Билет 1.

(Назначение и функции операционных систем (ОС). Ресурс. Виртуализация ресурсов.)

Под ОС обычно понимают комплект управляющих программ, которые вступают как интерфейс между аппаратурой компьютера, и предназначены для наиболее эффективного использования ресурсов вычислительной системы, организации надежных вычислений. Любой из компонентов программного обеспечения работает под управлением ОС, и ни один из компонентов ПО, за исключением самой ОС не имеет доступа непосредственно к аппаратуре.

Основными функциями ОС являются:

Прием от пользователя заданий или команд.

Прием и исполнение программных запросов на запуск, приостановку и остановку других программ.

Загрузка в оперативную память подлежащих исполнению программ.

Инициация программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).

Идентификация всех программ и данных.

Обеспечение работы системы управления файлами и СУБД. что увеличивает эффективность работы всего ПО.

Обеспечения режима мультипрограммирования, т. е. выполнение 2 или более программ на 1 процессоре, воздающие видимость их одновременного исполнения.

Управление операциями ввода/вывода.

Распределение памяти, организация виртуальной памяти.

Планирование и диспетчеризация задач в соответствии с заданными стратегией и дисциплинами обслуживания.

Обмен сообщениями и данными между выполняющимися программами.

Защита программ от влияния друг на друга. обеспечение сохранности данных.

Предоставление услуг на случай сбоя системы.

Обеспечение работы систем программирования.

Ресурс – это любой потребляемый (расходуемый) объект. По запа­сам ресурсы подразделяются на исчерпаемые и неисчерпаемые. По­требители ресурсов – процессы. Ресурс – это средство вычисли-тельной машины или вычислительной системы, которое может быть выделено процессу на определенный интервал времени.

Ресурсы классифицируются по следующим свойствам:

а) по признаку реальности – на физические и виртуальные (последние только в отдельных свойствах схожи с физическими ресурсами);

б) по возможности расширения свойств – на эластичные и жесткие (не допускающие расширяемости);

в) по степени активности – на пассивные и активные (способные выполнять действия по отношению к другим ресурсам);

г) по времени существования – на постоянные (доступные на протяжении всего времени существования процесса, а также до и после его работы) и временные;

д) по степени важности – на основные и второстепенные (допускающие альтернативное развитие процесса);

е) по функциональной избыточности при распределении – на дорогие (но предоставляемые быстро) и дешевые (но предоставляемые с ожида­нием);

ж) по структуре – на со­ставные и простые (которые не содержат составных элементов и могут находиться только в одном из двух состояний: «доступен» или «занят»);

з) по характеру использования – на потребляе­мые и воспроизводимые (допускающие многократное использо­вание и освобожде-ние), а также – на ис­пользуемые последовательно и ис­пользуемые параллельно (использующиеся несколькими процессами);

и) по форме реализации – на жесткие (не допускающие копи­рования) и мягкие (допускающие тиражирование и в свою очередь подразделяющиеся на программные и информационные ресурсы).

Примерами ресурсов являются некоторые аппаратные устройства ВМ (процессоры, запоминающие устройства, устройства ввода-вывода) или некоторые наборы информации (в частности, совокупности записей определенной структуры – так называемые «файлы»).

Билет 2.

(Этапы развития ОС (системы с пакетной обработкой, системы разделения времени, системы реального времени).)

Эволюция ОС

Первый период (1945 -1955)

Известно, что компьютер был изобретен английским математиком Чарльзом Бэбиджем в конце восемнадцатого века. Его "аналитическая машина" так и не смогла но-настоящему заработать, потому что технологии того времени не удовлетворяли требованиям по изготовлению деталей точной механики, которые были необходимы для вычислительной техники. Известно также, что этот компьютер не имел операционной системы.

Некоторый прогресс в создании цифровых вычислительных машин произошел после второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-исследовательская работа в области вычислительной техники, а не использование компьютеров в качестве инструмента решения каких-либо практических задач из других прикладных областей. Программирование осуществлялось исключительно на машинном языке. Об операционных системах не было и речи, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления. Не было никакого другого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм.

Второй период (1955 - 1965)

С середины 50-х годов начался новый период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы - полупроводниковых элементов. Компьютеры второго поколения стали более надежными, теперь они смогли непрерывно работать настолько долго, чтобы на них можно было возложить выполнение действительно практически важных задач. Именно в этот период произошло разделение персонала на программистов и операторов, эксплуатационщиков и разработчиков вычислительных машин.

В эти годы появились первые алгоритмические языки, а следовательно и первые системные программы - компиляторы. Стоимость процессорного времени возросла, что потребовало уменьшения непроизводительных затрат времени между запусками программ. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий.

Третий период (1965 - 1980)

Следующий важный период развития вычислительных машин относится к 1965-1980 годам. В это время в технической базе произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что дало гораздо большие возможности новому, третьему поколению компьютеров.

