Диплом по информатике. Диплом. Темой данной письменной аттестационной работы являются характеристика и оценка возможностей операционных систем персональных компьютеров. Год за годом совершенствуются структура и возможности операционных систем
 Скачать 444.39 Kb.
|
1 2 Введение Темой данной письменной аттестационной работы являются характеристика и оценка возможностей операционных систем персональных компьютеров. Год за годом совершенствуются структура и возможности операционных систем. В состав новых операционных систем и новых версий уже существующих операционных систем вошли структурные элементы, которые внесли большие изменения в природу этих систем. Современные операционные системы отвечают требованиям постоянно развивающегося аппаратного и программного обеспечения. Они способны управлять работой многопроцессорных систем, высокоскоростных сетевых устройств и новейших запоминающих устройств, разнообразие типов которых постоянно увеличивается. Неуклонный рост требований к операционным системам приводит не только к улучшению их архитектуры, но и к возникновению новых способов их организации. Отличительной особенностью большинства операционных систем на сегодняшний день является большое монолитное ядро. Ядро операционной системы обеспечивает большинство ее возможностей, включая планирование заданий, работу с файловой системой, сетевые функции, работу драйверов различных устройств, управление памятью и т.д. Обычно монолитное ядро реализуется как единый процесс, все элементы которого используют одно и то же адресное пространство. В архитектуре микроядра ядру отводится лишь несколько самых важных функций, в число которых входят работа с адресными пространствами, обеспечение взаимодействия между процессами и основное планирование. Работу других сервисов операционной системы обеспечивают процессы, которые иногда называют серверами. Фактически микроядро взаимодействует с локальным и удаленным сервером по одной и той же схеме, что упрощает построение распределенных систем. Операционная система должна поддерживать симметричную многопроцессорную обработку данных, распределяя процессы или потоки между всеми процессорами. При этом повышается надежность работы, так как отказ одного из процессоров не приведет к остановке компьютера, потому что все процессоры могут выполнять одни и те же функции. После такого отказа система продолжит свою работу, хотя производительность ее несколько снизится. Также легко повышать производительность системы, добавляя в систему дополнительные процессоры. Одним из последних новшеств в устройстве операционных систем стало использование объектно-ориентированных технологий. Объектно-ориентированная структура помогает навести порядок в процессе добавления к основному небольшому ядру дополнительных модулей. На уровне операционной системы объектно-ориентированная структура позволяет программистам настраивать операционную систему, не нарушая ее целостности. Кроме того, этот подход облегчает разработку распределенных инструментов и полноценных распределенных операционных систем. На сегодняшний день многие фирмы внедряют современные ОС для оптимизации скорости работы и улучшения безопасности. 1. Концепция операционных систем 1.1 Назначение и основные функции ОС Давно ушли в прошлое времена компьютеров первых поколений, когда аппаратные средства были главным предметом вожделения специалистов. Всевозможные программные средства, которых, насчитывается уже сотни тысяч для компьютеров различных типов, можно разделить на несколько классов в зависимости от назначения: операционные системы; системы программирования; инструментальные программные средства, интегрированные пакеты; прикладные программы. Особое место среди программных средств занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения. Операционная система - это комплекс программ, обеспечивающих: управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера; управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными; пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд - операций по обработке информации. Операционные системы - наиболее машинно-зависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или, как еще говорят, обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера. В той мере, в какой это необходимо для понимания функций операционных систем, аппаратную часть компьютера можно представлять себе состоящей из следующих элементов: центрального процессора, имеющего определенную архитектуру и характеризующегося производительностью, т.е. количеством простейших операций, выполняемых в единицу времени, а также другими качествами; оперативной памяти, характеризующейся емкостью (объемом) и скоростью обмена данными (прежде всего с центральным процессором); периферийных устройств, среди которых имеются - устройства ввода и устройства вывода; внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с лентами и др.); мультимедийные устройства. Все эти аппаратные устройства обобщенно называют ресурсами компьютера. За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые операционные системы были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства. По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими. Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. При многозадачном режиме: в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей; время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором; параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами. Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала. Операционные системы могут классифицироваться по следующим показателям: количество пользователей: однопользовательские ОС (Ms-DOS, Windows) и многопользовательские ОС (VM, UNIX); доступ: пакетные (OS 360), интерактивные (Windows, UNIX), системы реального времени (QNX, Neutrino, RSX); количество решаемых задач: однозадачные (MS-DOS) и многозадачные ОС (Windows, UNIX). Операционная система предназначена для выполнения следующих основных (тесно взаимосвязанных) функций: управление данными; управление задачами (заданиями, процессами); связь с человеком-оператором. В различных ОС эти функции реализуются в различных масштабах и с помощью разных технических, программных, информационных методов и средств. 1.2 Структура операционной системы 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 ПК, обнаружения и локализации отказов устройств и устранения их влияния на работу в целом. Системное программное обеспечение ПК предназначено для осуществления адаптируемости программ пользователей к изменениям состава ресурсов ПК. Высокая производительность вычислительной системы обеспечивается ОС благодаря применению режимов пакетной обработки и мультипрограммного и наличию специальных программных средств для выполнения трудоемких операций ввода-вывода информации. В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ПК различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления, системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как оперативная память и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ПК. Такие программы называют резидентными. К резидентным относят также и программы-драйверы, управляющие работой периферийных устройств. Важной частью ОС является командный процессор - программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС. Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит - обычно небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (например, утилита форматирования магнитных дисков, утилита восстановления необдуманно удаленных файлов и т.д.). На рынке ОС для рабочих станций и домашнего применения лидером является Microsoft Windows, UNIX занимает только второе (Mac OS X), третье (GNU/Linux) и многие последующие места. В настоящее время UNIX-системы используются в основном на серверах, а также как встроенные системы для различного оборудования. Семейство переносимых, многозадачных и многопользовательских операционных систем имеют большую историческую важность, поскольку благодаря им распространились некоторые популярные сегодня концепции и подходы в области ОС и программного обеспечения. Также, в ходе разработки Unix-систем был создан язык Си. Среди примеров известных UNIX-подобных операционных систем: BSD, Solaris, Linux, Android, MeeGo, NeXTSTEP, Mac OS X, Apple iOS. 2. Характеристика и оценка возможностей ОС ПК 2.1 Характеристика и оценка возможностей ОС Microsoft Windows Windows - семейство операционных систем корпорации Майкрософт (Microsoft), ориентированных на применение графического интерфейса при управлении. Изначально были всего лишь графическими надстройками для MS-DOS. В настоящее время под управлением операционных систем семейства Windows, по данным ресурса Netmarketshare (Net Applications) по состоянию на май 2013 года, работает около 91 % персональных компьютеров. Семейство Windows включает в себя Windows 95, Windows 98 и Windows Me. Windows 95 (см. Рис. 1) была выпущена в 1995 году. Её отличительными особенностями являются новый пользовательский интерфейс, поддержка длинных имён файлов, автоматическое определение и конфигурация периферийных устройств Plug and Play, способность исполнять 32-битные приложения и наличие поддержки TCP/IP прямо в системе. Windows 95 использует вытесняющую многозадачность и выполняет каждое 32-битное приложение в своём адресном пространстве. О  перационные системы этого семейства не являлись безопасными многопользовательскими системами как Windows NT, поскольку из соображений совместимости вся подсистема пользовательского интерфейса и графики оставалась 16-битной и мало отличалась от той, что в Windows 3.x. П Рисунок 1. Рабочий стол ОС Windows 95 рограммный интерфейс был подмножеством Win32 API поддерживаемым Windows NT, но имел поддержку юникода в очень ограниченном объёме. Также в нём не было должного обеспечения безопасности (списков доступа к объектам и понятия «администратор»). В составе Windows 95 присутствовал MS-DOS 7.0, однако его роль сводилась к обеспечению процесса загрузки и исполнению 16-битных DOS приложений. Исследователи заметили, что ядро Windows 95 - VMM - обращается к DOS под собой, но таких обращений довольно мало, главнейшая функция ядра DOS - файловая система FAT - не использовалась. В целом же интерфейс между VMM и нижележащей DOS никогда не публиковался, и DOS была замечена (тем же Эндрю Шульманом) в наличии недокументированных вызовов только для поддержки VMM. Семейство Windows NT была разработана после прекращения сотрудничества Microsoft и IBM над OS/2, развивалась отдельно от других ОС семейства Windows (Windows 3.x и Windows 9x) и, в отличие от них, позиционировалась как надёжное решение для рабочих станций (Windows NT Workstation) и серверов (Windows NT Server). Windows NT дала начало семейству операционных систем, в которое входят: собственно Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista, Windows Server 2008, Windows 7, Windows 8. Как уже было отмечено, создание версии NT для x86 требовалось для обеспечения совместимости с OS/2, - однако для того, чтобы убедиться в переносимости создаваемого кода, разработка NT началась с версий для RISC-архитектур, и только потом была добавлена поддержка x86. Изначально разработка x86-версии Windows NT была ориентирована на процессор 80486, но к моменту выпуска Windows NT 3.1 была также добавлена поддержка 80386. Последней версией, поддерживающей i386, была Windows NT 3.51. Процессор i860, для которого велась начальная разработка ОС NT, не получил ко времени завершения работ над Windows NT той поддержки производителями компьютеров, на которую рассчитывали Intel и Microsoft. В результате тремя платформами, поддержка которых была включена в Windows NT 3.1, стали x86, Alpha и MIPS. В выпусках Windows NT 3.x поддержка этих платформ сохранялась, пополнившись в Windows NT 3.51 также архитектурой PReP (англ.) на основе процессора PowerPC. Однако Windows NT 3.51 не была совместима с компьютерами Macintosh с тем же процессором; фактически, поддерживались только клоны IBM PC с процессором PowerPC вместо x86. Такие компьютеры выпускались в основном фирмами-создателями PowerPC - IBM и Motorola. Первый выпуск Windows NT 4 поддерживал четыре платформы (x86, Alpha, MIPS и PowerPC), но поддержка менее распространённых платформ сокращалась по мере выхода пакетов обновления: из SP1 была удалена поддержка MIPS, из SP3 - поддержка PowerPC. Последними выпусками Windows NT 4 поддерживались только x86 и Alpha; хотя поддержка Alpha планировалась к включению в Windows 2000, она была исключена из версии RC2. В результате единственной платформой, поддерживаемой на Windows 2000, стала x86. Поддержка 64-битных процессоров была впервые реализована в Windows XP для IA-64 - архитектуры процессоров Intel Itanium. На основе 64-битной версии Windows XP были созданы также 64-битные серверные версии Windows 2000; позже поддержка процессора Itanium была добавлена и в часть версий Windows Server 2003. Второй 64-битной архитектурой, поддерживаемой в ОС семейства Windows NT, стала созданная AMD архитектура x86-64, позже реализованная в процессорах Intel под названием EM64T. Одновременно были выпущены Windows Server 2003 SP1 x64 и Windows XP Professional x64, представляющие собой серверный и настольный варианты одной и той же версии Windows - в частности, к этим выпускам применимы одни и те же обновления. С 2005 года коропорацией Майкрософт было принято решение прекратить поддержку IA-64.; последней версией ОС Windows NT, полноценно поддерживающей Itanium, является Windows 5.1 (XP Professional 64-bit Edition и Server 2003). Однако для более дорогих (и, соответственно, труднее модернизируемых) серверов были выпущены специальные версии Windows Server 2008. Server 2008 R2 таких спецификаций уже не получила.Vista, на раннем этапе разработки система была известна под кодовым именем Longhorn (по имени бара Longhorn Saloon вблизи лыжного курорта Вистлер в Британской Колумбии). Название «Vista» было объявлено 22 июля 2005 года. Спустя несколько месяцев Microsoft также переименовали Windows Longhorn Server в Windows Server 2008. С 8 ноября 2006 года полноценная версия Windows Vista доступна для производителей оборудования. Публичный релиз для конечных пользователей состоялся 30 января 2007 года. Стоит заметить, что многие функции, намечавшиеся в Windows Vista, были опущены Microsoft из-за возмущения общественности. Например, предполагалось, что OpenGL будет реализован как надстройка над Direct3D. Это привело бы к серьёзному падению производительности OpenGL по сравнению с Direct3D и к фиксации версии OpenGL. Опасения не оправдались, поддержка OpenGL в Windows Vista осталась. Не вошла в Windows Vista и файловая система WinFS - на сей раз из-за проблем с производительностью. В Windows Vista обновлена подсистема управления памятью и вводом-выводом. Новой функциональностью также является «Гибридный спящий режим» или режим «гибернации», при использовании которого содержимое оперативной памяти дополнительно записывается на HDD, но и из памяти также не удаляется. В результате если подача энергии не прекращалась, то компьютер восстанавливает свою работу, пользуясь информацией из ОЗУ. Если питание компьютера выключалось, операционная система использует сохранённую на HDD копию ОЗУ и загружает информацию с неё (аналог спящего режима). Режим реализован благодаря так называемым «файлам гибернации», которые занимают объём на жёстком диске, равный объёму установленной на компьютере оперативной памяти. Возможно пользовательское удаление этих файлов с утратой функции гибернации. При этом, восстановление этих файлов без особых затруднений возможно путём вызова специальных команд из командной строки. Windows 7 - операционная система семейства Windows NT, следующая за Windows Vista. В линейке Windows NT система носит номер версии 6.1 (Windows 2000 - 5.0, Windows XP - 5.1, Windows