Операционные системы

Назначение операционной системы

Операционная  система (ОС) - это набор программ, предназначенных управлять различными системами компьютера, организовывать интерфейс между пользователем и компьютером.

Виды ОС

Так как перые ПК были очень слабы, то и первые ОС были, что вполне естественно однозадачными и однопользовательскими, а также работали исключительно в текстовом режиме. Дальнейшее развитие графической подсистемы позволило более интенсивно использовать графику и цвет, таким образом выделим первый признак: внешний тип интерфейса: GUI или текстовый.

После появления микропроцессора i80286 и его расширенного режима стало возможным аппаратно изолировать области кода и данных разных программ друг от друга. Выделяем второй признак: многозадачность (или многопрограмность) ОС. В данном признаке можно выделить четыре типа:

1. однозадачные (MS-DOS);
2. псевдомногозадачные, то есть одновременно работает только одна программа, а мы переключаясь между ними как-бы пробуждаем другую и усыпляем первую (Windows 1 и 2);
3. многозадачные (Windows 95,98);
4. реально многозадачные (Windows NT, OS/2 3 и 4, Unix, Be, Linux).

Последние две группы различаются  несколько условно: под реальной многозадачностью подразумевается, что  система не позволяет никакой  программе монополизировать ресурсы  компьютера и, что самое важное, рабочее  время микропроцессора, а также  что ОС поддерживает возможность  использования более одного микропроцессора.

С развитием сетей и  внедрением ПК в офисы и дома частных  пользователей потребовалась поддержка  работы нескольких пользователей на одном компьютере. Выделим третий признак: является ли ОС многопользовательской. Тут также возможны варианты:

1. нет поддержки (MS-DOS, Windows 1-2-3);
2. поддерживается на одном терминале, хранятся различные профили для настройки системы под пользователя (Windows 95-98-Me-NT-2000);
3. реальная многопользовательность, то есть могут одновременно работать несколько человек на разных терминалах, но с одним ПК (Windows NT Terminal Server, Unix, Linux(?)).

Выделим еще одну группу ОС, для которых не очень важен интерфесй, а важны скоростные и надежностные характеристики работы - серверные ОС. Например, Windows NT Server, OS/2 Advanced Server, Novel Netware/IntranetWare, Banyan Wines.

Ну и последняя группа ОС - встраиваемые ОС. Сюда относятся ОС, которые встраиваются в различные устройства, например, сотовые телефоны, органайзеры и прочие микроэлектронные игрушки. Пример таких ОС : Palm OS, Windows CE.

Обзор основных клиентских ОС

Далее мы кратко рассмотрим основные (характеристические) отличия  ОС. Более подробно каждая из них  будет рассмотрена в соответствующей  главе.

• MS-DOS
• Microsoft Windows
• OS/2 Warp
• Другие системывверх

MS-DOS(однозадачная) это самая первая операционная система для персональных компьютеров типа IBM PC. Она была настолько простой, насколько этого требовали первые ПК, которые мягко говоря давали очень мало возможностей развернуться. Она работала исключительно в диалоговом режиме: вы вводите с консоли команду, она ее выполняет (или нет, если вы ошиблись). Набор команд также был невелик (около сотни), причем основных и действительно используемых команд было не более 2-3 десятков. Век этой системы оказался достаточно длинным: 19 лет. Первая версия появилась в 1981г., а последняя в 1993г; после появлением Windows 95 MS-DOS стала медленно сдавать свои позиции и сейчас она практически нигде не используется, тем более что с 31 декабря 1999г. фирма Microsoft ее больше не поддерживает.

Microsoft Windows

Довольно долго развивашийся в недрах Microsoft проект оказался на редкость коммерчески удачным. Первые релизы проекта Interface Manager фирма Microsoft демонстрировала еще в 1983г. (как раз когда прямые конкуренты - Apple - уже представили свою мощную графическую ОС, правда для других компьютеров). Реальное же признание Windows обрела только в 1990г, когда вышла третья ее версия. В этом релизе Windows представила красивый и достаточно передовой интерфейс. И, наконец-то, в 1995г. этот гадкий утенок стал лебедем - вышла Windows 95, которая получила такую рекламную компанию, какой не имел более ни один программный продукт - предположительно первый год продаж Microsoft только компенсировала свою маркетинговую кампанию. В данной версии Windows наконец-то обрела все свои лучшие черты: многозадачность, возможность выполнения 32-разрядных программ и, что не маловажно, отличный интерфейс пользователя. Но из-за того, что Microsoft хотела сохранить совместимость со всеми предыдущими своими ОС она сохранила и недостатки MS-DOS и Windows первых версий для приложений написанных под эти системы. Появившиеся позже Windows 98 и Me много нового не внесли, а только слегка развили то, что было не закончено в Windows 95, исправили некоторые обнаруженные ошибки и добавили новых, так что сложно сказать насколько оправдан переход с Windows 95 на Windows 98 или Windows Me.

