Характеристики и возможности операционных систем

Linux изначально был написан Линусом  Торвальдсом, а затем в его  изменении и улучшении участвовали специалисты со всего мира. Он является клоном операционной системы Unix, одной из первых мощных операционных систем, разрабатываемых для компьютеров, но не бесплатной. История Linux начинается с Unix. В 1968 году консорциум исследователей, представляющих фирмы General Electric, AT&T Bell Laboratories и Массачусетский технологический институт, завершил работу над научно-исследовательским проектом Multics, результатом которого стала одноименная операционная система, вобравшая в себя последние достижения в решении проблем многозадачности, управления файлами и взаимодействия с пользователем. В 1969 году Кен Томпсон разработал операционную систему Unix, в которой использовались многие результаты проекта Multics. Он приспособил эту систему, предназначенную для работы на мини-ЭВМ, к потребностям исследователей. С самого начала Unix является эффективной многопользовательской и многозадачной операционной системой12.

Постепенно Unix выросла из персонального творения одного человека в стандартный программный продукт. Сначала эту ОС считали исследовательским продуктом, поэтому первые версии Unix распространялись бесплатно по факультетам вычислительной техники многих известных университетов. В 1972 году Bell Labs начала выпускать официальные версии Unix и продавать лицензии на нее различным пользователям. Одним из таких пользователей был факультет вычислительной техники Калифорнийского университета в Беркли. Его специалисты ввели в систему много новых особенностей, которые впоследствии стали стандартными. В 1975 году в Беркли была выпущена собственная версия Unix, известная как Berkeley Software Distribution (BSD). Эта версия Unix стала основным соперником версии AT&T Bell Labs. Постепенно стали появляться и другие независимо разрабатываемые версии Unix. В 1980 году фирма Microsoft выпустила версию Unix для ПК, получившую название Xenix. Компания AT&T разработала несколько версий Unix, а в 1982 году выпустила первую коммерческую версию, System 3. За ней последовала System V, которая стала весьма серьезно поддерживаемым программным продуктом.

Параллельно с этими событиями выпускались версии BSD. В конце 70-х годов BSD Unix стала основой исследовательского проекта, выполняемого в Агентстве перспективных исследований и разработок министерства обороны США. В результате в 1983 году Калифорнийский университет выпустил мощную версию Unix под названием BSD 4.2. Она включала в себя достаточно совершенную систему управления файлами и сетевые средства, основанные на использовании протоколов TCP/IP, применяемых сейчас в Internet. Версия BSD 4.2 широко распространилась и была выбрана многими фирмами-производителями.

Распространение разных версий Unix привело к необходимости выработки стандарта на эту ОС. Иного способа узнавать о том, в каких версиях будут работать предназначенные для использования в среде Unix программы, у разработчиков этих программ не было. В середине 80-х годов появились два конкурирующих стандарта: один был создан на основе версии AT&T, а второй - на основе версии BSD.

Компания AT&T передала работы по Unix новой организации, Unix System Laboratories, которая сосредоточила свои усилия на разработке стандартной системы, объединяющей основные версии Unix. В 1991 году Unix System Laboratories разработала System V версии 4, в которой были реализованы практически все возможности вариантов System V версии 3, BSD версии 4.3, SunOS и Xenix. В ответ на System V версии 4 несколько компаний, в частности IBM и Hewlett-Packard, создали Фонд открытого программного обеспечения (Open Software Foundation, OSF), целью которого стала разработка собственной стандартной версии Unix. В результате появились два конкурирующих коммерческих стандартных варианта Unix - версия OSF и System V версии 4. В 1993 году компания AT&T продала свою долю прав на Unix фирме Novell, и некоторое время Unix Systems Laboratories принадлежала Novell. За это время фирма выпустила собственные версии Unix на базе System V версии 4, получившие общее название UnixWare. UnixWare предназначена для взаимодействия с системой NetWare разработки Novell13.

