4. Компоненты операционной системы

Часть операционной системы, которая обеспечивает интерфейс ОС с пользователями, называют оболочкой. Современные оболочки выполняют это задание посредством графического интерфейса пользователя (Graphical User Interface, GUI), в котором объекты (файлы, программы) представлены в виде пиктограмм. Ранние оболочки поддерживали общение с пользователями посредством текстовых сообщений, что вводятся из клавиатуры.

Некоторые ОС позволяют пользователю выбрать наиболее удобный для него тип оболочки.

Главным компонентом современных графических оболочек является программа управления окнами, которая распределяет отдельные блоки пространства экрана, окна, и отслеживает, какое применение ассоциируется с каждым из этих окон. Когда пользователь нажимает кнопку мыши, эта программа определяет положение указателя мыши на экране и сообщает соответствующее применение о действии пользователя.

Внутренняя часть ОС называется ядром, которое включает компоненты программного обеспечения, что выполняют основные функции в процессе приведения компьютера в рабочее состояние. Одним из компонентов является программа управления файлами. Программа поддерживает записи обо всех файлах, где каждый файл находится, каким пользователям разрешен доступ к разным файлам. Для удобства пользователей она позволяет группировать файлы в группы, каталоги или папки, создавать из файлов иерархические структуры.

Любой доступ к файлу предоставляется и контролируется программой управления файлами. Во время процедуры открытия файла происходит запрос к программе управления файлами. Если доступ позволяется, то она предоставляет информацию, необходимую для поиска файла и работы с ним. Информация записывается в область памяти — дескриптор файла.

Другой компонент ядра ОС — набор драйверов устройств, что взаимодействуют с контролерами устройств. Каждый драйвер устройства разрабатывается для конкретного его типа (определенного типа дисководу и т. д.) Драйвер превратит запросы, что поступают, в последовательность команд выполнения отдельных физических операций, которые нужны выполнить устройству, связанному с этим драйвером. Разработка других элементов программного обеспечения может вестись независимо от специфических особенностей конкретных устройств. Операционная система настраивается на использование определенных периферийных устройств посредством простой установки соответствующих драйверов.

Компонент ядра ОС — программа управления памятью решает задачу координации использования машиной ее основной памяти. В однозадачной среде программа, что выполняется, размещается в основной памяти, выполняется, а затем заменяется программой следующего задания. В многозадачной среде в основной памяти находится одновременно много программ и блоков данных, причем каждая программа занимает собственную область памяти, отведенную ей программой управления памятью.

В ситуации, когда необходимый объем памяти превышает реально существующий объем, программа управления памятью создает иллюзию увеличения объема памяти путем перемещения программ и данных из основной памяти на жесткий диск и назад. Использует виртуальную память. Например для всех программ, что выполняются, требуется 64М основной памяти, а есть только 32. Программа управления памятью делит необходимый объем на элементы — страницы и сохраняет содержание страниц на ЖД. Типичный объем страницы 4 К. Програма управления памятью помещает в основную память те страницы, которые в данный момент должны там находиться, замещая ими те, в которых больше нет необходимости.

Кроме того в состав ядра ОС входит планировщик, что определяет последовательность выполнения действий в системах с разделением времени и диспетчер, что контролирует распределение временных квантов для них.

Запуск операционной системы

Запуск операционной системы осуществляется посредством процесса, что зовется самозавантаженням (booting), который выполняется при каждом включении машины. Первым шагом к пониманию этого процесса является осознание того, зачем его необходимо выполнять на первом этапе.

Центральный процессор машины (ЦП) разработан таким образом, что при его включении программа, что выполняется, каждый раз стартует из определенного, заранее заданного адреса. Следовательно, именно в этом месте основной памяти ЦП ожидает найти первую команду, которая нужна выполнить. Чтобы гарантировать, что необходимая программа всегда будет присутствовать на указанном месте, этот участок памяти обычно конструируется так, чтобы ее содержание было неизменным. Такая память носит название постоянной памяти (постоянное запоминающий устройство, ПЗУ). Последовательность битов, однажды помещенная в ПЗУ посредством специального процесса, аналогичного напиливанию проводников на подкладку чипа, находится там постоянно, независимо от того, включенная машина или выключенная.

В маленьких компьютерах, которые используют в микроволновых печах, автомобильных системах воспаления, представляется удобным выделить значительный объем основной памяти под ПЗУ, поскольку гибкость в таких системах не нужна. При каждом включении выполняется одна и та же программа. Но в случае с универсальными компьютерами ситуация другая и в них не практикуется отведение большого объема основной памяти под постоянные программы. Содержание памяти таких машин должно быть переменным. Фактически большая часть памяти универсальных компьютеров в настоящее время сконструирована так, что ее содержание может не только изменяться, но и теряться при исключении машины. Такая память называется энергозависимой. Поэтому для начальной загрузки в компьютерах общего назначения лишь малая часть основной памяти строится из микросхем ПЗУ. Эта область содержит ячейки памяти, в которых ЦП ожидает найти команды, что выполняются при включении машины. Небольшая программа, которая постоянно находится в этой области памяти, называется программой первичной загрузки (bootstrap). Эта программа выполняется автоматически при каждом включении компьютера. Она приказывает ЦП считывать данные из заранее известного участка внешней памяти в энергозависимую основную память. В большинстве случаев этими данными является программный код операционной системы. Как только программы операционной системы будут помещены в основную память, программа первичной загрузки затребует от ЦП выполнить команду перехода в данную область памяти. В результате стартуют программы ядра, и операционная система начинает контролировать последующую деятельность машины.

В большинстве современных персональных компьютеров программа первичной загрузки разработана так, что прежде всего она пытается отыскать операционную систему на гибком диске (дискете). Если дискета в машину не вставлена, программа загрузки автоматически приступает к считыванию операционной системы из жесткого диска. Однако если дискета вставлена в устройство, но не содержит копии операционной системы, программа загрузки прекратится и выдаст сообщение об ошибке оператору. Вы, вероятно, сталкивались с этим, когда включали персональный компьютер, забыв предварительно вынуть несистемную дискету с дисководу.