8. Операционные системы семейства Microsoft Windows и Unix-подобные операционные системы

Ретроспективный анализ. Сведения об операционных системах семейства Windows. Файловая система. Элементы пользовательского интерфейса. Архитектурные компоненты. Инсталляция и загрузка Windows. Характеристики Unix-подобных операционных систем. Распространенные Unix-системы. Linux-операционная система. Операционная система Solaris. Файловая система. Основные команды.

ОСы семейства Microsoft Windows и Unix-подобные ОСы. Операционные системы для конечных пользователей (называемые также клиентскими операционными системами) предназначены для предоставления пользователям доступа к определенному набору приложений и для управления ресурсами компьютера. В последние несколько лет производители операционных систем, как правило, выпускают такие ОС в двух редакциях — для корпоративных и для домашних пользователей. ОСы для корпоративных пользователей чаще всего ориентированы на работу с офисными и бизнес-приложениями, для обращения к корпоративным файловым и почтовым серверам, серверам приложений и иным корпоративным и внешним ресурсам, реже — для применения графических и мультимедиаприложений (например, в рекламно-издательском бизнесе). Поэтому такие ОС должны удовлетворять весьма жестким требованиям к надежности, безопасности, управляемости. Что касается домашних ОС, то требования к их безопасности и управляемости не столь высоки, тогда как критерии поддержки технологий мультимедиа, использующихся в играх, приложениях для обработки любительского фото и видео и в иных подобных приложениях, могут оказаться довольно серьезными. Отметим, что и корпоративные, и домашние пользователи в настоящее время предпочитают ОСы с графическим пользовательским интерфейсом. Исключение составляют некоторые решения, клиентские части которых выполняются под управлением ОС с интерфейсом командной строки (например, MS-DOS). Они удобны в том случае, когда в обязанности пользователей входит работа с одним-единственным корпоративным приложением, и число таких пользователей велико. Впервые перспективность графического пользовательского интерфейса осознали основатели компании Apple Стивен Джобс и Стивен Возняк, увидевшие его в одной из исследовательских лабораторий Xerox. Их первый компьютер, выпущенный в 1983 году, обладал графическим пользовательским интерфейсом, а годом позже появился первый Macintosh с операционной системой Mac OS, которая в течение долгого времени была самой популярной операционной системой подобного класса. Windows. Сегодня наиболее популярными операционными системами для конечных пользователей являются члены семейства продуктов Microsoft Windows, которые занимают в настоящее время основную долю рынка. Компания Microsoft начала работу над операционной системой с графическим пользовательским интерфейсом в 1981 году. Первая версия Windows, выпущенная в ноябре 1985 года, обладала гораздо меньшими возможностями, чем Mac OS, и вплоть до выпуска в 1990-м Windows 3.0 эта ОС была не слишком известной. Ситуация начала меняться с выходом версий 3.1 и 3.11, а умелая маркетинговая кампания в середине 90-х годов привела к резкому росту популярности Windows 95 и последующих продуктов этого семейства на рынке операционных систем для корпоративных рабочих станций и для домашних компьютеров. Windows 95 – самая универсальная ОС. Используется в быту, на малых предприятиях, в госучреждениях разного ранга. Исключительно богатое ПО. Проста в обращении, что сочетается с большими возможностями. Самая массовая ОС в мире. Однако надежность этой ОС и защищенность информации в ней недостаточны. Windows 98 является усовершенствованной моделью Windows 95, объединяя все лучшее в разных версиях Windows 95. Дополнена рядом прикладных пакетов программ. Нацелена на максимальное использование Internet. Обеспечивает автоматическое подключение к Internet по мере потребности ЭВМ и автоматическое обновление системы за счет Internet – старые версии драйверов и пакетов автоматически обновляются. Может поддерживать локальную сеть до 20-30 ЭВМ. Из наиболее применимых сегодня ОС данного семейства следует назвать Windows 2000 Professional и Windows XP. Windows 2000 Professional, являющаяся наследницей операционной системы Windows NT Workstation, сочетает в себе надежность Windows NT с некоторой гибкостью, присущей ранним версиям Windows, и позиционируется как ОС для корпоративных пользователей, в среде которых она довольно быстро завоевала популярность. Несмотря на то, что эта операционная система была выпущена семь лет назад, она по-прежнему является одной из самых популярных систем для рабочих станций в корпоративном секторе — благодаря своей надежности, высокой производительности (достигнутой за счет изменений в системе управления памятью), средствам защиты файлов от удаления, удобным средствам настройки сетевого