Опишем кратко интерфейс  Windows 95: экран представляет из себя парадигму рабочего стола, на котором размещены пиктограммы, с помощью которых можно добраться до всех папок компьютера, корзины , сетевого окружения, сети интернет; также на рабочем столе можно создавать свои ярлыки для быстрого доступа до своих любимых программ и документов; к краю (обычно нижнему) прижата панель задач с кнопкой Пуск (Start), с помощью которой можно вызвать главное меню ОС; сама панель задач служит для отображения работающих программ в виде кнопок для удобного и быстрого переключения между ними; кроме этого создан новый для Windows элемент - SysTray - специальная область, размещенная возле системных часов, где различные постоянно-работающие программки могут помещать свои пиктограммы и "уходить" с дефицитной площади панели задач. Windows Me добавила много ненужных мультимедиа элементов - как раз те, которые другие программы, например, WinAmp, выполняли намного лучше.

Ддействительно серьезный шаг вперед, который сделала Microsoft выпустив Windows NT. Это действительно передовая ОС: многозадачная, многопоточная, многопроцессорная и т.д. и т.п. Но внешне она почти ничем не отличается от Windows 95-98, кроме двух элементов: многие DOS-программы и программы, написанные для Windows 1-2-3 отказываются работать под Windows NT и она работает существенно быстрее чем Windows 95-98-Me.

OS/2 Warp

Эта система, вышедшая в 1994г, была призвана заменить на компьютерах  систему MS-DOS с надстройкой Windows 1-2-3.xx. И эта система не просто заменяла их, а включала в себя полный IBM-овский вариант этих систем, причем в большнстве случаев под OS/2 Warp многие программы работают лучше, чем под MS-DOS или Windows 3.xx.

IBM построила полностью  объектно-ориентированную систему  с парадигмой экрана как рабочего  стола. Действительно, экран в  OS/2 Warp очень похож на рабочий стол - те же объекты, как то: документы, шреддер, пишущая машинка, графический планшет, Внешне интерфейсы OS/2 Warp и Windows 95 очень похожи, но только до того момента, пока вы не начали с ней работать. Немного другое назначение кнопок на окнах (можно привыкнуть, к тому же вы можете сами изменить назначение этих кнопок), несколько иначе распределются функции кнопок мыши (в результате вы не можете, подобно тому как это происходит в Windows 95, случайно перетащить куда-нибудь ценную папку с документами). Мало того вот именно здесь вы и познакомитесь с прелестью объектности этой системы - на здоровье утащите в другую папку (или даже на другой диск) папку с программой, с которой интегрированы почти все ваши документы, Warp отследит ваши действия (даже если вы их делаете в сеансе MS-DOS) и программа не потеряется и связи будут по-прежнему работать.

Другие системы

Кроме вышеперечисленных  для ПК существует еще целый ряд  ОС: огромное семейство ОС UNIX, Be, Linux.

Все Unix'ы в основе своей командные системы, предназначенные для серверов, а не домашне-офисного использования. Но, как того требует время, все они имеют большой набор объектных графических облочек. Но так как это оболочки, то они и требуют от ПК больших ресурсов, поэтому все Unix'ы очень ресурсоемки. Графические облочки достаточны близки, по крайней мере визуально, к интерфейсу OS/2 Warp.

Be - объектно-ориентированная ОС с оригинальным интерфейсом, предназначенная для работы с мультимедиа-данными, причем свои функции выполняет на отлично.

Linux - Unix-подобная система, потребляет ресурсов еще больше, чем сами Unix'ы.

