Классификация ОС

1. Однозадачные ОС. Под задачей принято понимать совокупность программ и данных, требующих для своей реализации ресурсов ЭВМ (ВУ, ОП, процессорное время). Если требуется обработать по тому же алгоритму (программе) другие данные, то надо создать другую задачу. Однозадачные ОС целиком сосредоточены на вышеописанных проблемах и применялись на сравнительно простых компьютерах. Пример однозадачных ОС: MS DOS.

2. ОС, работающие в режиме разделения времени. В таких системах каждому пользователю отводится некоторый участок ОП и каждая задача выполняется так, как если бы в машине присутствовала она одна, а память этой машины ограничивалась лишь отведенным под задачу участком. Каждый пользователь обслуживается только в течение определенного промежутка (кванта) времени. Величина кванта зависит в основном от быстродействия ЭВМ и объема ОП. Если по истечении кванта времени задача не завершена, она снова ставится в очередь и может быть удалена из ОП во внешнюю память. Процессор тем временем приступает к выполнению следующей задачи.

 

ОС, работающие в режиме разделения времени подразделяются на:

  • Многозадачные однопользовательские системы (OS/2, Windows 95/98), в функции системы не входит защита ресурсов от других пользователей.
  • Многозадачные многопользовательские системы (Unix, Windows NT, OS/400). Здесь ОС должна обеспечить распределение ресурсов между пользователями и их учет, а также защиту программ и данных пользователя от доступа к ним других пользователей.
  • Гигаресурсные системы (VSE, VM, OS/390), являясь также многозадачными и многопользовательскими, отличаются от предыдущего класса тем, что ресурсы, управляемые ими, на несколько порядков большие. Их аппаратной платформой являются мэйнфреймы, в которых соотношение производительность/цена существенно выше, чем в компьютерах малой и средней мощности, но для того, чтобы это преимущество проявилось, производительность должна быть востребована в полном объеме. Поэтому в таких системах значительно больше внимания уделяется эффективности управления ресурсами.

3. ОС реального масштаба времени. Для систем реального времени характерно то, что они обеспечивают немедленную реакцию на предусмотренные события. Часто они работают со значительным недогрузом, так как для них важнее быть в состоянии постоянной готовности и быстро реагировать на предусмотренные события, чем просто быть занятыми большую часть времени. Работа в реальном масштабе времени означает, что поступающая в систему информация должна быть обработана в течение заданного интервала времени, с тем, чтобы результат был готов к моменту выдачи необходимых данных или управляющих воздействий. Работа в реальном масштабе времени характерна для систем управления. Примеры ОС реального времени: RT, QNX, Windows CE.

4. Распределенные ОС многопроцессорных ВС и сетей. Распараллеливание вычислительных процессов, дающее возможность повысить производительность ВС или организовать обмен информацией между ее источниками и потребителями, требует и специализированных ОС, обладающих многими качествами, не присущими ОС отдельной ЭВМ, даже работающей в локальной сети. Различаются два типа организации распределенных вычислений: на общем поле памяти и на разделенной памяти. ОС для первого случая решает задачи инициации выполнения процесса, завершения его и синхронизация протекания процессов относительно друг друга. При работе с разделяемой памятью каждый процесс имеет свой ресурс и свою локальную ОС.

Иногда используется классификация ОС по решаемым задачам:

Пакетные – выполняют задания без непосредственного взаимодействия с пользователем или объектом;

Интерактивные – работают в режиме диалога с пользователем;

Серверные – работают в режиме диалога с компьютерами локальной сети (ЛС).

Современная ОС представляет собой очень большой комплекс программ. Их можно подразделить на управляющие и системные. К первым относятся программы управления заданиями, задачами (супервизоры), данными и программы начальной загрузки и генерации ОС. Ко вторым относятся редактор связей, загрузчик и вспомогательные программы (утилиты), такие, как программы сортировки и слияния, переписи информации с носителей и т.д.

Программы управления заданиями обеспечивают считывание входных потоков заданий, анализируют паспорта задач, выделяют ресурсы машины в соответствии с требованиями задания, т.е. проделывают работу, необходимую для подготовки заданий к выполнению.

Программы управления задачами (супервизоры) – центральная часть ОС. Они осуществляют обработку всех типов прерываний, следят за ходом выполнения задач и, если нужно, вмешиваются в порядок их выполнения; организуют выделение памяти по требованиям задач и ее защиту; обеспечивают совмещение работы каналов с процессором, предоставляя процессор задаче, уже готовый к обработке информации, каналы ввода/вывода тем задачам, которым это необходимо; управляют службой времени.

Программы управления данными реализуют ввод/вывод на внешние устройства и с внешних устройств; объединяют отдельные записи в блоки; анализируют и обрабатывают ошибки в операциях ввода/вывода; переводят условные символьные наименования внешних устройств в их физические адреса. Они обеспечивают независимость программ от конкретных внешних устройств, реализуют каталогизацию информации, ее поиск и редактирование.

Программы начальной загрузки и генерации ОС осуществляют загрузку генератора ОС в «пустую» ОП и саму генерацию ОС.

Редактор связей объединяет отдельные объектные модули прикладных программ и создает новый объектный модуль или модуль, готовый к выполнению (загрузочный). Загрузчик осуществляет загрузку готовых к выполнению частей программ и их настройку по месту в ОП.

