Операційні системи Арапов Дмитро Олегович 11 група.
Зміст
Операційна система
Операці́йна систе́ма, скорочено ОС (англ. operating system, OS) — це базовий комплекс програмного забезпечення, що виконує управління апаратним забезпеченням комп'ютера або віртуальної машини; забезпечує керування обчислювальним процесом і організовує взаємодію з користувачем.
Операційна система звичайно складається з ядра операційної системи та базового набору прикладного програмного забезпечення.
Історія
Перші комп'ютери взагалі не мали ОС. На початку 1960-х вони лише комплектувались набором інструментів для розробки, планування та виконання завдань. Серед інших можна виділити системи від UNIVAC та Control Data Corporation.
До кінця 1960-х, проте, було розроблено цілий ряд операційних систем, в котрих були реалізовані всі або більшість з вищеперелічених функцій. До них можна віднести «Atlas» (Манчестерський університет), «CTTS» и «ITSS» (Массачусетський технологічний інститут (МТІ)), «THE» (Ейндговенський технологічний університет), «RS4000» (Оргуський університет) та інші (на той момент їх налічувалось близько сотні)
Найбільш розвинуті ОС того часу, такі як «OS/360» (компанія «IBM»), «SCOPE» (компанія «CDC») та завершений вже в 1970-х роках «MULTICS» (МТІ та компанія «Bell Labs»), передбачали можливість використання багатопроцесорних системи.
Спонтанний характер розробки ОС призвів до наростання кризових явищ, пов'язаних, перш за все, зі складністю та великими розмірами розроблюваних систем. ОС погано масштабувались (простіші не використовували всіх можливостей потужних обчислювальних машин; складніші неоптимально виконувались або взагалі не виконувались на менш потужних системах) і були повністю несумісними між собою.
У 1969 році співробітники МТІ Кен Томпсон, Деніс Рітчі та Браян Керніган з колегами розробили та реалізували ОС «Юнікс» («Unix»; первинно «UNICS», на противагу «MULTICS»). Нова ОС увібрала в себе багато рис попередниць, але на противагу їм мала цілий ряд переваг:
- проста метафорика (два ключових поняття — процес та файл);
- компонентна архітектура (принцип «одна програма — одна функція», або інакше «кожна програма має робити лише одну роботу, але робити її *добре» плюс потужні засоби об'єднання цих програм для розв'язання конкретних задач);
- мінімізація ядра та кількості системних викликів;
- незалежність від апаратної архітектури і реалізація на машинно незалежній мові програмування (для цього була розроблена мова програмування «C»;
- уніфікація файлів (будь-що у системі є файлом, до якого можна доступитись за спільними для всіх правилами).
Завдяки зручності перш за все в якості інструментального середовища «Юнікс» дуже тепло зустріли в університетах, а потім і в галузі в цілому і незабаром вона стала прототипом єдиної ОС, котру можна було використовувати у найрізноманітніших обчислювальних системах, і — більше того — швидко та з мінімумом зусиль перенести на іншу апаратну архітектуру.
У кінці 1970-х років співробітники Каліфорнійського університету в Берклі внесли ряд суттєвих вдосконалень у джерельні коди Юнікс, включно з реалізацією стеку мережевих протоколів TCP/IP. Їх розробка стала відомою під іменем BSD (англ. Berkeley Software Distribution).
Через конфлікт з «Bell Labs» Річард Столмен поставив задачу реалізувати повністю незалежну від авторських прав ОС на основі Юнікс, заснувавши проект «GNU» (англ. рекурсивсне скорочення «GNU's Not Unix» — «ГНЮ Не Юнікс»).
Незабаром «Юнікс» стала стандартом де-факто, а потім і юридичним — ISO/IEC 9945. ОС, що дотримувались цього стандарту чи опираються на нього, називають «відкритими» або «стандартними». До них належать системи, що базуються на останній версії «Юнікс», випущеної «Bell Labs» («System V»), на розробках Університету Берклі («FreeBSD», «OpenBSD», «NetBSD»), а також ОС «Linux», розроблена спільнотою на чолі з Лінусом Торвальдсом та в межах проекту «GNU» (основні системні інструменти).
