Практикум по курсу «Операционные системы». Пособие предназначено для студентов направления 230100 «Информатика и вычислительная техника»




страница1/35
Дата02.08.2016
Размер2 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   35
1. Введение

Введение


С каждым годом использование вычислительных систем становится все более широким, существенно повышая эффективность функционирования самых различных бизнес-процессов больших и малых предприятий, облегчая и делая более разнообразной и интересной работу с персональными компьютерами рядовых пользователей по всему миру. Во многом, эта заслуга операционной системы (ОС) – неотъемлемой части любой современной вычислительной системы от простого и недорого пользовательского компьютера до мощного суперкомпьютера с десятками процессоров.

В связи с вышеизложенным, очевидна ведущая роль современных ОС и особое внимание, которое следует уделять их изучению. Предлагаемое учебное пособие направлено в некоторой степени на решение этой задачи. В нем сделана попытка изложить самые основные элементы особенностей функционирования, назначения и архитектуры современных ОС без существенной «привязки» к какой-либо конкретной ОС и лишних деталей функционирования, усложняющих процесс понимания.

В пособии главным образом изложены общетеоретические вопросы построения и функционирования ОС: базовые понятия ОС, основные этапы эволюции ОС, составляющие функционирования мультипроцессной системы – мультипрограммирование, планирование процессов и потоков и механизмы их взаимодействия и синхронизации, основные задачи по управлению памятью, особенности реализации распределения оперативной памяти и физической организации жесткого диска, базовые принципы построения типовой файловой системы, особенности загрузки ОС и организация консолидированных серверных систем хранения данных большого объема RAID различного уровня. Приобретению практических навыков посвящен лабораторный практикум по курсу «Операционные системы».

Пособие предназначено для студентов направления 230100 «Информатика и вычислительная техника», однако оно может быть полезно и студентам других специальностей, в образовательных программах которых присутствует дисциплина «Операционные системы», а также широкому кругу подготовленных пользователей, желающих углубить свои познания в области ОС. Более глубокие знания основных принципов организации и функционирования ОС позволят обоснованно принимать решения по приобретению того или иного вычислительного оборудования и программного обеспечения, организовывать его эффективную и надежную эксплуатацию, принимать решения о необходимости его частичного обновления или замены.


http://lcg.tpu.ru/web-ct/ru/img/shim.gif
2.1. Основные понятия, назначения и функции ОС

Основные понятия, назначения и функции ОС


Для того, чтобы ответить на вопрос, что представляет собой операционная система, необходимо сначала рассмотреть вопрос, из чего состоит вычислительная система (ВС) в целом. Обобщенно структура вычислительной системы представлена на рис. 1.


http://lcg.tpu.ru/opsys_0961/img/1_1.gif

Рисунок 1 – Пользователь и обобщенная структура вычислительной системы


Во-первых, ВС состоит из того, что называют аппаратным или техническим обеспечением (англ. hardware): процессоры, память, мониторы, таймеры, дисковые устройства, накопители на магнитных лентах, сетевая коммуникационная аппаратура, принтеры и т.д., объединенные магистральным соединением (шиной).

Во-вторых, ВС состоит из программного обеспечения (ПО), в котором выделяют две части – системное и прикладное. Системное ПО – это набор программ, которые управляют компонентами ВС, такими как процессор, коммуникационные и периферийные устройства, и предназначены для обеспечения функционирования и работоспособности системы в целом. Большинство из них отвечают непосредственно за контроль и объединение в единое целое различных компонентов аппаратного оборудования ВС, обеспечение работы компьютера самого по себе и выполнение различных прикладных программ. Системное ПО противопоставляется прикладному ПО, которое напрямую решает проблемы пользователя и предназначено для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитано на непосредственное взаимодействие с пользователем. К прикладному ПО, как правило, относят разнообразные вспомогательные программы (игры, текстовые процессоры и т.п.).

Следует отметить, что деление на прикладное и системное ПО является отчасти условным и зависит от того, кто осуществляет такое деление. Так, обычный пользователь, неискушенный в программировании, может считать текстовый процессор Microsoft Word системной программой, а с точки зрения программиста, это – приложение. Компилятор языка С для обычного программиста – системная программа, а для системного – прикладная.

Принимая во внимание вышеизложенное, следует отметить, что операционная система является фундаментальным компонентом системного программного обеспечения. Именно эта часть ПО будет основным предметом детального рассмотрения далее.

