5 Операционные системы
5.1 Понятие операционной системы
Операционная система (ОС) – это упорядоченная последовательность системных управляющих программ, совместно с необходимыми информационными массивами, предназначенных для планирования, исполнения пользовательских программ и управления всеми ресурсами вычислительной машины (программами, данными, аппаратурой и другими распределяемыми и управляемыми объектами) с целью предоставления возможности пользователям эффективно, в некотором смысле, решать задачи, сформулированные в терминах вычислительной машины.
ОС – это программа, которая контролирует работу прикладных программ и системных приложений и выполняет роль интерфейса между приложениями и аппаратным обеспечением ЭВМ (это более простое определение).
Рассматривая ОС как интерфейс между пользователем и компьютером, можно представить иерархическую структуру программного и аппаратного обеспечения, использующегося для представления конечному пользователю возможности работы с приложениями.
ОС предоставляют следующий перечень услуг:
Разработка программ. ОС предоставляет программисту разнообразные инструменты и сервисы, к примеру, редакторы, отладчики, реализованные в виде программ-утилит, которые поддерживаются ОС, хотя не входят в её ядро. Такие программы называются инструментами разработки приложений.
Исполнение программ. Для запуска программы требуется загрузить её в основную память (сформировать области команд и данных), инициализировать устройства ввода-вывода и файлы, подготовить ресурсы ЭВМ. ОС выполняет эти трудоемкие операции. Существуют специальные загрузчики программ для выполнения этих действий.
Доступ к устройствам ввода-вывода. Несмотря на то, что для каждого устройства нужен свой набор команд и контроллеров сигналов, ОС предоставляет пользователю единообразный интерфейс, который скрывает эти детали и обеспечивает программисту доступ к устройствам ввода-вывода с помощью простых команд чтения-записи.
Контролируемый доступ к файлам. При работе с файлами обеспечивается необходимая структуризация данных, записываемая в файлы, а также работа механизма защиты при обращении к файлу многопользовательскими ОС (классический пример – ОС UNIX).
Системный доступ. ОС управляет доступом к отдельным системным ресурсам, а также доступом к вычислительной системе в целом. Она защищает ресурсы и данные от несанкционированного использования и разрешает конфликтные ситуации (например, проблема тупиков).
Обнаружение ошибок и их обработка. В ходе работы ЭВМ возможны сбои, например ошибки памяти, нарушение работы отдельных устройств, возможные программные ошибки (переполнения, попытки обращения к недоступным ресурсам). В этих случаях ОС должна выполнять действия, минимизирующие влияние ошибки на работу приложения. Спектр таких действий достаточно широк, от простого уведомления об ошибке до аварийной остановки программы.
Учет использования ресурсов. В ОС должны быть средства учета использованных ресурсов и отображения параметров их производительности, а также определение времени использования ресурса отдельными пользователями. Это особенно важно при настройке конфигурации. Наличие таких средств позволяет оптимизировать работу системы в целом и обеспечить наиболее оптимальную загрузку процессора и других ресурсов, т. е. повысить ее производительность.
Компьютер представляет собой набор ресурсов для выполнения задач накопления, перемещения, хранения и обработки данных, а также контроля выполнения этих и других функций. ОС управляет ресурсами компьютера, контролирует его основные функции, но при этом есть важная особенность: ОС – это набор компьютерных программ. Как и любая другая программа, она состоит из команд, выполняемых процессором, при этом работа ОС перемежается (чередуется) с работой других прикладных программ.
ОС указывает процессору, как исполнять другие системные ресурсы и как распределять время работы других программ. Но для реализации действий, предписанных ОС, процессор должен приостановить его работу и перейти к выполнению других программ, таким образом, ОС уступает работу управления процессору, чтобы тот смог выполнить некоторую полезную работу.
Часть ОС, куда входит ядро, расположено в основной памяти вычислительной машины. В основной памяти находится и основная, используемая в данный момент утилита. Оставшаяся часть основной памяти содержит программы и данные пользователя. Их размещением управляет ОС.
Процессор также является ресурсом, поэтому ОС определяет, сколько времени он выполнять ту или иную программу. Основная часть ОС находится на внешней памяти, и по мере необходимости составная части ОС загружается в основную память для выполнения.
Большинство ОС постоянно дорабатывается и совершенствуется. Это происходит по причине появления и обновления новых аппаратных обеспечений, новых услуг и исправления неполадок.