доступа. Отметим также появление стандарта Plug and Play, упрощающего подключение нового оборудования, и великолепную поддержку ноутбуков, ставших к 2000 году весьма распространенным типом компьютеров для корпоративных пользователей, в частности контроль питания и электроснабжения для устройств, поддерживающих интерфейс ACPI (Advanced Configuration and Power Interface). Что касается применимости для игр и иных развлечений, характерных для домашних пользователей ОС, то официальной информации об этом нет, хотя в ряде случаев данная ОС используется и для этих целей. Windows XP. Семейство операционных систем Windows XP было выпущено в 2001 году, вскоре после семейства продуктов Windows 2000. Сегодня Windows XP существует в двух редакциях: Home Edition — для домашних пользователей, а Professional — для корпоративных. Общим для обеих редакций данной операционной системы является поддержка мультимедиа, игр и иных развлекательных возможностей, однако Windows XP Professional обладает и рядом дополнительных средств, необходимых корпоративным пользователям (в частности, связанных с безопасностью данных). Помимо особенностей, которые были характерны для ранних 32-разрядных версий Wndows, в Windows XP появилcя ряд средств, упрощающих поддержку и сопровождение рабочих станций, — это, например, возможность вернуться к предыдущей версии драйвера устройства без перезагрузки или к прежней конфигурации компьютера после неудачной установки нового устройства или программного обеспечения, инструменты автоматического восстановления после ошибок пользователя при конфигурации операционной системы, средства удаленного управления операционной системой. Из особенностей этой ОС, ориентированных на домашних пользователей, стоит отметить наличие средств записи CD, средства оцифровки звука, средства для одновременной работы приложений, запущенных разными пользователями, поддержку воспроизведения DVD с помощью MediaPlayer, а также игр и соответствующего оборудования. Windows Vista – выпущенная сравнительно недавно ОС компании Microsoft. Пользователю предоставляется новый интерфейс программы и его настройка, конфигурирование системы, мультимедийные возможности, встроенные приложения и работа в Интернете. А администратору прилагается установка и мониторинг системы и приложений, администрирование, безопасность, групповые политики, сетевые средства и другие вопросы. Итальянское слово «vista» означает «перспектива; возможности, виды на будущее». Официальный выход Windows Vista произошел в конце 2006 - начале 2007 года, однако разработка программного кода была закончена раньше. Некоторые службы и программы изменились принципиально, а возможности уже достаточно традиционны. ОС поставляется в шести вариантах, различных по комплектации и функциональным возможностям, с тем, чтобы максимально соответствовать задачам, которые перед ней ставятся, и наличествующим ресурсам. Минимальная комплектация имеет название Windows Vista Starter Edition. Она предназначена для тех, кто только начинает пользоваться компьютером и не требует так много ресурсов, как ее старшие версии: до 512 Mb оперативной памяти, 80 Gb дискового пространства и процессора на базе Intel Pentium IV. Максимальная комплектация имеет название Windows Vista Enterprise. Она куда более требовательна к ресурсам и дороже по цене. Файловая система. В Windows указанная система имеет то же назначение, что и файловая система MS-DOS, и является расширением последней, т.е. она включает библиотеку программ и данных, а также средства ведения этой библиотеки. Основные понятия файловой системы – файл и папка. Файл – это совокупность данных на внешнем носителе (гибком и жестком диске, CD-ROM), имеющая имя. Файл обозначается именем и типом (расширением) и, кроме того, значком. Значок – это маленький символ, рисунок (иллюстрация). В Windows имя каждого объекта (файла, папки) снабжается значком. Это позволяет быстрее «опознать» объект. С каждым объектом сопоставляется 1 значок, и наоборот. Используя значок, можно выполнять с объектом (папкой, файлом) различные операции: файл-программу запустить, файл-документ открыть и т.д. Имя файла. В Windows допустимы длинные имена – до 250 символов. В русифицированных версиях имена могут включать символы кириллицы. По тем же правилам образуются имена прочих объектов файловой системы. Типы файлов и значки. Для типов файлов желательно использовать те же стандартные обозначения (exe, com, bat и пр.). Тип и значок файла-документа определяются обычно приложением, в котором документ создан. Так, например, типы файлов bmp и doc означают, что файлы созданы в графическом и текстовом редакторе соответственно. Папка – это аналог понятий каталог, подкаталог, т.