Для этого периода характерно также создание семейств программно-совместимых машин. Первым семейством программно-совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, явилась серия машин IBM/360. Построенное в начале 60-х годов это семейство значительно превосходило машины второго поколения по критерию цена/производительность. Вскоре идея программно-совместимых машин стала общепризнанной.

Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Такие операционные системы должны были бы работать и на больших, и на малых вычислительных системах, с большим и с малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными "монстрами". Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. В каждой новой версии операционной системы исправлялись одни ошибки и вносились другие.

Однако, несмотря на необозримые размеры и множество проблем, OS/360 и другие ей подобные операционные системы машин третьего поколения действительно удовлетворяли большинству требований потребителей. Важнейшим достижением ОС данного поколения явилась реализация мультипрограммирования. Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок оперативной памяти, называемый разделом.

Другое нововведение - спулинг (spooling). Спулинг в то время определялся как способ организации вычислительного процесса, в соответствии с которым задания считывались с перфокарт на диск в том темпе, в котором они появлялись в помещении вычислительного центра, а затем, когда очередное задание завершалось, новое задание с диска загружалось в освободившийся раздел.

Наряду с мультипрограммной реализацией систем пакетной обработки появился новый тип ОС - системы разделения времени. Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины.

Четвертый период (1980 - настоящее время)

Следующий период в эволюции операционных систем связан с появлением больших интегральных схем (БИС). В эти годы произошло резкое возрастание степени интеграции и удешевление микросхем. Компьютер стал доступен отдельному человеку, и наступила эра персональных компьютеров. С точки зрения архитектуры персональные компьютеры ничем не отличались от класса миникомпьютеров типа PDP-11, но вот цена у них существенно отличалась. Если миникомпьютер дал возможность иметь собственную вычислительную машину отделу предприятия или университету, то персональный компьютер сделал это возможным для отдельного человека.

Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения, это положило конец кастовости программистов.

На рынке операционных систем доминировали две системы: MS-DOS и UNIX. Однопрограммная однопользовательская ОС MS-DOS широко использовалась для компьютеров, построенных на базе микропроцессоров Intel 8088, а затем 80286, 80386 и 80486. Мультипрограммная многопользовательская ОС UNIX доминировала в среде "не-интеловских" компьютеров, особенно построенных на базе высокопроизводительных RISC-процессоров.

В середине 80-х стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС.

В сетевых ОС пользователи должны быть осведомлены о наличии других компьютеров и должны делать логический вход в другой компьютер, чтобы воспользоваться его ресурсами, преимущественно файлами. Каждая машина в сети выполняет свою собственную локальную операционную систему, отличающуюся от ОС автономного компьютера наличием дополнительных средств, позволяющих компьютеру работать в сети. Сетевая ОС не имеет фундаментальных отличий от ОС однопроцессорного компьютера. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств (драйвер сетевого адаптера), а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным файлам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы.

2,1 Операционные системы пакетной обработки.

Операционная система пакетной обработки – это система, которая обрабатывает пакет заданий, т. е. несколько заданий, подготовленных одним или разными пользователями. Взаимодействие между пользователем и его заданием во время обработки невозможно или крайне ограничено. Под управлением операционной системы пакетной обработки ЭВМ может функционировать в однопрограммном и мультипрограммном режимах.

2,2 Операционные системы разделения времени.

Такие системы обеспечивают одновременное обслуживание многих пользователей, позволяя каждому пользователю взаимодействовать со своим заданием в режиме диалога. Эффект одновременного обслуживания достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вычислительными процессами, которые соответствуют отдельным заданиям пользователей. Операционная система предоставляет ЭВМ каждому вычислительному процессу в течение небольшого интервала времени; если вычислительный процесс не завершился к концу очередного интервала, он прерывается и помещается в очередь ожидания, уступая ЭВМ другому вычислительному процессу. ЭВМ в этих системах функционирует в мультипрограммном режиме.

Операционная система разделения времени может применяться не только для обслуживания пользователей, но и для управления технологическим оборудованием. В этом случае “пользователями” являются отдельные блоки управления исполнительными устройствами, входящими в состав технологического оборудования: каждый блок взаимодействует с определённым вычислительным процессом в течение интервала времени, достаточного для передачи управляющих воздействий на исполнительное устройство или приёма информации от датчиков.

2,3 Операционные системы реального времени.

Данные системы гарантируют оперативное выполнение запросов в течение заданного интервала времени. Запросы могут поступать от пользователей или от внешних по отношению к ЭВМ устройств, с которыми системы связаны каналами передачи данных. При этом скорость вычислительных процессов в ЭВМ должна быть согласована со скоростью процессов, протекающих вне ЭВМ, т. е. согласована с ходом реального времени. Эти системы организуют управление вычислительными процессами таким образом, чтобы время ответа на запрос не превышало заданных значений. Необходимое время ответа определяется свойствами объектов (пользователей, внешних устройств), обслуживаемых системой. Операционные системы реального времени используются в информационно– поисковых системах и системах управления технологическим оборудованием. ЭВМ в таких системах функционирует чаще в многозадачном режиме.