Функції операційної системи
Головні функції:
Виконання на вимогу програм користувача тих елементарних (низькорівневих) дій, які є спільними для більшості програмного забезпечення і часто зустрічаються майже у всіх програмах (введення та виведення даних, запуск і зупинка інших програм, виділення та вивільнення додаткової пам'яті тощо).
- Стандартизований доступ до периферійних пристроїв (пристрої введення-виведення).
- Завантаження програм у оперативну пам'ять і їх виконання.
- Керування оперативною пам'яттю (розподіл між процесами, організація віртуальної пам'яті).
- Керування доступом до даних енергонезалежних носіїв (твердий диск, оптичні диски тощо), організованим у тій чи іншій файловій системі.
- Забезпечення користувацького інтерфейсу.
- Мережеві операції, підтримка стеку мережевих протоколів.
Складові ОС
До складу операційної системи входять:
ядро операційної системи, що забезпечує розподіл та управління ресурсами обчислювальної системи; базовий набір прикладного програмного забезпечення, системні бібліотеки та програми обслуговування. Ядро системи — це набір функцій, структур даних та окремих програмних модулів, які завантажуються в пам'ять комп'ютера при завантаженні операційної системи та забезпечують три типи системних сервісів:
- управління введенням-виведенням інформації (підсистема вводу-виводу ядра ОС);
- управління оперативною пам'яттю (підсистема управління оперативною пам'яттю ядра ОС);
- управління процесами (підсистема управління процесами ядра ОС).
- Кожна з цих підсистем представлена відповідними функціями ядра системи.
Багатозадачні операційні системи також включають ще одну обов'язкову складову — механізм підтримки багатозадачності. Ця складова не надається в якості системного сервісу і тому не може бути віднесена до жодної з підсистем.
Існує три основних механізми забезпечення багатозадачності (планування задач):
- шляхом надання процесора окремій задачі на квант часу, який визначається самою задачею (кооперативна багатозадачність; останнім часом практично не використовується або область використання значно обмежена всередині процесів);
- шляхом надання процесора окремій задачі на квант часу, який визначається обладнанням обчислювальної системи — інтервальним таймером;
- виділення під окрему задачу окремого процесора в багатопроцесорних системах.
У перших двох випадках на кожному з процесорів в окремо взятий момент часу обраховується лише одна задача, але за рахунок достатньо малого кванту часу (в межах мілісекунд), що почергово надається кожній з задач, виникає ілюзія одночасного виконання в системі багатьох задач.
В сучасних системах, як правило комбінується методи 2 і 3.
Сьогодення
Сучасні операційні системи типово мають графічний інтерфейс користувача, котрий на додачу до клавіатури користується також вказівниковим пристроєм — мишею чи тачпадом. Старіші системи, та системи, що не призначені для частої безпосередньої взаємодії з користувачем (як наприклад сервери) типово використовують інтерфейс командного рядка. Обидва підходи так чи інакше реалізують оболонку, котра перетворює команди користувача — текстові з клавіатури, чи рухи мишки — на системні виклики.
При виборі ОС ключовим моментом є архітектура комп'ютера (зокрема центрального процесора), на котрій вона буде запускатись. На персональних комп'ютерах сумісних з ІВМ РС запускаються ОС сімейства «Майкрософт Віндовз», «Лінукс» та «БСД». На мейнфреймах Burroughs MCP — B5000, IBM OS/360 — IBM System/360, UNIVAC EXEC 8 — UNIVAC 1108. Крім того на більшості сучасних мейнфреймів запускаються різні варіанти Лінукс чи Юнікс, а на деяких — версія Datacenter Windows 2003 Server. На вбудованих системах використовується велика кількість вбудованих ОС.