е. это логический контейнер, куда включаются файлы, имеющие что-либо общее (например, общего пользователя). В папку можно вкладывать и другие папки. Каждой папке присваивается специальный значок, имеющий вид разделителя карточек в библиотечном каталоге. В Windows все дисководы рассматриваются как папки с именем, определяемым именем дисковода. Группа принтеров также представляется в виде папки. Таким образом, файловая система Windows объединяет данные, программы и устройства, т.е. все ресурсы ЭВМ. Элементы пользовательского интерфейса. Графическая оболочка предоставляет в распоряжение пользователя простые и удобные средства общения (и управления) с системой, те средства, что называются пользовательским интерфейсом. Выполнив запуск ОС Windows, можно увидеть на экране монитора окно, называемое «рабочий стол». Рабочий стол – это главное окно Windows. На нем располагаются основные элементы управления Windows. К ним относятся: панель задач, кнопка «Пуск» (Главное меню), кнопки активных приложений (справа от кнопки «Пуск»), контекстное меню, набор значков (системных) окна. Кроме того, пользователь может выводить на рабочий стол: папки, программы, документы, значки (ярлыки) различных объектов. Каждое из них выводится в свое окно либо представляется своим значком (ярлыком). Загрузка Windows. Система Windows хранится всегда в отдельном каталоге общим объемом не менее 40 Мбайт. Главный файл системы WIN.com. При включении ПЭВМ происходит автоматическая загрузка ОС, т.е. перенос программ Windows с жесткого диска (дискеты) в ОЗУ. При этом выполняется следующая последовательность операций: 1) Тестирование ОЗУ и прочих устройств ПЭВМ. При обнаружении неисправности выдается соответствующее сообщение и работа ПЭВМ прекращается. 2) Если тестирование заканчивается успешно, то делается попытка загрузить систему с НГМД (с дискеты). При отсутствии ОС на дискете выдается сообщение об ошибке и ПЭВМ прекращает работу. 3) При отсутствии дискеты в НМГД ОС загружается с винчестера, с системного диска (C:\). 4) По окончании загрузки запускается в работу файл Config.sys, а затем файл Autoexec.bat. Все перечисленные операции выполняются автоматически, без участия пользователя. В процессе загрузки система выдает сообщения на экран. Сначала выводится сообщение о типе видеоадаптера, о типе BIOS , таблица конфигурации системы, после чего можно видеть различные сообщения, выдаваемые программами, загружаемыми в двух последних файлах. Далее появляется красочная заставка Windows. По окончании загрузки заставка исчезает, и на экране появляется «Рабочий стол» - основное окно оболочки Windows. Характеристики Unix-подобных ОС. UNIX является примером простой мультипрограммной многопользовательской ОС. Она проектировалась как инструментальная система для разработчиков ПО. Своей уникальной системой UNIX обязана во многом тому обстоятельству, что по сути была создана всего 2 разработчиками (Кен Томпсон и Денис Ритчи). В своей ОС Томпсон и Ритчи учли опыт работы над проектом сложной мультизадачной ОС с разделением времени MULTICS (они назвали UNIX (Uniplexed Information Computing System)). Они делали её для себя, и первое время использовали на миниЭВМ с очень низкими вычислительными ресурсами. Первая версия этой системы занимала примерно 12 Кбайт и могла работать на компьютерах с очень небольшим объемом оперативной памяти. Поскольку при разработке второй версии UNIX разработчики отказались от Assembler и специально придумали язык высокого уровня, на котором можно было писать не только систему, но и прикладные программы (С), то и сама система, и приложения, разработанные в ней, стали легко переносимыми (мобильными). Компилятор языка С дает разделенный код, что позволяет эффективно использовать имеющиеся в системе ресурсы. Первой целью при разработке этой системы было стремление сохранить простоту и обойтись минимальным количеством функций. Все реальные сложности оставлялись пользователям программ. Второй целью была общность: 1) обращение к файлам; 2) устройствам ввода/вывода и буфером межпроцессорного сообщений; 3) одни и те же механизмы именования и присвоения альтернативных имен и защиты от несанкционированного доступа применяемы и к файлам с данными, и к каталогам, и к устройствам; 4) одни и те же механизмы работы в отношении программно и аппаратно инициализируемых прерываний. Третья цель заключается в том, что сложные задачи можно было решать, комбинируя небольшие программы, а не разрабатывая их заново. Четвертая цель состояла в создании мультитерминальной ОС с эффективными механизмами разделения не только процессорного времени, но и всех остальных ресурсов. В мультитерминальной ОС на одно из первых мест выходит процесс защиты одних вычислительных процессов от вмешательства других, причем при реализации третьей цели необходимо было создать механизмы полноценного обмена данными между программными модулями, из которых предполагается составить конечный продукт. ОС UNIX обладает простым, но очень мощным языком и независимой от устройств файловой