Очевидно, что операционная система является основным компонентом любой вычислительной системы и во многом определяет эффективность ее функционирования в целом. При этом, дать однозначное определение операционной системе затруднительно. Главным образом это связано с тем, что операционная система выполняет целый ряд разнородных функций, начиная от обеспечения пользователю-программисту удобств посредством предоставления удобного интерфейса к аппаратной части вычислительной системы и заканчивая обеспечением рационального управления ресурсами вычислительной системы. В связи с этим целесообразно дать несколько различных определений и сделать акцент на цели создания операционных систем, их функции и предназначение.

Главными целями разработчиков операционных систем являются следующие:



  1. Эффективное использование всех компьютерных ресурсов.

  2. Повышение производительности труда программистов.

  3. Простота, гибкость, эффективность и надежность организации вычислительного процесса.

  4. Обеспечение независимости прикладного ПО от аппаратного ПО.

Операционная система (ОС) – это программа, которая обеспечивает возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом.

ОС – базовый комплекс компьютерных программ, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, а также выполнение прикладных программ и утилит.

Кроме различных определений ОС, два из которых приведены выше, пользователи выделяют ряд различных «точек зрения» на ОС:


  • ОС как виртуальная машина;

  • ОС как система управления ресурсами;

  • ОС как защитник пользователей и программ;

  • ОС как постоянно функционирующее ядро.

Для более полного представления об ОС рассмотрим основные «точки зрения» пользователей более подробно.

ОС как виртуальная машина. Использование архитектуры персонального компьютера на уровне машинных команд является крайне неудобным для использования прикладными программами. Так, работа с диском предполагает знание внутреннего устройства его электронного компонента – контроллера для ввода команд вращения диска, поиска и форматирования дорожек, чтения и записи секторов и т.д. Работа по организации прерываний, работы таймера, управления памятью и т. д. также может требовать при программировании знания и учета большого количества деталей.

В связи с этим необходимо обеспечить интерфейс между пользователем и компьютером, скрывая лишние подробности за счет использования относительно простых и высокоуровневых абстракций. Например, представлять информационное пространство диска как набор файлов, которые можно открывать для чтения или записи, использовать для получения или сброса информации, а затем закрывать, создавать иллюзию неограниченного размера операционной памяти, числа процессоров и прочее. Обеспечением такого высокоуровневого абстрагирования занимается ОС, что позволяет представлять ее пользователю в виде виртуальной машины, с которой проще иметь дело, чем непосредственно с оборудованием компьютера.



ОС как система управления ресурсами. В случае, если несколько программ, работающих на одном компьютере, будут пытаться одновременно осуществлять вывод на принтер, то можно получить «мешанину» строчек и страниц. ОС должна предотвращать такого рода хаос за счет буферизации подобной информации и организации очереди на печать. Не менее актуальная проблема – проблема управления ресурсами для многопользовательских компьютеров.

Таким образом, ОС как менеджер ресурсов осуществляет упорядоченное и контролируемое распределение процессоров, памяти и других ресурсов между различными программами.



ОС как защитник пользователей и программ. Если в вычислительной системе требуется обеспечение совместной работы нескольких пользователей, то возникает проблема организации их безопасной деятельности. Так, необходимо обеспечить:

  • сохранность информации на диске, защиту от повреждения или удаления файлов;

  • разрешение программам одних пользователей произвольно вмешиваться в работу программ других пользователей;

  • пресечение попыток несанкционированного использования вычислительной системы.

Эти задачи, как правило, возложены на ОС как организатора безопасной работы пользователей и их программ.

ОС как постоянно функционирующее ядро. Можно говорить об ОС, как о программе (программах), постоянно работающей на компьютере и взаимодействующей с множеством прикладных программ. Очевидно, что такое определение верно лишь отчасти, т.к. во многих современных ОС постоянно работает на компьютере лишь часть ОС, которую принято называть ее ядром.

Учитывая рассмотренное многообразие точек зрения на ОС, целесообразно выполнить обзор предназначений и функций ОС, для чего, в свою очередь, стоит рассмотреть эволюцию развития вычислительных систем в целом и операционных систем, в частности.




http://lcg.tpu.ru/web-ct/ru/img/shim.gif
2.2.1. История развития ОС
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   35


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница