Лекция "Требования к ОС. Классификация ОС. "

билет 1 тема 3 Требования к ОС. Классификация ОС.  ПО — неотъемлемая часть любой ЭВМ, без которой невозможно получить необходимые результаты  всевозможных вычислительных операций. Можно все программное обеспечение разделить на классы:  ОС и сервисные программы (это специальные системные программы, с помощью которых можно  обслуживать как саму ОС, так и подготавливать для работы носители данных, выполнять  перекодирование данных и производить некоторые другие работы связанные с обслуживаем ОС),  инструментальные языки и среды программирования, прикладные программы. Под ОС понимают: комплекс управляющих и обрабатывающих программ, который, с одной стороны,  выступает как интерфейс между аппаратной частью компьютера и пользователем с его задачами, а с  другой – предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов вычислительной системы и  организации надежных вычислений. Любой и компонентов прикладного ПО обязательно работает под  управлением ОС. Основные функции ОС: 1.прием от пользователя заданий и команд, сформулированных на соответствующем языке виде команд  или указаний (специальных команд) с помощью соответствующего манипулятора (например, мыши), и их  обработка. 2. прием и исполнение программных запросов на запуск, приостановку, остановку других программ. 3. загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ. 4. инициация программы (передача данной конкретной программе управления, в результате чего  процессор приступает к её выполнению.) 5. идентификация всех программ и данных 6. организация и управление всеми операциями ввода/вывода. 6. распределение памяти и организация виртуальной памяти. 7. планирование и диспетчеризация задач. 8. организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами. 9. защита одной программы от влияния другой. 10. предоставление услуг в случае частичного сбоя системы. 11 обеспечение работы систем программирования. 12. обеспечение работы СУБД. 13. обеспечение работы систем управления файлами (организация удобного доступа к данным,  организованным как файлы. Именно благодаря данной системе вместо низкоуровнего доступа к данным  с указанием конкретных физических адресов записи используется логический доступ с указанием имени  файла и записи в нем. СУФ можно выделить как отдельную категорию ПО). Любая программа имеет дело с некоторыми исходными данными, которые она обрабатывает, порождая в конечном итоге некоторые выходные данные и результаты вычислений. Исходные данные с  периферийных устройств попадают в оперативную память, с которой непосредственно работает  процессор, выполняя вычисления по программе. Результаты вычислений также должны быть выведены на внешние устройства. Программирование операций ввода/ вывода относится к самым трудоемким  задачам. При создании таких программ нужно знать не только архитектуру процессора, но и архитектуру подсистемы ввода/вывода (протоколы обмена данными, алгоритм работы контроллера устройства  ввода/вывода). В пятидесятые годы при разработке первых систем программирования прежде всего  создавали программные модули для системы ввода/вывода. Благодаря этому при создании прикладных  программ программисты могли просто обращаться к соответствующим функциям ввода/вывода. Состав  и количество библиотек систем программирования постоянно увеличивались. В конечном итоге возникла ситуация, когда при создании программ в двоичных машинных кодах программистам уже не требовалось знание множества особенностей управления конкретными ресурсами вычислительной системы, а  необходимо было только конкретное обращение к некоторой программной подсистеме с целью  получения требуемых сервисов. Эта программная подсистема и есть ОС. А набор её функций, сервисов и правил обращения к ним как раз и образует то базовое понятие, которое называется операционной  средой. Операционная среда – это набор соответствующих интерфейсов, необходимых программа и  пользователям для обращения к ОС с целью получения определенных сервисов.Классификация ОС: ОС могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными  ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями используемых методов  проектирования, типов аппаратных платформ, областей применения и многими другими свойствами. В зависимости от особенностей исполь­зуемого алгоритма управления процессором выделяют  следующие типы ОС: Поддержка многозадачности: по числу одновременно выполняемых задач ОС: однозадачные  (MSDOS), многозадачные (Unix, Windows). Многозадачные системы подразделяются на три типа в  соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности: /системы пакетной  обработки (ОС ЕС, предназначались для решения задач вычислительного характера, не требующих  быстрого получения результатов. В начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требования к системным ресурсам; из пакета заданий формируется мульти­программная смесь, т.е.  множество одновременно выполняемых задач. После выполнения всего пакета заданий пользователю  выдается результат. В настоящее время такие системы почти не используются.); /системы разделения  времени (Unix, Windows, призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки –  изоляцию пользователя­ программиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю  предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Каждой задаче  выделяется только квант процессорного времени.); /системы реального времени (QNX, RT/11  применяются для управления различными техническими объектами. Способность выдержать заранее  заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата. Это время  называется временем реакции системы. Мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный  набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из  текущего состояния объекта или исходя из расписания.) Поддержка многопользовательского режима: по числу одновременно работающих пользователей:  однопользовательские (MSDOS, Windows 3.x), многопользовательские (Unix, Windows на платформе  NT). Главное отличие многопольз. систем от однопольз. – наличие средств защиты информации каждого  пользователя. Многопроцессорная обработка: отсутствие или наличие в ОС средств поддержки многопроцессорной  обработки. Такие функции имеются (Solaris фирмы Sun, Open Server фирмы Santa Crus Operations, OS/2  фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft, NetWare фирмы Novell). Данные системы могут  классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе: /Ассиметричная ОС  – целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по  остальным процессорам.  /Симметричная ОС – полностью децентрализована и использует весь пул  процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами. Поддержка многонитивости: системы поддерживающие и не поддерживающие распараллелива­ния. По основному архитектурному принципу ОС разделяются на:  микроядерные (QNX; микроядро также работает в привилегированном режиме, но выполняет только  минимум функций по управлению аппаратурой. Функции ОС более высокого уровня выполняют  специализированные компаненты ОС – серверы, работающие в пользовательском режиме.),  монолитные (Windows 9.x, OS Linux; используется монолитное ядро, которое компонуется как одна  программа, работающая а привилегированном режиме и использующая быстрые переходы от одной  процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и  наоборот).