Відмінності між версіями «Склад операційної системи і призначення компонент»

Поточна версія на 10:06, 28 травня 2014

Склад операційної системи і призначення компонент

Найважливішим достоїнством більшості ОС є модульність. Це властивість дозволяє об'єднати в кожному модулі певні логічно пов'язані групи функцій. Якщо виникає необхідність у заміні або розширенні такої групи функцій, це можна зробити шляхом заміни або модифікації лише одного модуля, а не всієї системи.

Більшість ОС складається з наступних основних модулів: базова система вводу-виводу (BIOS - Basic Input Output System); завантажувач операційної системи (Boot Record); ядро ​​ОС; драйвери пристроїв; командний процесор; зовнішні команди (файли).

Базова система вводу-виводу (BIOS) - це набір мікропрограм, що реалізують основні низькорівневі (елементарні) операції вводу-виводу. Вони зберігаються в ПЗП комп'ютера і записуються туди при виготовленні материнської плати. Дана система, по суті, В«вбудованаВ» в комп'ютер і є одночасно його апаратною частиною і частиною операційної системи.

Перша функція BIOS - автоматичне тестування основних компонентів комп'ютера при його включенні. При виявленні помилки на екран виводиться відповідне повідомлення і/або видається звуковий сигнал.

Далі BIOS здійснює виклик блоку початкового завантаження операційної системи, що знаходиться на диску (ця операція виконується відразу по закінченні тестування). Завантаживши в ОЗУ цей блок, BIOS передає йому управління, а він в свою чергу завантажує інші модулі ОС.

Ще одна важлива функція BIOS - обслуговування переривань. При виникненні певних подій (натискання клавіші на клавіатурі, клацання миші, помилка в програмі і т.д.) викликається одна з стандартних підпрограм BIOS по обробці виниклої ситуації.

Завантажувач операційної системи - це коротка програма, знаходиться в першому секторі кожного завантажувального диска (дискети або диска з операційною системою). Функція цієї програми полягає в зчитуванні в пам'ять основних дискових файлів ОС і передачу їм подальшого управління ЕОМ.

Ядро ОС реалізує основні високорівневі послуги, завантажується в ОЗУ і залишається в ній постійно. У ядрі ОС виділяють кілька підсистем, кожна з яких відповідає за виконання того чи іншого завдання:

- файлова система (відповідає за розміщення інформації на пристроях зберігання);

- система управління пам'яттю (розміщує програми в пам'яті);

- система управління програмами (здійснює запуск і виконання програм);

- система зв'язку з драйверами пристроїв (відповідає за взаємодію із зовнішніми пристроями);

- система обробки помилок;

- служба часу (надає всім програмам інформацію про системному часу).

Модуль розширення BIOS надає гнучкість операційній системі, дозволяючи додавати драйвери, обслуговуючі додаткові пристрої.

Драйвери вимагаються в тих випадках, коли обмін інформацією з пристроями повинен відбуватися інакше, ніж визначено в BIOS. Драйвери пристроїв - це програми, що керують роботою зовнішніх (периферійних) пристроїв на фізичному рівні. Вони доповнюють систему введення-виведення ОС і забезпечують обслуговування нових пристроїв або нестандартне використання наявних. Вони передають або приймають дані від апаратури і роблять користувальницькі програми незалежними від її особливостей.

Драйвери завантажуються в пам'ять комп'ютера при завантаженні операційної системи; необхідність і порядок їх завантаження вказуються в спеціальних файлах конфігурації. Така схема полегшує підключення до машини нових пристроїв і дозволяє робити це, не торкаючись системні файли ОС.

Командний процесор - це програма, функції якої полягають у наступному:

- прийом і синтаксичний розбір команд, отриманих із клавіатури або з командного файлу;

- виконання внутрішніх команд операційної системи;

- завантаження і виконання зовнішніх команд (реалізованих у вигляді самостійних програм) операційної системи і прикладних програм користувача (файли з розширенням СОМ, ЕХЕ або ВАТ).

Деякі стандартні команди (TYPE, DIR та інші) командний процесор виконує сам. Такі команди називаються внутрішніми (як правило, це основні команди роботи з файлами і каталогами). Для виконання зовнішніх команд користувача командний процесор шукає на дисках програму з відповідним ім'ям і розширенням СОМ, ЕХЕ (наприклад, FORMAT.COM), і якщо знаходить її, то завантажує в пам'ять і передає їй управління. По закінченні роботи програми командний процесор видаляє її з пам'яті. Таким чином, зовнішні команди ОС - це програми, що поставляються разом з операційною системою у вигляді окремих файлів.

Коротке ім'я генерується файловою системою автоматично в форматі 8.3. Для створення коротких імен (Псевдонімів) файлів використовується наступний алгоритм:

- з довгого імені видаляються всі символи, неприпустимі в іменах FAT, а також точки крім останньої;

- рядок, розташована перед крапкою, обрізається до 6 символів, і в її кінець додається В«~ 1В», рядок, наступна за точкою, обрізається до 3 символів;

- залишилися літери перетворюються в прописні; якщо згенероване ім'я збігається з уже існуючим, збільшується число в приставці В«~ 1В».

FAT 32 - вдосконалена версія системи VFAT, підтримуюча жорсткі диски обсягом більше 32 Гб. Вперше вона була включена до складу ОС Windows 95 OSR 2 і підтримується у всіх наступних версіях Windows.

У FAT32 були розширені атрибути файлів, стало можливим зберігати час і дату створення, модифікації і останнього доступу до файлу або каталогу.

Через вимоги сумісності з раніше створеними програмами структура FAT32 практично не змінилася. Головні відмінності від попередніх версій FAT полягають у наступному:

- блок початкового завантаження на розділах з FAT32 був збільшений до 2 секторів; він включає резервну копію завантажувального сектора, що робить систему бути більш стійкою до можливих збоїв на диску;

- обсяг, займаний таблицею розміщення файлів, збільшився, оскільки тепер кожен запис в ній займає 32 байти, і загальне число кластерів на розділі FAT32 більше, ніж на розділах FAT. Відповідно, зросла і кількість секторів, що відводяться під розміщення службової інформації;

- кореневий каталог в FAT32 більше не розташовується в певному місці; тепер на цьому місці зберігається покажчик на початковий кластер кореневого каталогу. У результаті знімається раніше існувало обмеження на кількість записів у кореневому каталозі;

- для обліку вільних кластерів в зарезервованої області на розділі FAT32 є сектор, що містить число вільних кластерів та номер самого останнього використаного кластера. Це дозволяє наступного кластера не перечитувати заново всю таблицю розміщення файлів.

HPFS. Ця система (High Performance File System, високопродуктивна файлова система) була представлена ​​фірмою IBM у 1989 р. разом з операційною системою OS/2 версії 1.20. По продуктивності вона істотно перевершує FAT і дозволяє використовувати жорсткі диски об'ємом до 2 Терабайт. Крім того, вона підтримує розділи диска розміром до 512 Гб і дозволяє використовувати імена файлів довжиною до 255 символів (на кожен символ при цьому відводиться 2 байти). У HPFS в порівнянні з FAT помітно зменшено час доступу до файлів у великих каталогах.

HPFS розподіляє простір на диску не кластерами (як FAT), а фізичними секторами по 512 байт, що не дозволяє її використовувати на жорстких дисках, мають інший розмір сектора. Ці сектори прийнято називати блоками. Щоб зменшити фрагментацію диска, при розподілі простору під файли HPFS прагне по можливості розміщувати їх в суміжних секторах.

Для нумерації одиниць розподілу дискового простору HPFS використовує 32 розряду, що дає 2 32 , або (враховуючи знак числа) більше 2 млрд блоків. Крім стандартних, HPFS підтримує розширені атрибути файлу (Extended Attributes, EA), які можуть містити до 64 Кб різних додаткових відомостей про нього.

Завантажувальний блок в HPFS аналогічний завантажувальному блоку в FAT. Системні файли, також як і в FAT, розташовуються в кореневому каталозі, але при цьому фізично можуть знаходитися в будь-якому місці диска.

Для виявлення вільних секторів використовується блок бітових карт (Bitmap block list). Він схожий на таблицю розміщення файлів FAT. Кожному сектору групи відповідає один біт в її бітової карті, що показує, чи зайнятий він. Резервний блок (directory emergency free block list) забезпечує високу відмовостійкість HPFS і дозволяє відновлювати пошкоджені дані на диску. Розташування групи каталогів в центрі диска значно скорочує час позиціонування головок читання/запису.

На відміну від лінійної структури FAT, структура каталогу в HPFS являє собою збалансоване дерево (так зване В-дерево) із записами, розташованими в алфавітному порядку. При пошуку файлова система HPFS переглядає тільки необхідні гілки дерева, що помітно прискорює процес.

CDFS (CD File System) була розроблена для зберіганні інформації на компакт-дисках. Це досить проста система, і вона має ряд істотних обмежень. Наприклад, довжина імені файлу не може перевищувати 128 символів, не можна використовувати глибоко вкладені каталоги (більше 8 рівнів) і т.д. Тому зараз все більше поширення при записі інформації на CD і DVD-диски отримує формат UDF (Universal Disk Format), який є надбезліччю формату CDFS. Це цілком сучасний стандарт файлової системи, підтримуваний Асоціацією технологій оптичної довготривалої пам'яті (OSTA). За деякими характеристиками UDF цілком порівнянний з форматами файлових систем, використовуваних на жорстких дисках. Підтримуваний розмір імені файлу збільшений до 256 символів, додана можливість завантаження ОС. До складу Windows 2000 включена підтримка UDF vl.5, в той час як Windows 98 обмежується UDF vl.02, причому драйвер UDF дозволяє виробляти тільки операції читання.

Правила іменування пристроїв практично не змінилися з часу появи перших ОС. У комп'ютері може бути два накопичувачі на гнучких магнітних дисках, що позначаються А: і В:, і кілька накопичувачів на жорсткому магнітному диску, CD-ROM, ZIP-Drive і ін Вони позначаються великими латинськими літерами з двокрапкою, починаючи від С: і до Z: Двокрапка ставиться, щоб ОС могла відрізнити імена пристроїв від імен файлів (в яких використовувати двокрапку заборонено).

Крім імен накопичувачів на магнітних дисках, в ОС зарезервовані наступні імена пристроїв:

- СОМ1:, COM2:, COM3: COM4: - пристрої, що приєднуються до послідовним комунікаційним портам (наприклад, миша, модем і т.п.);

- LPT1:, LPT2: - пристрої, що приєднуються до паралельних портів (Зазвичай це принтери або сканери).

Деякі пристрої мають альтернативні імена, які задаються без двокрапки в кінці:

- aux - пристрій, що приєднуються до комунікаційного порту СОМ1:;

- РГП - принтер, підключений до LPT1:;

- con - консоль (при введенні даних - клавіатура, при виводі - екран);

- nul - В«порожнєВ» пристрій; всі операції вводу-виводу для нього ігноруються, але повідомлення про помилку не видається.