Server 2003 - 5.2, Windows Vista и Windows Server 2008 - 6.0). Серверной версией является Windows Server 2008 R2, версией для интегрированных систем (построенных из компонентов Windows). Операционная система поступила в продажу 22 октября 2009 года, меньше, чем через три года после выпуска предыдущей операционной системы, Windows Vista. Партнёрам и клиентам, обладающим лицензией Volume Licensing, доступ к RTM был предоставлен 24 июля 2009 года. В интернете оригинальные установочные образы финальной версии системы были доступны с 21 июля 2009 года. Windows 7 - первая версия Windows, которая включает больше шрифтов для отображения нелатинских символов, чем для отображения латинских. Панель управления шрифтами также подверглась улучшению - по умолчанию, в ней будут отображаться только те шрифты, раскладка для которых установлена в системе. Рабочий стол Windows 7 показан на рисунке 2. Р  еализована поддержка Unicode 5.1. Панель поиска Instant Search теперь распознаёт больше языков.Д Рисунок 2. Рабочий стол ОС Windows 7 ополнительным преимуществом Windows 7 можно считать более тесную интеграцию с производителями драйверов. Большинство из них определяются автоматически, при этом в 90 % случаев сохраняется обратная совместимость с драйверами для Windows Vista. Windows 7 поддерживает псевдонимы для папок на внутреннем уровне. К примеру, папка Program Files в некоторых локализованных версиях Windows была переведена и отображалась с переведённым именем, однако на уровне файловой системы оставалась англоязычной. В Windows 7 реализована более гибкая настройка User Account Control (UAC), которая в отличие от Windows Vista имеет ещё два промежуточных состояния - «Уведомлять, только при попытках программ внести изменения в компьютер» (положение по умолчанию), «Уведомлять, только при попытках программ внести изменения в компьютер (не затемнять рабочий стол)». Внесены изменения в технологию шифрования BitLocker и добавлена функция шифрования съёмных носителей BitLocker to go, позволяющая шифровать съёмные носители, причём даже при отсутствии модуля TPM. Добавлена возможность защиты данных на USB-накопителях с помощью Enhanced Storage. Улучшения коснулись и брандмауэра Windows: вернулась функция уведомления пользователя о блокировке программы, которая пытается получить доступ к сети. С помощью групповой политики и функции AppLocker можно запретить запуск определенных приложений. Старт сервисов по событию - В отличие от предыдущих версий Windows, многие сервисы после старта машины по умолчанию не запускаются вообще. Запущены они будут только по возникновению тех или иных событий. Примерами таких событий может быть подключение устройства, смена ip адреса на сетевом интерфейсе и.т.д. Улучшенное управление питанием процессора (PPM Processor Power Management) - Доступны новые драйвера, поддерживающие последние технологии. Управление питанием устройств - Поэтапное адаптивное снижение яркости дисплея, поддержка спецификации устройств Intel HD Audio low power, режим “selective suspend” для устройств Bluetooth. Управление питанием сетевых устройств - Физическое отключение сетевого интерфейса от сети с помощью отключения сетевого кабеля переводит сетевой интерфейс в режим пониженного потребления энергии. Групповые политики управления питанием - Режим пониженного потребления беспроводных устройств теперь управляется с помощью групповых политик. Так же с их помощью изменяются настройки Device Power Management. Все политики управления питанием доступны и через Group Policy Preferences. Трассировка событий и запросов изменения режима питания - Теперь доступна с помощью powercfg.exe и позволяет создавать отчеты в формате HTML. Новый провайдер питания WMI - Позволяет управлять настройками питания с помощью сценариев Powershell 2.0 на локальной и удаленных машинах. W  indows 8, в отличие от своих предшественников — Windows 7 и Windows XP, — использует новый интерфейс под названием Metro. (смотреть рис. 3) Этот интерфейс появляется первым после запуска системы; он схож по функциональности с рабочим столом — стартовый экран имеет плитки приложений (сродни ярлыкам и иконкам), по нажатию на которые запускается приложение, открывается сайт или папка (в зависимости от того, к какому элементу или приложению привязана плитка).Т Рисунок 3. Интерфейс ОС Windows 8 акже в системе присутствует и «классический» рабочий стол, в виде отдельного приложения. Вместо меню «Пуск» в интерфейсе используется «активный угол», нажатие на который открывает стартовый экран. Прокрутка в Metro-интерфейсе идет горизонтально. Также, если сделать жест уменьшения (или нажать на минус внизу экрана), будет виден весь стартовый экран. Плитки на стартовом экране можно перемещать и группировать, давать группам имена и изменять размер плиток (доступно только для плиток, которые были изначально большими). В з  ависимости от разрешения экрана система автоматически определяет количество строк для плиток — на стандартных планшетных компьютерах три ряда плиток. Цвет стартового экрана меняется в новой панели у Рисунок 4. Схема ядра OC Windows правления, также меняется и орнамент на заднем фоне. Windows 8 — переосмысленная Windows 7, и приёмы работы с рабочим столом остались теми же. Схема ядра ОС Windows изображена на рисунке 4. 1 2 |