы и оставшихся приложений во многом зависят от корректности уста- новки и регистрации приложений в реестре операционной 4.6. Взаимодействие с аппаратным обеспечением Средства аппаратного обеспечения вычислительной техники отличаются гигант- ским многообразием. Существуют сотни различных моделей видеоадаптеров, зву- ковых карт, мониторов, принтеров, сканеров и прочего оборудования. Ни один разработчик программного обеспечения не в состоянии предусмотреть все вари- анты взаимодействия своей программы, например, с печатающим устройством. Гибкость аппаратных и программных конфигураций вычислительных систем под- держивается за счет того, что каждый разработчик оборудования прикладывает к нему специальные программные средства управления — драйверы. Драйверы имеют точки входа для взаимодействия с прикладными программами, а диспетчеризация обращений прикладных программ к драйверам устройств это одна из функций операционной системы. Строго говоря, выпуская устройство, например модем, его разработчик прикладывает к нему несколько драйверов, предназначенных для основных операционных систем, как-то: MS-DOS, Windows Linux и т; п. В операционных системах устройств загружаются резидент- ные программы, напрямую работающие с процессором и другими устройствами материнской платы. Здесь участие операционной системы сводится лишь к тому, чтобы предоставить пользователю возможность загрузки драйвера далее он сам перехватывает прерывания, используемые для обращения к устройству, и управ- ляет его взаимодействием с вызывающей программой. Загрузка драйверов уст- ройств может быть ручной или При загрузке после перво- начальной загрузки компьютера пользователь сам выдает команды на загрузку драйверов. В автоматическом режиме команды на загрузку и настройку драйверов включаются в состав файлов, автоматически читаемых при загрузке компьютера. В MS-DOS такие файлы называются файлами конфигурации; их всего два — это файлы autoexec.bat и config.sys. В них прежде всего включают команды загрузки драйвера мыши, дисковода CD-ROM, звуковой карты, расширенной памяти (опе- ративная память, лежащая за пределами 1 Мбайт, рассматривается в MS-DOS как дополнительное устройство и требует специального драйвера), а также прочих уст- ройств. Глава 4. Функции операционных систем персональных компьютеров В операционных системах семейства Windows операционная система берет на себя все функции по установке драйверов устройств и передаче им управления от прило- жений. Во многих случаях операционная система даже не нуждается в драйверах, полученных от разработчика устройства, а использует драйверы из собственной базы данных. Наиболее современные операционные системы позволяют управлять не только установкой и регистрацией программных драйверов устройств, но и процессом аппа- ратно-логического подключения. Каждое подключенное устройство может исполь- зовать до трех аппаратных ресурсов устройств материнской платы: адресов внеш- них портов процессора, прерываний и каналов прямого доступа к памяти. При некоторых способах подключения устройства к материнской плате (например, через шину есть техническая возможность организовать между ним и материнской платой обратную связь. Это позволяет операционной системе анализировать требо- вания устройств о выделении им ресурсов и гибко реагировать на них, исключая захват одних и тех же ресурсов разными устройствами. Такой принцип динамиче- ского распределения ресурсов операционной системой получил название а устройства, удовлетворяющие этому принципу, называются самоустанав- ливающимися. Устройства, подключаемые по устаревшим шинам, не являются самоустанавлива- ющимися. В этом случае операционная система не может выделять им ресурсы динамически, но, тем не менее, при распределении ресурсов для самоустанавлива- ющихся устройств она учитывает ресурсы, захваченные ими. 4.7. Обслуживание компьютера Предоставление основных средств обслуживания компьютера — одна из функций операционной системы. Обычно она решается внешним образом — включением в базовый состав операционной системы первоочередных служебных приложений. Средства проверки дисков Надежность работы дисков (особенно жесткого диска) определяет не только надеж- ность работы компьютера в целом, но и безопасность хранения данных, ценность которых может намного превышать стоимость самого компьютера. Поэтому нали- чие средств для проверки дисков является обязательным требованием к любой операционной системе. проверки принято рассматривать в двух категориях: средства логической проверки, то проверки целостности файловой структуры, и средства физи- ческой диагностики поверхности. Логические ошибки, как правило, устраняются средствами самой операционной