С какими основными свойствами операционных систем

Типы:

-ОС для ЭВМ общего назначения.

-ОС реального времени – управление датчиками, широкий спектр устройств ввода/вывода, упрощённые алгоритмы обработки.

-ОС портативных ЭВМ.

-ОС ЭВМ специального назначения.

Свойства ОС:

-Надёжность — ОС должна быть также надёжна, как и аппаратура, на которой она работает. Средства определения, диагностирования и исправления ошибок.

-Защита (внутренняя) от взаимного влияния пользователей друг на друга — минимизация порчи программ и данных.

-Предсказуемость – реакция ОС на запросы пользователя должна быть предсказуемой и не варьироваться слишком сильно.

-Удобство – ОС должна облегчать работу пользователя и проектироваться с учётом факторов человеческой психологии.

-Эффективность – эффективное распределение системных ресурсов.

-Общие системные услуги – должны быть такими, чтобы пользователь при решении задач как можно реже обращался к дополнительным возможностямсистемных услуг.

-Гибкость – при определении (установке) ресурсов для пользователя, гибкость при настройке системных операций для конкретного пользователя.

-Расширяемость – возможность добавления новых модулей.

-Ясность (прозрачность) – пользователь должен иметь возможность знать об ОС всё, что он захочет.

8. Структура операционной системы на примере MS-DOS. Назначение основных модулей.

BIOS — находится в ПЗУ и может считаться компонентом ОС. Содержит драйверы стандартных перифирийных устройств, некоторые программы аппаратуры. Осуществляет инициализацию векторов прерываний нижнего уровня и считывает в память NSB.

NSB – Non-System Bootstrap, внесистемный загрузчик. Стартовый сектор физического жёсткого диска, является вторичным загрузчиком, считывает в память SB.

SB – стартовый сектор каждого логического диска, считывает в память EM BIOS, BM DOS и запускает EM BIOS.

EM BIOS – Extension Module BIOS. По существу, это файл «io.sys». Осуществляет определение состояния оборудования, конфигурацию DOS по «config.sys», инициализацию и переустановку некоторых веторов прерываний нижнего уровня. Запускает BM DOS.

BM DOS – Basic Module. Центральный компонент DOS, реализующий управление ресурсами и программой. Основу составляют обработчики прерываний верхнего уровня. Модуль сичтывает в память и запускает интерпретатор команд.

Внешний драйверы устройств – отдельные файлы для управления периферийными устройствами.

CI – интерпретатор команд. Файл «command.com». Отвечает за поддержку пользовательского интерфейса, осуществляет выполнение файла «autoexec.bat», состоит из двух модулей: резидентный (обработчики прерываний и код подгрузки транзитного модуля) и транзитный (может перекрываться в оперативной памяти выполняемыми подпрограммами, содержит исполнитель внутренних комманд и загрузчик программы в оперативную память для выполнения).

Утилиты – обслуж. программы,предоставляющие пользователю сервисные услуги.Бывают диалог. и недиалоговыми.

MS-DOS Shell – оболочка. Надстройка над CI, внешне напоминающая Windows.

Инструментальные средства – включают систему программирования MS-DOS (Qbasic, отладчик для тестирования и отладки исполнимых файлов)

9. Структура операционной системы на примере Windows NT. Назначение основных модулей.

Структура Windows NT состоит из двух частей:

v Защищённые подсистемы (серверы)

Ø Сервер – отдельный процесс, память которого защищена от других процессов с помощью системы виртуальной памяти исполнительной системы (ядра). Серверы предоставляют исполнительной системе пользовательский и программный интерфейсы, обеспечивает среду для выполнения приложений различных типов. Сервер подразумевает, что каждая функция подсистемы обеспечивает API-интерфейс (набор процедур, которые вызываются прикладной программой для осуществления низкоуровневых операций, выполняемых ОС). API реализуется на отдельном сервере для Win32, OS/2, POSIX и др. Это позволяет устранить конфликты и дублирования в исполнительной системе.

Ø Подсистема Win32 предоставляет прикладным программам API Win32, реализует графический интерфейс и управляет вводом/выводом. Остальные подсистемы имеют свои API, но используют для получения пользовательского ввода и отображения результатов подсистему Win32. В подсистеме Win32 сохраняется базовая структура 16-тиразрядной Windows, но в NT для повышения производительности были перенесены диспетчер окон, интерфейс и драйверы графических устройств из пользовательского режима в режим ядра. Это позволило избавиться от большого числа сложных участков кода. Подсистема защиты регистрирует правила контроля доступа на локальный компьютер, ведёт базу данных учётных записей пользователя.

v Исполнительная система – сама по себе является законченной ОС и выполняет функции ОС низкого уровня. Имеет два набора функций: системные сервисы и внутренние процедуры. Компоненты исполнительной системы поддерживают поддерживают независимость друг от друга.