В настоящее время Unix System Laboratories принадлежит фирме Santa Cruz Operation. На протяжении почти всего своего развития Unix оставалась большой и требовательной по отношению к аппаратным средствам операционной системой, для эффективной работы которой необходимо было иметь рабочую станцию или мини-ЭВМ. Некоторые версии Unix были рассчитаны в основном на рабочие станции. Систему SunOS разработали для рабочих станций Sun, а систему AIX - для рабочих станций IBM. По мере наращивания мощи персональных компьютеров стали появляться сообщения о разработке версий Unix для ПК. В частности, Xenix и System V/386 - коммерческие версии Unix для IBM-совместимых ПК. AUX - версия Unix, которая работает на ПК Macintosh. To, что Unix устанавливается на компьютерах практически всех типов (рабочих станциях, мини-ЭВМ и даже супер-ЭВМ), - лишнее свидетельство присущей ей мобильности, которая и обеспечила возможность создания эффективной версии Unix для персональных компьютеров.

Система Linux предназначена специально для персональных компьютеров с элементной базой Intel. Ее разработка начиналась проектом Линуса Торвальда, студента факультета вычислительной техники Хельсинкского университета. В то время студенты пользовались программой Minix, которая демонстрировала различные возможности Unix. Эта программа, которую разработал профессор Эндрю Таннебаум, широко распространилась по сети Internet среди студентов всего мира14.

В намерения Linux входило создать эффективную ПК-версию Unix для пользователей Minix. Он назвал ее Linux и в 1991 году выпустил версию 0.11. Linux широко распространилась по Internet и в последующие годы подверглась доработкам со стороны других программистов, которые ввели в нее возможности и особенности, присущие стандартным Unix-системам. В Linux, в частности, были перенесены практически все основные программы-менеджеры окон. В этой ОС используются утилиты Internet, имеется и полный набор средств разработки программ, включая компиляторы и отладчики C++. Несмотря на такие возможности, операционная система не имеет широкого применения что отражено в таблице. (приложение 1).

1.3. Архитектура операционных систем

Архитектура ОС определяется как структурная организация, основанная на различных программных компонентах. В общем виде операционную систему можно разбить на две части: ядро и вспомогательные модули. Ядро является основным компонентом операционной системы и выполняет наиболее важные функции по организации вычислительного процесса и поддержке приложений. В число этих приложений входят : управление процессами и виртуальной памятью, управление файлами и операциями ввода и вывода, обработка прерываний. К вспомогательным модулям относятся: компиляторы, программы отладчики, редакторы, архиваторы и т.д.

Для эффективной работы ОС большая часть модулей располагается в оперативной памяти. Ядро операционной системы обладает свойством, которое позволяет осуществлять полный контроль доступа к памяти, регистрам, устройствам ввода-вывода, приключению процессора с задачи на задачу. Это режим работы называется привилегированным. По своему архитектурному исполнению операционные системы можно разбить на два класса: монолитные и с микроядерной архитектурой.

Монолитные операционные системы можно представить в виде многоуровневой модульной структуры с иерархической организацией функций. Взаимодействие функций осуществляется только между соседними уровнями и по определённым правилам15. Многослойная структура состоит из следующих слоёв:

• Средства аппаратной поддержки ОС,
• Машинно-зависимые компоненты,
• Базовые механизмы ядра,
• Менеджеры ресурсов,
• Интерфейс системных вызовов.

Графически это можно представить виде планеты с кольцами (рисунок 1.3.1), где аппаратура- ядро этой планеты.

Рисунок 1.3.1.

Микроядерные операционные системы предполагают наличие микроядра, работающего в привилегированном режиме и состоящего из машинно-зависимых модулей, реализующих базовые функции операционной системы. Набор функций микроядра соответствует функциям слоя базовых механизмов. Все остальные функции оформляются в виде системных сервисов, работающих в пользовательском режиме, как приложения ядра. Эти сервисы называются серверами ОС. Их назначение – обслуживание запросов приложений и других модулей ОС. Такая архитектура имеет ряд достоинств: расширяемость ( возможность добавлять новые сервисы), переносимость (минимальные изменения микроядра, за счёт его компактности), надёжность ( можно перезапустить сервис, без остановки других), способность поддержки распределённых систем. Однако такая архитектура имеет один, но очень большой недостаток – низкая производительность такой ОС, что в современных условиях использования ОС не эффективно.