системы, а физические дефекты поверхности только локализуются — операционная система принимает во внимание поврежде- ния магнитного слоя в определенных секторах и исключает их из активной работы. Возможность возникновения логических ошибок зависит типа файловой сис- темы. Например, схема организации работы в системе вообще исключает 4.7. Обслуживание компьютера возникновение внутренних несоответствий в логической если не при- нимать во внимание возможность физического сбоя в процессе записи. В системе на основе логические ошибки файловой структуры имеют два харак- терных проявления: это потерянные кластеры общие кластеры. Потерянные кластеры образуются в результате неправильного (или аварийного) завершения работы с компьютером. Так, например, ни в одной операционной системе нельзя выключать компьютер, если на нем запущены приложения, осуществляющие обмен информацией с дисками. Кроме того, в операционных системах Windows также нельзя выключать компьютер, если не исполнена специальная процедура завер- шения работы с операционной системой. Механизм образования потерянных клас- теров выглядит так: • во время работы с файлом приложение манипулирует кластерами, занимая или освобождая их, и регистрирует сведения об этом в но не запи- сывает полные сведения о файле в каталог; • если при завершении работы с приложением происходит сохранение результа- тов деятельности, оно вносит окончательные изменения в ОДГ-таблицы и регис- трирует данные, записанные в кластерах, как файл в каталоге; • если при завершении работы с приложением файл уничтожается, информация не фиксируется в каталоге, а использованные кластеры освобождаются; • если компьютер выключается до завершения работы с приложением, кластеры остаются помеченными как «занятые», но ссылки на них в каталоге не создается, так что согласно данным этим кластерам не соответствует ни один файл. Ошибка, связанная с потерянными кластерами, легко парируется средствами опе- рационной системы. При этом можно либо полностью освободить данные кластеры, либо превратить их в полноценные файлы, которые можно просмотреть в поисках ценной информации, утраченной во время сбоя. Ошибка, проявляющаяся как общие кластеры, характеризуется тем, что, согласно данным два или более файлов претендуют на то, что их данные нахо- дятся в одном и том же месте диска. При нормальной работе такой быть не может, и это свидетельствует об ошибке в ОДГ-таблицах. Причиной появления общих кластеров может стать самопроизвольное изменение данных в или некорректное восстановление ранее удаленных данных с помощью внесистем- ных средств. Некорректность может быть обусловлена нарушением порядка опера- ций восстановления данных или неадекватностью средств восстановления данных (например, использованием средств MS-DOS восстановления файлов, запи- санных средствами Windows). Ошибка, связанная с общими кластерами, парируется повторной записью обоих конфликтующих файлов. Один из них обязательно испорчен и последу- ющему удалению, но велика вероятность того, что испорчены оба файла. Дополнительно к вышеуказанным логическим ошибкам операционные системы семейства Windows определяют логические ошибки, связанные с некорректной Глава 4. Функции операционных систем персональных компьютеров записью даты создания файла и с представлением «короткого» имени файла для заданного «длинного» имени. В операционной системе дисков, содержащих системную или служебную информацию рассматривается как опасная операция, способная поставить дальнейшую работу компьютера под угрозу. В этом случае проверка не выполняется немедленно, а назначается на время очередной переза- грузки системы. Такая же проверка системных дисков обычно производится и в слу- чае аварийного отключения или аварийной перезагрузки Средства «сжатия» дисков Некоторые операционные системы предоставляют служебные средства для про- граммного «сжатия» дисков путем записи данных на диск в уплотненном виде посредством специального драйвера (резидентного для MS-DOS или работающего в фоновом режиме для Windows). Механизм работы этих средств будет рассмотрен в главе 14. Средства управления виртуальной памятью Ранние операционные системы ограничивали возможность использования прило- жений по объему необходимой для их работы оперативной памяти. Так, например, без специальных драйверов {менеджеров оперативной памяти) операционные сис- темы MS-DOS ограничивали предельный размер исполняемых программ величиной около 640 Кбайт. Современные операционные системы не только обеспечивают непосредственный доступ ко всему полю оперативной памяти, установленной в компьютере, но и позво- ляют ее расширить за счет создания так называемой виртуальной памяти на жест- ком