Ø Диспетчер объектов – создаёт, поддерживает и уничтожает объекты.

Ø Справочный монитор защиты – оберегает ресурсы ОС, обеспечивает защиту объектов и ведёт аудит во время выполнения.

Ø Диспетчер процессов – создаёт, завершает и выводит информацию о процессах и потоках.

Ø Средства локального вызова процедур (LPC) – передаёт сообщения между клиентскими и серверными процессами, расположенными на одном компьютере.

Ø Диспетчер виртуальной памяти – выделяет и управляет виртуальной памятью и осуществляет подкачку страниц. Каждому процессу предоставляется собственное адресное пространство.

Ø Ядро – реагирует на прерывания, направляет потоки на выполнение, осуществляет межпроцессорную синхронизацию, скрывает различия процессорной и остальной части системы.

Ø Диспетчер ввода/вывода – реализует средства ввода/вывода независимо от типа устройства.

Ø Файловая система – драйверы, принимающие запросы файлового ввода/вывода конкретного устройства.

Ø Сетевой редиректор – драйверы, принимающие запросы ввода/вывода для удалённых файлов, и пересылающие запросы сетевому серверу на другую машину.

Ø Драйверы устройств – низкоуровненвые драйверы, напрямую работающие с оборудованием, в том числе и с сетевым.

Ø Диспетчер кэша – использует средства подкачки страниц диспетчера виртуальной памяти для автоматической записи информациина диск в фоновом режиме (асинхронная запись на диск). Это повышает производительность фалового ввода/вывода.

Ø Слой, абстрагированный от оборудования (HAL) – динамически подключаемая библиотека (DDL). Она изолирует исполнительную систему от особенностей аппаратных платформ разных производителей.

В WINDOWS 2000 – новшества по структуре:

Распространяются не на ядро и не на пользовательский интерфейс, а на многочисленные важные подсистемы и службы.

В WINDOWS 2003 – новшества касаются в основном подсистемы защиты.

10. ОС реального времени. Особенности, примеры.

Особенности:

1) логическая корректность всех необходимых процессов (вычислений) за определенный интервал времени.
2) быстродействие должно быть адекватно скорости протекания физического процесса на объектах контроля
3) тесное взаимодействие с аппаратурой

4) сложные и распределенные системы
5) проблемы и сложности при тестировании
Требования:

1) требования по времени

2) возможность параллельного выполнения нескольких задач
3) непредсказуемость
4) максимальное время отклика на событие
5) особые требования к вопросам безопасности
6) безотказная работа втечение длительного времени

ОС РВ различают:

Системы жесткого РВ – неспособность выдать результат обработки события в заданное время приравнивается к отказу.

Системы мягкого РВ – система может не успевать всё делать в заданное время.

Проблема – определение критериев успешности.

Все СРВ являются многозадачными.

Четкой границы между ядром и основной частью нет.

Важной частью является планировщик, это связано с тем, что необходимо четко следить за моментом времени выполнения задач.

Примеры ОС РВ:

Гибрид 16/32 битовой ос, которую пользователь может фигурировать по своему усмотрению.

FLEET

Fault-tollerance – отказоустойчивость

Load balancing – регулирующая нагрузку

Efficient – эффективная

Extensible – расширяемая

Transparent – прозрачная

OS-9

LINUX реального времени



Разновидности программ для компьютеров: системные и прикладные программы, системы программирования

ЛЕКЦИЯ 3. Программные средства ЭВМ

Электронно-вычислительная машина или компьютер, состоит из двух взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов: элек-тронных блоков (аппаратуры) и программного обеспечения.

Программное обеспечение (ПО) — совокупность программ и пра-вил, позволяющая использовать ЭВМ для решения различных за-дач. Программное обеспечение микроЭВМ разделяются ПРИ-КЛАДНОЕ, СИСТЕМНОЕ.

ПРИКЛАДНОЕ программное обеспечение (ППО) — совокуп-ность программ, предназначенных для решения конкретных задач. Прикладное программное обеспечение разрабатывается самим пользователем в зависимости от интересующей его задачи. В неко-торых источниках можно встретить деление прикладного про-граммного обеспечения на кроссовое и тестовое.

КРОССОВОЕ программное обеспечение (КПО) — предназначено для работы с соответствующей микроЭВМ и ее программами, но реализованное на вычислительных машинах других классов (боль-ших или мини-ЭВМ) или на микроЭВМ другого типа.

ТЕСТОВОЕ программное обеспечение (ТПО) — совокупность предназначенных для проверки работоспособности устройств, вхо-дящих в состав микроЭВМ на стадиях ее изготовления, эксплуата-ции и ремонта.