Операционная  система (ОС) - программа или совокупность программ, управляющая основными действиями ЭВМ, ее периферийными устройствами и обеспечивающая запуск всех остальных программ, а также взаимодействие с оператором.  

Функции ОС: 

• Управление памятью;
• Управление доступом к устройствам ввода-вывода;
• Управление файловой системой;
• Управление взаимодействием процессов, диспетчеризация процессов;
• Управление использованием ресурсов;
• Загрузка программ в оперативную память и их выполнение;
• Интерфейс с пользователем;
• Межмашинное взаимодействие (сеть);
• Защита самой системы и пользовательских данных и программ;
• Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы.

Многозадачность (multitasking, multiprogramming) – свойство операционной системы и ЭВМ, при которой один процессор может обрабатывать несколько разных программ или разных частей одной программы одновременно. При этом все программы вместе удерживаются в оперативной памяти и каждая выполняется за какой-то период времени. Например, одна программа может работать, пока другие ожидают включения периферийного устройства или сигнала (команды) оператора. Способность к многозадачности зависит в большей степени от операционной системы, чем от типа ЭВМ. Наиболее распространенной многозадачной системой является Unix фирмы AT&T’s Bell Laboratories(США). 

Виды ОС:

• Многопользовательская система, система с коллективным доступом, система коллективного доступа (multiuser system,multiaccess system) - вычислительная система или ее часть (например операционная система), позволяющая нескольким пользователям одновременно иметь доступ к одной ЭВМ со своего терминала (локального или удаленного). Многопользовательский характер работы достигается благодаря режиму разделения времени, который заключается в очень быстром переключении ЭВМ между разными терминалами и программами и соответственно быстрой отработке команд каждого пользователя. При этом последний не замечает задержек времени, связанных с обслуживанием других пользователей. Примерами разработок указанного вида могут служить помимо Windows операционные системы: NetWare, созданная и развиваемая фирмойNovell (США) для локальных информационных вычислительных систем;Unix фирмы AT&T’s Bell Laboratories (США); REAL/32 и др.
• Однопользовательская система (one user system) -  операционная система, не обладающая свойствами многопользовательской. Примерами однопользовательских ОС являются MS DOS фирмыMicrosoft (США) и ОС/2, созданная совместно Microsoft и IBM.
• Сетевая операционная система, СОС (NOS, Network Operating System) - операционная система, предназначенная для обеспечения работы вычислительной сети. Примерами сетевых операционных систем являются Windows NT, Windows 2000, Novel Netware, Unix, Linux и др.

Типы ОС:

• графические (с наличием графического пользовательского интерфейса - GUI) - текстовые (только командная строка);
• бесплатные - платные;
• открытые (с возможностью редактировать исходный код) - закрытые (без возможности редактировать исходный код);
• клиентские - серверные;
• высокая стабильность (устойчивость к сбоям аппаратной части)- низкая стабильность;
• простая в администрировании (для рядового пользователя) - сложная, для системных администраторов;
• 16-разрядная - 32-разрядная - 64-разрядная (в далеком прошлом были еще и 8-разрядные);
• с высоким уровнем безопасности данных - с низким уровнем безопасности;

Понятие операционной системы 

Существуют две группы определений ОС: «совокупность программ, управляющих оборудованием» и «совокупность  программ, управляющих другими программами». Обе они имеют свой точный технический  смысл, который, однако, становится ясно только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны операционные системы. 

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), сотовых телефонах и т. п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки — также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры — могут обходиться без ОС, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство «картридже» или компакт-диске . (Многие встроенные компьютеры и даже некоторые игровые приставки на самом деле работают под управлением своих ОС). 

Операционные системы, в  свою очередь, нужны, если:

• вычислительная система используется для различных задач, причём программы, исполняющие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы с вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;
• различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Напр., простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки  часто используемых подпрограмм (функций);
• между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от чужого взора, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;
• необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени» . При этом специальный компонент, называемый планировщиком, «нарезает» процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочередно различным исполняющимся программам (процессам);
• наконец, оператор должен иметь возможность, так или иначе, управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды , одна из которых — оболочка и набор стандартных утилит — является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы). Таким образом, современные универсальные ОС можно охарактеризовать прежде всего как:
• использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),
• многопользовательские (с разделением полномочий),
• многозадачные (с разделением времени).