Вспомогательные программы служат для перезаписи информации с одного носителя на другой, вывода на внешние устройства, печати каталогов, создания и обновления библиотек, сортировки и слияния данных, учета работ и т.д.

Механизм работы ОС в большинстве случаев скрыт от пользователя. Пользователь управляет ОС, выполняя какое-то действие, удобное для человека, например, перетаскивая мышью изображение, или нажимая какую-то клавишу (комбинацию клавиш). Организация однозначного перевода этих действий в длинные цепочки команд процессора или внешних устройств– это основная задача одной из функций ОС – интерфейса с пользователем. Такой интерфейс может показаться второстепенной мелочью, однако, рождение и становление графического интерфейса– целая эпоха в развитии ОС. Иногда это порождает иллюзию «бесплатности» работы ОС, тогда как она может использовать более половины процессорного времени. Существуют ситуации, когда следует избегать таких нагрузок на компьютер (например, при работе в реальном времени).

Введем еще два определения ОС, уже более профессиональные:

1. ОС есть набор программ, которые распределяют ресурсы процессам.

Это взгляд со стороны внутренней структуры системного ПО.

Ресурс – это аппаратные и программные средства и данные,  которые необходимы для выполнения задачи. Ресурсы можно подразделить на первичные, которые обеспечиваются аппаратными средствами (процессор, память, устройства и т.д.), и вторичные, порождаемые ОС  (системные коды и структуры, файлы, семафоры, очереди и т.д.).

С точки зрения ОС процесс – это "юридическое лицо", которое получает в свое распоряжение ресурсы. Неточное, но интуитивно понятное определение процесса – "программа в стадии выполнения".

2. ОС есть набор программ, которые скрывают  от пользователя детали управления оборудованием и обеспечивают ему более удобную среду.

Вопрос: зачем создавать новые ОС, почему не использовать старые, проверенные?

Ответов много. Например, графический интерфейс! Зачем? Затем, что с ним легче работать. Причем уровень «облегчения» лежит очень глубоко и дает очень много. Так человек создан, что и опознает «картинки» быстрее, чем текст, и утомляемость гораздо ниже. Те, кто колотил по клавишам, набирая длинные строки команд, очень быстро это усвоили.

Следующий ответ: сейчас заканчивается третья революция в жизни человеческого общества. Люди только что научились обрабатывать и хранить информацию не только в своей голове, как когда-то научились выращивать растения и животных (а не охотиться на диких), а позже– преобразовывать окружающий мир не только своими руками.

Сила современного постиндустриального общества измеряется в первую очередь информированностью, а только затем – количеством материальных ресур­сов. Понятие “информация” является центральным понятием множества наук, искусств и ремесел.

Сегодня миллиарды людей  внедряют в жизнь каждого уголка земли идеи и принципы, открытые за последние десятилетия. Когда-то считалось, что идеальной будет картина мира, когда все трудоспособные люди идут на фабрики и заводы, чтобы производить что-то полезное. Сейчас задача производства решена, и считается, что работать надо над тем, чтобы каждый человек на практике смог бы работать, учиться и развлекаться, не выходя из своего жилища. Исчезают любые ограничения на получение и распространение открытой информации: географические, социальные и любые другие.

Для таких задач требуются и специальные инструменты.  Наверное, не будет преувеличением сказать, что именно ОС и являются самым важным инструментом достижения сформулированных целей.

Сегодня на первых ролях среди создателей ОС корпорация  Microsoft. Её экономический гений и президент, Билл Гейтс, создал себя и компанию при работе с IBM. Он продал IBM не им созданную ОС, как первую версию ОС для никому тогда не известного IBM PC, нанял хороших специалистов, и к версии 3.3 MS DOS «заиграла». Здесь MS– сокращение от слова Microsoft. Билл хорошо усвоил основы «делания» успеха, и оказался победителем. Ныне ОС с именем Windows обладают большей   монополией (в процентах),  чем в свое время IBM PC среди ПЭВМ.IBM никогда не имела прибыли от PC . Билл Гейтс является самым богатым человеком мира, а корпорация Microsoft практически монополизировала создание коммерческих ОС для ПЭВМ.

Внедрение графического интерфейса, объединение под ОС огромного количества разнообразных программ также происходило с активным участием Гейтса. Он хорошо воспринял философию людей, создавших ПЭВМ(чем ПЭВМ отличается от микроЭВМ? – Принципами построения. Их три: широкое распространение графики, доброжелательное отношение ПО к пользователю и открытая архитектура). Гейтс – автор многих книг и статей, описывающих «сказочную» жизнь, в которой полностью использованы ЭВМ и Интернет, и возможности, которые приобрел человек. Вместе с тем многие его не любят из-за того, что его действия  заставляют пользователей покупать всю продукцию корпорации, и хорошую и плохую.  До недавнего времени Гейтс находился в бесконечных судебных разбирательствах с отдельными фирмами и целыми штатами США.

Итог: сегодня больше чем на 90% ПЭВМ стоит та или иная ОС Microsoft, имеющая название Windows. На рабочих станциях и коммуникационных компьютерах удельный вес продукции Microsoft также превышает 50% или близок к этой величине. Лишь для main frames в основном используются ОС фирм – создателей данного вида «железа».

Обозначим аппаратную платформу, для которой предназначен наш курс: компьютер линии IBM PC, способный работать под управлением ОС MS DOS.