СИСТЕМНОЕ программное обеспечение (СПО) — совокупность программ и языковых средств, предназначенных для поддержания функционирования ЭВМ и наиболее эффективного выполнения его целевого назначения. По функциональному назначению в систем-ном программном обеспечение можно выделить две системы — опе-рационную систему и систему программирования.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ОС) — комплекс программ, предназначенный для обеспечения определенного уровня эффек-тивности вычислительной системы за счет автоматизированного управления ее работой и представляемых пользователям услуг. Эту

систему можно рассматривать как программное продолжение и расширения аппаратуры микроЭВМ.

СИСТЕМА ПРОГРАММИРОВАНИЯ (СП) — совокупность языка программирования и соответствующего ему языкового процессора, обеспечивающие автоматизацию отработки и отладки программ. Программные компоненты системы программирования работают под управлением операционной системы наравне с прикладными программами пользователя.

Свойства операционной системы:

1. НАДЕЖНОСТЬ. Операционная система должна быть надеж-на, как и аппаратура на которой работает. Она должна быть в со-стоянии определять и диагностировать ошибки, а также восстанав-ливаться после большинства характерных ошибок, произошедших по вине пользователя. Она должна защищать пользователя от его же собственных ошибок или, по крайней мере, минимизировать вред, который они могут оказать на все программное окружение, нахо-дящиеся в микроЭВМ.

2. ЗАЩИТА. Операционная система должна защищать выпол-няемые задачи от взаимного влияния их друг на друга.

3. ПРЕДСКАЗУЕМОСТЬ. Операционная система должна отве-чать на запросы пользователя предсказуемым образом. Результаты выполнения команд пользователя должны быть одними и теми же вне зависимости от последовательности, в которой эти команды по-сылаются на исполнение (при соблюдении установленных в системе правил).

4. УДОБСТВО. Операционная система предлагается пользовате-лю потому, что она намного облегчает его работу и освобождает его от бремени задач по определению различных ресурсов и задач по управлению этими ресурсами. Система должна быть спроектирова-на с учетом основных факторов человеческой психологии.

5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ. При распределении ресурсов операци-онная система должна максимально повысить использование сис-темных ресурсов пользователем. Сама система не должна использовать большое количество ресурсов, так как эти ресурсы становятся недостаточными для удовлетворения запросов пользователя.

6. ГИБКОСТЬ. Системные операции могут настраиваться для согласования поведения пользователя. Ресурсы могут быть увели-чены (уменьшены) для того, чтобы улучшить эффективность и дос-тупность.

7. РАСШИРЯЕМОСТЬ. В процессе эволюции к операционной системе могут быть добавлены новые программные средства.

8. ЯСНОСТЬ. Пользователь может оставаться в неведении отно-сительно вещей, существующих ниже уровня интерфейсной систе-мы. В тоже время он должен иметь возможность узнать о системе столько, сколько он хочет. В данном случае интерфейсной системой являются правила и функциональные характеристики средств под-ключения и взаимодействия устройств вычислительной машины.

Причиной существования операционных систем являются задачи по распределению ресурсов и задач по управлению этими ресурса-ми. Цель управления ресурсами заключается в том, чтобы добиться эффективного использования ресурсов пользователем, а также ос-вободить пользователя от бремени задач по оперированию ресурса-ми. Под ресурсами микроЭВМ подразумевается следующее: про-цессорное время, оперативная память, периферийные устройства и математическое обеспечение.

ПРОЦЕССОРНОЕ ВРЕМЯ — время доступа к процессору и, сле-довательно, время счета. Большинство задач при вычислении их на ЭВМ тратит половину времени на ожидание завершения операций ввода/вывода. Экономическая необходимость вынуждает разделять ЭВМ между многими пользователями, одновременно работающи-ми. Таким образом, для эффективного использования процессорно-го времени требуется сложный механизм разделения времени — ме-ханизм, использующий одновременную работу центрального про-цессора (ЦП) и устройства ввода/вывода информации.

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ. Планирование доступа к оператив-ной памяти неотъемлемо от доступа к центральному процессору. Программа может выполняться, если есть доступ к центральному процессору, она оказывается в оперативной памяти и исполняется, а

так_как память дефицитна, система должна использовать ее с мак-симальной эффективностью. Есть много предложений использовать оперативную память между несколькими пользователями. Цель этих предложений: максимально сократить пустые пространства оперативной памяти, возникающие из — за различных объектов и особенностей программ пользователя.

ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА. С большинством перифе-рийных устройств в каждый момент времени может работать только один пользователь. Такая работа периферийных устройств может привести к неэффективному их использованию, если время счета программы довольно велико. Устройства с быстрым доступом раз-деляются между пользователями с помощью системы управления файлами. Задержки, возникающие при работе с периферийными устройствами быстрого доступа, вполне удовлетворительны виду скорости этих устройств и в виду интервалов времени между про-граммными запросами ввода/вывода.

Так как большинства мини-ЭВМ имеют по одному ЦП, медлен-ность работы этого устройства может привести к приостановке вы-полнения программ. Для того чтобы этого не было, операционная система обслуживания ввода/вывода включает механизм, который называется СПУЛИНГОМ. Спулинг — процедура автоматической записи на магнитный диск данных, предназначенных для вывода на принтер, и распечатки их по мере готовности последнего.

РЕСУРСЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ — представ-ляют собой доступные пользователю функции, предназначенные для работы с данными и для контроля над выполнением программ. Среди этих ресурсов находятся сервисные программы по управле-нию файлами и по обслуживанию ввода/вывода, программ систем-ного планирования и системные библиотеки.

При рассмотрении операционной системы необходимо остано-вится на типах и составе операционных систем.

Назначение операционной системы — это распределение ресур-сов микроЭВМ. Освободив пользователя от забот по распределе-нию ресурсов, операционная система может обеспечить

функционирование микроЭВМ в одном из трех режимов: однопрограммный; многопрограммный; многозадачный.

МНОГОПРОГРАММНЫЙ РЕЖИМ — МУЛЬТИПРОГРАММ-НЫЙ режим, в котором несколько независимых друг от друга про-грамм выполняют обработку данных одновременно. При этом про-граммы делят ресурсы ЭВМ между собой. Основой мультипро-граммного режима является совмещение во времени работы цен-трального процессора и выполнения операций периферийных уст-ройств. Достоинство этого режима перед однопрограммным режи-мом более эффективное использование ресурсов ЭВМ и повышение ее пропускной способности. Многопрограммный режим возможен только в мультисистеме (системе с несколькими ЦП).

МНОГОЗАДАЧНЫЙ РЕЖИМ — режим мультизадачный, преду-сматривающий параллельное, т. е. одновременное выполнение бо-лее чем одной программы по разным задачам, использующим результат одной задачи как исходные данные для другой, другими словами в операционной системе должны быть средства, позво-ляющие задачам взаимодействовать друг с другом. В отличие от многопрограммного режима, где используется принцип разделения времени между программами, в этом режиме идет параллельное вычисление по всем задачам.

Операционная система является посредником между ЭВМ и пользователем. Операционная система осуществляет анализ запро-сов пользователя и обеспечивает их выполнение. Запрос представ-ляется последовательностью команд на особом языке директив опе-рационной системы.

Операционная система может выполнять запросы в разных ре-жимах, поэтому операционные системы можно разделить на сле-дующие типы:

— операционная система пакетной обработки;

— операционная система разделения времени;

— операционная система реального времени;

— операционная система диалоговая.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПАКЕТНОЙ ОБРАБОТКИ — это система, которая обрабатывает пакет заданий, т. е. несколько заданий, подготовленных одним или больше пользователями. Пакет за-даний поступает в ЭВМ и взаимодействие между пользователем и его заданием во время вычислительного процесса невозможно. Данная операционная система может функционировать однопро-граммном и мультипрограммном режимах.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ – обеспечивает одновременное обслуживание многих пользователей, позволяет любому пользователем взаимодействовать со своим зада-нием. Эффект одновременной работы достигается разделением процессорного времени и других ресурсов между несколькими вы-числительными процессами, которые заданны разными пользовате-лями. Операционная система выстраивает очередь из поступающих заданий, выделяет квант времени для доступа к центральному про-цессору каждому заданию согласно очереди. Выполнив первое за-дание, операционная система отсылает его в конец очереди и пере-ходит ко второму и т. д.

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ — это система, которая гарантирует оперативное выполнение запросов в течение заданного интервала времени. При этом скорость вычисли-тельных процессов в ЭВМ должна согласоваться со скоростью вре-менных процессов, т.е. и ходом реального времени. ЭВМ с данной операционной системой чаще всего работает в однозначном режи-ме.

ДИАЛОГОВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ — предназначе-ны для индивидуального пользования и обеспечивают удобную форму диалога ЭВМ с пользователем через дисплей при вводе и выполнении команд. Функционирует операционная система обычно в однопрограммном режиме.

Независимо от типа операционная система чаще всего состоит из относительно компактного ядра — монитора (супервизора) и на-бора системных программ и данных.

БИБЛИОТЕКА ПРОГРАММ — набор файлов, связанных одним каталогом, в который могут входить объектные модули (програм-мы), макроопределения языка программирования и др.