системой. Важным, хотя и простым с позиции реализации такой возможности, является тот факт, что система UNIX представляет пользователю средства направления выхода одной программы непосредственно на вход другой, в результате достигается 4 цель. Большие программные системы можно создать путем композиции небольших процессов, а не путем написания новых, что в большинстве случаев упрощает задачи UNIX-систем. Существует более 30 лет и к настоящему времени имеется чрезвычайно большой набор легко переносимых из системы в систему отлично отлаженных и проверенных временем приложений. В число систем и прикладных программ, поставляемых с UNIX-системами, входят редакторы текста, программируемые интерпретаторы команд языка, компиляторы с несколькими популярными ЯП (С++, С, ASSEMBLER), компоновщики, отладчики, многочисленные библиотеки систем, средства сортировки и ведения БД. Центральной частью UNIX-системы является ядро (kernel). Оно составлено из большого количества модулей и с точки зрения архитектуры считается монолитным, однако в ядре всегда можно выделить три основные подсистемы: управление процессами, управление файлами и управление операциями ввода (вывод между центральной частью и периферическими устройствами). ОС LINUX. Современные Unix-подобные системы для ПК и рабочей станции. LINUX – свободная распространенная версия UNIX (разраб. Линусом Торвальдсом в универс. Хельсинки). Он предложил разработать её совместно и выдвинул условия, согласно которым исходные коды являются открытыми. Все компоненты системы, включая исходные тексты, распространяются с лицензией на свободное копирование и установку для неограниченного числа пользователей. Т.о. LINUX была создана с помощью программы и энтузиастов UNIX, общающихся между собой с помощью INTERNET. Большинство LINUX программ разраб. в Кембридже. Изначально ОС LINUX создавалась как самодельная UNIX-подобная реализация для машин типа IBM PC с процессором i 80386. Однако вскоре LINUX стала очень популярной, и её поддерживает большое количество компьютеров. На базе LINUX созданы суперкомпьютеры. LINUX – полноценная многопользовательская ОС. SOLARIS. В начале 1980-х большинство дистрибутивов поступало непосредственно от AT&T или Калифорнийского университета в Беркли и работало на любой имевшейся у пользователя аппаратуре, которую поддерживали эти версии. Возникли мелкие компании для распространения дистрибутивов и поддержки UNIX-систем, в основном базирующихся на ЦП Motorola 68000. Вначале SunOS работала на МС68010 и МС68020. В конечном счете, компания Sun Microsystems, Inc. решила, что может лучше обслуживать своих клиентов, если она также разработает аппаратуру, специально предназначенную для выполнения UNIX. (Motorola разработала семейство 68000 спец. для работы UNIX). SUN стала одним из первых лидеров в развитии и улучшении UNIX. SOLARIS – это текущая точка в развитии SunUNIX. Оригинал SunOS базировался на BSD UNIX, потому что некоторые из основателей SUN – наиболее заметный, Билл Джой, автор редактора vi – прибыли из Беркли. SUN сделала прыжок от SunOS до SOLARIS, когда начала сотрудничать с AT&T, чтобы стандартизировать System V. Конечно SOLARIS включает все лучшие особенности из BSD и SunOS, к которым привыкли клиенты SUN. SOLARIS работает на SPARC, 32- и 64-разрядных платформах фирмы SUN, также как и на платформах Intel PC. Файловая система. Файл в системе UNIX представляет собой множество символов с произвольным доступом. В файле содержатся произвольные данные, помещенные туда пользователем, и файл не имеет никакой другой структуры, кроме той, какую налагает на него пользователь. Структура файловой системы. Информация на дисках помещается поблочно, по 512 байт в каждом блоке. Диск разбивается на следующие области: неиспользуемый блок, управляющий блок (в котором содержится размер диска и границы других областей), i-список (состоящий из описаний файлов, называемых i-узлами) и область для хранения содержимого файлов. Т.о., файловая система представляет собой структуру данных, размещенную на диске и содержащую управляющий суперблок, в котором определена файловая система в целом; массив i-узлов, где определены все файлы в файловой системе; сами файлы; и, наконец, совокупность свободных блоков. От файловой системы не требуется, чтобы она вся целиком размещалась на том устройстве, где находится корень. Запрос от системы mount (на установку носителей и т.п.) позволяет встраивать в иерархию файлов файлы на сменных томах. Эта команда имеет несколько опций, но обязательных аргументов у стандартного варианта её использования два: имя файла блочного устройства и имя каталога. Команда umount выполняет обратную операцию – «отсоединяет», размонтирует файловую систему, после чего диск с данными можно физически извлечь из системы. Например, для записи на дискету необходимо её смонтировать, а после работы размонтировать.