диске. Виртуальная память реализуется в виде так называемого файла подкачки. В случае недостаточности оперативной памяти для работы приложения часть временно опорожняется с сохранением образа на жестком диске. В процессе работы приложений происходит многократный обмен между основной установленной оперативной памятью и файлом подкачки. Поскольку электронные операции оперативной памяти происходят намного быстрее, чем механические операции взаимодействия с диском, увеличение оперативной памяти компьютера всегда благоприятно сказывается на ускорении операций и повышении произво- дительности всей вычислительной системы. Операционная не только берет на себя весь необходимый обмен данными между ОЗУ и диском, но и позволяет в определенной степени управлять размером файла подкачки вручную. Средства кэширования дисков Поскольку, как уже было отмечено, взаимодействие процессора с дисками компью- тера происходит намного медленнее операций с оперативной памятью, операционная система принимает специальные меры по сохранению части прочитанных с диска данных в оперативной памяти. В случае, если по ходу работы процессору вновь потребуется обратиться к ранее считанным данным или про- 4,8. Прочие функции операционных систем граммному коду, он может найти их в специальной области ОЗУ, называемой дис- ковым кэшем. В ранних операционных системах функции кэширования диска возла- гались на специальное внешнее программное средство, подключаемое через файлы конфигурации. В современных операционных системах эту функцию включают в ядро системы и она работает автоматически, без участия пользователя, хотя опре- деленная возможность настройки размера кэша за ним Средства резервного копирования данных Если на компьютере выполняется практическая работа, объем ценных (а зачастую и уникальных) данных нарастает с каждым днем. Ценность данных, размещенных компьютере, принято измерять совокупностью затрат, которые может понести владелец случае их утраты. Важным средством данных является регуляр- ное резервное копирование на внешний носитель. В связи с особой важностью этой задачи операционные системы обычно содержат базовые средства для выполнения резервного копирования. 4.8. Прочие функции операционных систем Кроме основных (базовых) функций операционные системы могут предоставлять различные дополнительные функции. Конкретный выбор операционной системы определяется совокупностью предоставляемых функций и конкретными требова- ниями к рабочему месту. Прочие функции операционных систем могут включать следующие: • возможность поддерживать функционирование локальной компьютерной сети без специального программного обеспечения; • обеспечение доступа к основным службам Интернета средствами, интегриро- ванными в состав операционной системы; • возможность создания системными средствами сервера Интернета, его обслу- живание и управление, в том числе дистанционное посредством удаленного соединения; • наличие средств защиты данных от несанкционированного доступа, просмотра и внесения изменений; • возможность оформления рабочей операционной системы, в том числе и средствами, относящимися к категории мультимедиа; • возможность обеспечения комфортной поочередной работы различных пользо- вателей на одном персональном компьютере с персональных настроек рабочей среды каждого из них и ограничением доступа к конфиден- циальной информации; • возможность автоматического исполнения операций по обслуживанию ком- пьютера и операционной системы в соответствии с заданным расписанием или под управлением удаленного сервера; • возможность работы с компьютером для лиц, имеющих физические недостатки, связанные с органами зрения, слуха и другими. Глава 4. Функции операционных систем персональных компьютеров Кроме всего вышеперечисленного, современные операционные системы могут включать минимальный набор прикладного программного обеспечения, которое можно использовать для исполнения простейших практических задач: • чтение, редактирование и печать текстовых документов; • создание и редактирование простейших рисунков; • выполнение арифметических и математических расчетов; • ведение дневников и служебных блокнотов; • создание, передача и прием сообщений электронной почты; • создание и редактирование факсимильных сообщений; . • воспроизведение и редактирование звукозаписи; • воспроизведение видеозаписи; • разработка и воспроизведение комплексных электронных документов, вклю- чающих текст, графику, звукозапись и видеозапись. Этим возможности операционных систем не исчерпываются. По мере развития аппаратных средств вычислительной техники и средств связи функции операцион- ных систем непрерывно расширяются, а средства их исполнения совершенствуются. |