2. Характеристика и оценка возможностей операционных систем

2.1 Характеристика и оценка возможностей  ОС Microsoft Windows

Своё новое детище, Microsoft Windows, корпорация Майкрософт создавала сначала как графическую надстройку для MS-DOS. Сейчас же это отдельное- семейство операционных систем, ориентированных на применение графического интерфейса при управлении.

На данный момент Windows является самой распространённой операционной системой под управлением которой, по оценкам независимых экспертов, работает около 92 % персональных компьютеров. Всё семейство ОС Windows можно разбить на две группы: разработанные в конце ХХ-века и созданные и внедряемые в последние годы.

Семейство Windows 9x включает в себя Windows 95, Windows 98 и Windows Me. В 1995 году была выпущена ОС Windows 95. От предыдущих операционных систем она имела значительные отличия: новый пользовательский интерфейс, поддержку длинных имён файлов, автоматическое определение и конфигурация периферийных устройств Plug and Play, способность исполнять 32-битные приложения и наличие поддержки протокола TCP/IP прямо в системе. Windows 95 использует вытесняющую многозадачность и выполняет каждое 32-битное приложение в своём адресном пространстве16.

Большим минусом операционных систем этого семейства было то, что они не являлись безопасными многопользовательскими системами как Windows NT, так как по обеспечению их совместимости вся подсистема пользовательского интерфейса и графики оставалась 16-битной и мало отличалась от той, что в Windows 3.x. Программный интерфейс был подмножеством Win32 API поддерживаемым Windows NT, но не имел поддержку юникода в большом объёме. Также в нём не было должного обеспечения безопасности, не было 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.

Семейство Windows NT была разработана после прекращения сотрудничества Microsoft и IBM над OS/2, и развивалась отдельно от других ОС семейства Windows так же в отличие от них, позиционировалась как надёжное решение для рабочих станций и серверов. 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.

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. В самом начале разработка x86-версии Windows NT ориентировалась 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.

Однако процессор i860, для которого велась начальная разработка ОС NT, не был востребован производителями компьютеров до завершения работ над Windows NT. 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 на основе процессора PowerPC. Но Windows NT 3.51 не была совместима с компьютерами Macintosh, работавших на том же процессоре; 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. По мере выхода пакетов обновления для Windows NT 4 уменьшалось количество поддерживаемых платформ, так как они становилсь не востребованными: из SP1 была удалена поддержка MIPS, из SP3 - поддержка PowerPC. Последними выпусками Windows NT 4 поддерживались только x86 и Alpha. Когда создавалась Windows 2000 планировалась что и она будет поддерживать Alpha; её поддержка была исключена из версии RC2. Как следствие единственной платформой, поддерживаемой на Windows 2000, стала x86.

В Windows XP впервые была реализована поддержка 64-битных процессоров 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. На рынок программного обеспечения 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.

Операционная система Windows XP обладает расширенными возможностями удаленного доступа, обеспечения безопасности, высокого быстродействия и управляемости, а также многоязыковой поддержкой, что делает ее лучшей операционной системой для пользователей и организаций, стремящихся максимально эффективно использовать свои компьютеры. Критически важные структуры ядра системы доступны только для чтения, благодаря чему драйверы и приложения не могут повредить их. Весь код драйверов устройств также доступен только для чтения и снабжен защитой на уровне страниц памяти. Улучшенные политики для ограничения программ, предоставляют администраторам механизм для идентификации программного обеспечения, которое используется в данной вычислительной среде, и управления его работой. Это позволяет предотвратить запуск вирусов и "троянских" программ, а также блокировать запуск выбранных программ, способствуя повышению целостности и управляемости системы, что приводит к снижению стоимости владения компьютеров организации. В Windows XP допускается одновременная работа нескольких приложений, обеспечивая в то же время быструю реакцию системы и высокую стабильность ее работы. Масштабируемая поддержка памяти и процессора. Поддерживается использование до 4 Гб оперативной памяти и до двух микропроцессоров в симметричных конфигурациях. Защита - шифрованная файловая система (EFS) с поддержкой нескольких пользователей. Все файлы шифруются случайно сгенерированным ключом. Процессы шифрования и дешифрования прозрачны для пользователя17.