Билет 3.

(Современные ОС)

1 Семейство Microsoft Windows.

1.1. Windows 95 - 98.

1.2. Microsoft Windows NT 4

1.3. Microsoft Windows 2000

1.4. Windows ME

1.5. Microsoft Windows XP

1.6. Microsoft Windows.NET

2. MacOS

3. OS/2

4. BeOS

5. Семейство UNIX

5.1. Операционная система UNIX

5.2. Операционная система LINUX

5.2.1. Общая характеристика ОС LINUX

5.2.2. Дистрибутивы LINUX

- Linux SlackWare

- RedHat Linux

- BlackCat Linux

- Linux Mandrake

- Corel Linux OS (TM)

5.2.3. Графические интерфейсы LINUX

- X Window System

- Ice Wm

- GNOME

- KDE

- Afterstep

- Window Maker

Билет 4.

(Классификация операционных систем)

Операционные системы разделяются 1)По назначению. Прежде всего ОС разделяют на системы общего и специального назначения. ОС специального назначения в свою очередь разделяют на ОС для переносных микрокомпьютеров (карманные PC) и различных встроенных систем.

2)По режиму обработки задач. Различают ОС обеспечивающие однопрограммный и мультипрограммный режимы. Под мультипрограммным режимом понимают способ организации вычислений, когда на однопроцессорной машине создается видимость выполнения нескольких программ. Различие между мультипрограммным и мультизадачным режимом в том, что в мультипрограммном режиме обеспечивается параллельное выполнение нескольких приложений и при этом программист прикладные программы не должен заботится об организации их параллельной работы эти функции на себя берет ОС, она распределяет между выполняющимися приложениями ресурсы вычислительной системы. Осуществляет необходимую синхронизацию вычислений и взаимодействие. Мультизадачный режим наоборот предполагает, что забота о параллельном выполнении и взаимодействии приложений ложится на прикладных программистов. Современные ОС для персональных компьютеров реализуют как мультипрограммный, так и мультизадачный режимы.

При организации работы с вычислительной системой в диалоговом режиме можно говорить об однопользовательских (однотерминальных и мультитерминальных ОС) в мультитерминальных ОС могут работать одновременно несколько пользователей, каждый со своего терминала. Для организации мультитерминального доступа к вычислит. системе необходимо обеспечить мультипрограммный режим работы. Примером мультитерминальной ОС явл. Linux.

3) По способу взаимодействия с системой. Основной особенностью ОС реального времени является обеспечение обработки поступающих заданий в течение заданных интервалов времени, которые нельзя превышать. Мультипрограммирование является основным средством повышения производительности системы. Лучшие характеристики по производительности обеспечиваются для систем реального времени однотерминальными ОС реального времени. Средства организации мультипрограммного режима всегда замедляют работу системы в целом, но расширяют функциональные возможности системы. Одной из таких систем является QNX.

4) По способу построения. По своему архитектурному принципу ОС разделяются на микроядерные и монолитные, примером микроядерной является ОС QNX, примером монолитной – Windows 9.XX, 200.

Билет 5.

(Основные принципы построения ОС)

ОС различаются по назначению, выполняемым функциям, формам реализации. В этом смысле каждая ОС - это уникальная сложная программная система. Однако существуют и общие принципы, реализованные в большинстве ОС:

модульность, при которой каждый модуль выполняет определенную функцию и может быть относительно легко заменен на другой;

функциональная избирательность, состоящая в выделении наиболее важных и часто используемых модулей в ядро ОС, которое размещается в оперативной памяти (ОП) ЭВМ для постоянного хранения (это так называемые резидентные программы);

генерируемость ОС, т.е. настройка на требуемую конфигурацию вычислительной системы, осуществляемая в процессе загрузки или корректировки ОС;

выполнение некоторых действий по умолчанию, т.е. при отсутствии указаний со стороны пользователей или главного оператора используются значения параметров, заложенные в ОС;

перемещаемость модулей ОС (и прикладных программ), обеспечивается аппаратурными и программными средствами;

защита модулей ОС и программ пользователей, находящихся как в ОП, так и во внешней памяти, размещаемой во внешних запоминающих устройствах (ВЗУ), от искажений или неправильных действий со стороны пользователей и их программ;

независимость программ от внешних устройств; наиболее последовательно этот принцип реализован в ОС UNIX;

открытость ОС и возможность ее наращивания.

Билет 6.

(Мультипрограммирование (многозадачность). Мультипрограммирование в системах с пакетной обработкой, системах с разделением времени и реального времени. Многопроцессорный режим работы)