Классификация операционных систем

        Загрузчик   операционной  системы  —   это  очень  короткая   программа находящаяся в первом секторе каждой дискеты с операционной  системой  DOS. Функция этой программы заключается в считывании в память  еще двух  модулей операционной системы, которые и завершают процесс загрузки DOS.  На жестком диске (винчестере) загрузчик операционной  системы состоит из двух частей. Это связано с тем, что жесткий диск  может быть  разбит  на несколько разделов (логических дисков). Первая часть загрузчика находится  в первом секторе жесткого диска, она выбирает, с какого из  разделов  жесткого диска следует продолжить  загрузку.  Вторая  часть  загрузчика  находится  в первом секторе этого раздела, она считывает в память модули DOS  и передает им управление.

      Дисковые файлы 10.SYS и MSDOS.SYS (они могут называться по-другому, например IВМВ. СОМ и IBMDOS.COM для PC DO; URBIOS.SYS и DRDOS.SYS для DR DOS, — названия меняются в зависимости от версии операционной системы). Они загружаются в память загрузчиком операционной системы и остаются в памяти

компьютера постоянно. Файл I0.SYS предст авляет собой дополнение к базовой системе ввода-вывода в ПЗУ. Файл MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги DOS.

        Командный  процессор DOS обрабатывает команды,  вводимые  пользователем. Командный  процессор находится в дисковом  файле.  COMMAND.СОМ  на  диске,  с которого загружается операционная  система. Некоторые  команды   пользователя, (например Type, Dir  или Сор)  командный процессор выполняет сам.  Такие команды называются внутренними. Для выполнения  остальных (внешних)  команд пользователя командный процессор ищет на дисках программу с соответствующим именем и если находит ее, то загружает в память и передает  ей  управление. По окончании работы  программы командный процессор удаляет программу из памяти и выводит сообщение о готовности  к выполнению  команд  (приглашение DOS).

       Внешние   команды  DOS  —  это   программы,   поставляемые   вместе   с  операционной системой в  виде  отдельных  файлов.  Эти   программы  выполняют действия  обслуживающего характера, например  форматирование дискет,  проверку  дисков и т.д. 

       Драйверы  устройств — это специальные  программы, которые дополняют  систему ввода-вывода DOS и обеспечивают  обслуживание новых или нестандартное  использование имеющихся устройств.  Например, с помощью драйверов  возможна работа с «электронным  диском» т.е. частью памяти  компьютера, с которой можно работать  так же, как с диском. Драйверы  загружаются в память компьютера  при загрузке операционной системы,  их имена указываются в специальном файл CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств позволяет делать это, не затрагивая системные файлы DOS.

            3.1. Версии DOS

       Первая версия операционной системы для компьютера IBM PC — MS DOS  1.0 была  создана  фирмой  Microsoft  в   1981   г.   В   дальнейшем   по   мере совершенствования компьютеров IBM  PC  выпускались и новые версии  DOS, учитывающие новые возможности компьютеров и предоставляющие дополнительные удобства пользователю. В 1987 г. фирма Microsoft разработала версию 3.3  (3.30)  операционной системы MS DOS. которая стала фактическим стандартом  на  последующие 3-4 года.  Эта версия  весьма  компактна   и   обладает   достаточным   набором возможностей, так что на «стандартной IBM PC AT» и теперь  ее  эксплуатация вполне  целесообразна.  Но  на  более мощных  компьютерах   с   несколькими мегабайтами оперативной памяти желательно использовать версии  5.0  или 6.0 операционной системы MS DOS. Эти версии  имеют средства  для эффективного использования оперативной памяти  сверх 640  Кбайт,  позволяют работать  с логическими дисками, большими 32 Мбайт, переносить DOS и драйверы  устройств в расширенную память, освобождая  место в обычной памяти  для прикладных программ, и т.д. Версия 6.0 MS DOS включает средства  сжатия  информации  на дисках  (DoubleSpace),  программы создания  резервных копий,  антивирусную программу и другие  мелкие  усовершенствования.  Однако  в   этой   версии программы сжатия информации не всегда работали корректно,  что  приводило  к потерям данных у некоторых пользователей.  Для  устранения  этих  проблем  и других ошибок фирма Microsoft выпустила версию  MS  DOS  6.20.  Эта версия работает устойчивее, надежнее и быстрее, чем MS  DOS  6.0  и включает  ряд небольших усовершенствований. Однако судебное решение по поводу нарушения в MS  DOS  патентов  фирмы Stack  Electronics  вынудило  Microsoft  выпустить сначала версию  MS  DOS  6.21.  в  которой  была  изъята  нарушившая  патент программа динамического сжатия дисков DoubleSpace, а затем MS  DOS  6.22  с «подправленной» версией DoubleSpace, не нарушающей патент. По моему мнению, из этих версий лучшая — 6.20.

                         4.Особенности операционных систем                   

         4.1 Особенности алгоритмов управления ресурсами

От эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами компьютера во многом зависит эффективность  всей сетевой ОС в целом. Поэтому, характеризуя сетевую ОС, часто приводят важнейшие особенности реализации функций ОС по управлению процессорами, памятью, внешними устройствами автономного компьютера. Так, например, в зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором, операционные системы делят на многозадачные и однозадачные, многопользовательские и однопользовательские, на системы, поддерживающие многонитевую обработку и не поддерживающие ее, на многопроцессорные и однопроцессорные системы.   Поддержка многозадачности. По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:

однозадачные (например, MS-DOS, MSX) и

многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95).

Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая  более простым и удобным процесс  взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения  с пользователем. Многозадачные  ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно  используемых ресурсов, таких как  процессор, оперативная память, файлы  и внешние устройства. Поддержка  многопользовательского режима. По числу  одновременно работающих пользователей  ОС делятся на:

однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

многопользовательские (UNIX, Windows NT).

Главным отличием многопользовательских  систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует  заметить, что не всякая многозадачная  система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной. Вытесняющая  и невытесняющая многозадачность. Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:

невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);

вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).

Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во втором - распределен между системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом. Поддержка многонитевости. Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями). Многопроцессорная обработка. Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки - мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами. В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell. Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой: асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами. Выше были рассмотрены характеристики ОС, связанные с управлением только одним типом ресурсов - процессором. Важное влияние на облик операционной системы в целом, на возможности ее использования в той или иной области оказывают особенности и других подсистем управления локальными ресурсами - подсистем управления памятью, файлами, устройствами ввода-вывода. Специфика ОС проявляется и в том, каким образом она реализует сетевые функции: распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам, передача сообщений по сети, выполнение удаленных запросов. При реализации сетевых функций возникает комплекс задач, связанных с распределенным характером хранения и обработки данных в сети: ведение справочной информации о всех доступных в сети ресурсах и серверах, адресация взаимодействующих процессов, обеспечение прозрачности доступа, тиражирование данных, согласование копий, поддержка безопасности данных.

       4.2 Особенности аппаратных платформ

 На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают аппаратные средства, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры различают операционные системы персональных компьютеров, мини-компьютеров, мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди перечисленных типов компьютеров могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные. В любом случае специфика аппаратных средств, как правило, отражается на специфике операционных систем. Очевидно, что ОС большой машины является более сложной и функциональной, чем ОС персонального компьютера. Так в ОС больших машин функции по планированию потока выполняемых задач, очевидно, реализуются путем использования сложных приоритетных дисциплин и требуют большей вычислительной мощности, чем в ОС персональных компьютеров. Аналогично обстоит дело и с другими функциями.  Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между компьютерами по линиям связи, которые совершенно не нужны в автономной ОС. На основе этих сообщений сетевая ОС поддерживает разделение ресурсов компьютера между удаленными пользователями, подключенными к сети. Для поддержания функций передачи сообщений сетевые ОС содержат специальные программные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы, такие как IP, IPX, Ethernet и другие. Многопроцессорные системы требуют от операционной системы особой организации, с помощью которой сама операционная система, а также поддерживаемые ею приложения могли бы выполняться параллельно отдельными процессорами системы. Параллельная работа отдельных частей ОС создает дополнительные проблемы для разработчиков ОС, так как в этом случае гораздо сложнее обеспечить согласованный доступ отдельных процессов к общим системным таблицам, исключить эффект гонок и прочие нежелательные последствия асинхронного выполнения работ.  Другие требования предъявляются к операционным системам кластеров. Кластер - слабо связанная совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений, и представляющихся пользователю единой системой. Наряду со специальной аппаратурой для функционирования кластерных систем необходима и программная поддержка со стороны операционной системы, которая сводится в основном к синхронизации доступа к разделяемым ресурсам, обнаружению отказов и динамической реконфигурации системы. Одной из первых разработок в области кластерных технологий были решения компании Digital Equipment на базе компьютеров VAX. Недавно этой компанией заключено соглашение с корпорацией Microsoft о разработке кластерной технологии, использующей Windows NT. Несколько компаний предлагают кластеры на основе UNIX-машин. Наряду с ОС, ориентированными на совершенно определенный тип аппаратной платформы, существуют операционные системы, специально разработанные таким образом, чтобы они могли быть легко перенесены с компьютера одного типа на компьютер другого типа, так называемые мобильные ОС. Наиболее ярким примером такой ОС является популярная система UNIX. В этих системах аппаратно-зависимые места тщательно локализованы, так что при переносе системы на новую платформу переписываются только они. Средством, облегчающем перенос остальной части ОС, является написание ее на машинно-независимом языке, например, который и был разработан для программирования операционных систем.

      4.3 Особенности областей использования

Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными  при их разработке критериями эффективности:

системы пакетной обработки (например, OC EC),

системы разделения времени (UNIX, VMS),

системы реального времени (QNX, RT/11).

Системы пакетной обработки  предназначались для решения  задач в основном вычислительного  характера, не требующих быстрого получения  результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используются следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие отличающиеся требования к ресурсам, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины; так, например, в мультипрограммной смеси желательно одновременное присутствие вычислительных задач и задач с интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается "выгодное" задание. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени. В системах пакетной обработки переключение процессора с выполнения одной задачи на выполнение другой происходит только в случае, если активная задача сама отказывается от процессора, например, из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому одна задача может надолго занять процессор, что делает невозможным выполнение интерактивных задач. Таким образом, взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что он приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок снижает эффективность работы пользователя.

Системы разделения времени  призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки - изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения его задач. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину. Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе, и, кроме того, имеются накладные расходы вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя.