Операционная система

Разделение времени позволило  создать «многопользовательские»  системы, в которых один (как правило) центральный процессор и блок оперативной памяти соединялся с  многочисленными терминалами. При  этом часть задач (таких как ввод или редактирование данных оператором) могла исполняться в режиме диалога, а другие задачи (такие как массивные  вычисления) — в пакетном режиме.

Разделение полномочий

Распространение многопользовательских  систем потребовало решения задачи разделения полномочий, позволяющей  избежать возможности изменения  исполняемой программы или данных одной программы в памяти компьютера другой программой (намеренно или  по ошибке), а также изменения  самой ОС прикладной программой.

Реализация разделения полномочий в ОС была поддержана разработчиками процессоров, предложивших архитектуры  с двумя режимами работы процессора — «реальным» (в котором исполняемой  программе доступно всё адресное пространство компьютера) и «защищённым» (в котором доступность адресного  пространства ограничена диапазоном, выделенном при запуске программы  на исполнение).

Реальный масштаб  времени

Применение универсальных  компьютеров для управления производственными  процессами потребовало реализации «реального масштаба времени» («реального времени») — синхронизации исполнения программ с внешними физическими процессами.

Включение функции реального  масштаба времени в ОС позволило  создавать системы, одновременно обслуживающие  производственные процессы и решающие другие задачи (в пакетном режиме и/или  в режиме разделения времени).

Файловые системы и  структуры

Постепенная замена носителей  с последовательным доступом (перфолент, перфокарт и магнитных лент) накопителями произвольного доступа (на магнитных  дисках).

Файловая система —  способ хранения данных на внешних  запоминающих устройствах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Существующие  операционные системы

 

UNIX, стандартизация  операционных систем и POSIX

К концу 1960-х годов отраслью и научно-образовательным сообществом  был создан целый ряд ОС, реализующих  все или часть очерченных выше функций. К ним относятся Atlas (Манчестерский  университет), CTTS и ITSS (Массачусетский технологический институт, MIT), THE (Эйндховенский  технологический университет), RS4000 (Университет Орхуса) и др. (всего  эксплуатировалось более сотни  различных ОС).

Наиболее развитые ОС, такие  как OS/360 (IBM), SCOPE (CDC (англ.)) и завершённый  уже в 1970-х годах MULTICS (MIT и Bell Labs), предусматривали  возможность исполнения на многопроцессорных  компьютерах.

Эклектичный характер разработки ОС привёл к нарастанию кризисных  явлений, прежде всего, связанных с  чрезмерными сложностью и размерами  создаваемых систем. ОС были плохо  масштабируемыми (более простые  не могли использовать все возможности  крупных вычислительных систем; более  развитые неоптимально исполнялись  на малых или не могли исполняться  на них вовсе) и полностью несовместимыми между собой, их разработка и совершенствование  затягивались.

Задуманная и реализованная  в 1969 году Кеном Томпсоном при  участии нескольких коллег (включая  Денниса Ритчи и Брайана Кернигана), ОС UNIX (первоначально UNICS, что обыгрывало название MULTICS) вобрала в себя многие черты более ранних ОС, но обладала целым рядом свойств, отличающих её от большинства предшественниц:

простая метафорика (два  ключевых понятия: вычислительный процесс  и файл);

компонентная архитектура: принцип «одна программа —  одна функция» плюс мощные средства связывания различных программ для решения  возникающих задач («оболочка»);

минимизация ядра (кода, выполняющегося в «реальном» (привилегированном) режиме процессора) и количества системных  вызовов;

независимость от аппаратной архитектуры и реализация на машиннонезависимом языке программирования (язык программирования Си стал побочным продуктом разработки UNIX);

унификация файлов.

UNIX, благодаря своему удобству  прежде всего в качестве инструментальной  среды (среды разработки), была  тепло принята сначала в университетах,  а затем и в отрасли, получившей  прототип единой ОС, которая могла  использоваться на самых разных  вычислительных системах и, более  того, могла быть быстро и с  минимальными усилиями перенесена  на любую вновь разработанную  аппаратную архитектуру.

В конце 1970-х годов сотрудники Калифорнийского университета в  Беркли внесли ряд усовершенствований в исходные коды UNIX, включая работу с протоколами TCP/IP. Их разработка стала  известна под именем BSD (Berkeley Software Distribution).

Задачу разработать независимую (от авторских прав Bell Labs) реализацию той же архитектуры поставил и  Ричард Столлман, основатель проекта GNU.

Благодаря конкурентности реализаций архитектура ОС UNIX стала вначале  фактическим отраслевым стандартом, а затем обрела статус и стандарта  юридического — ISO/IEC 9945[1].

Только ОС, отвечающие спецификации Single UNIX Specification, имеют право носить имя UNIX. К таким системам относятся AIX, HP-UX, IRIX, Mac OS X, SCO OpenServer, Solaris, Tru64 и z/OS.

ОС, следующие стандарту POSIX или опирающиеся на него, называют «POSIX-совместимыми» (чаще встречается  словоупотребление «UNIX-подобные»  или «семейство UNIX», но оно противоречит статусу торгового знака «UNIX», принадлежащего консорциуму The Open Group и  зарезервированному для обозначения  ОС, строго следующих стандарту). Сертификация на совместимость со стандартом стоит  некоторых денег, из-за чего некоторые  системы не проходили этот процесс, однако считаются POSIX-совместимыми просто потому, что это так.

К UNIX-подобным ОС относятся  системы, основанные на последней версии UNIX, выпущенной Bell Labs (System V), на разработках  университета Беркли (FreeBSD, OpenBSD, NetBSD), на основе Solaris (OpenSolaris, BeleniX, Nexenta), а также  ОС GNU/Linux, разработанная в части  утилит и библиотек проектом GNU и  в части ядра — сообществом, возглавляемым  Линусом Торвальдсом.

Стандартизация ОС гарантирует  возможность безболезненной замены самой ОС и/или оборудования при  развитии вычислительной системы или  сети и дешёвого переноса прикладного  программного обеспечения (строгое  следование стандарту предполагает полную совместимость программ на уровне исходного текста; из-за профилирования стандарта и его развития некоторые  изменения бывают всё же необходимы, но перенос программы между POSIX-совместимыми системами обходится на порядки  дешевле, чем между альтернативными), а также преемственность опыта  пользователей.

Самым заметным эффектом существования  этого стандарта стало эффективное  разворачивание Интернета в 1990-х  годах.

 

Пост-UNIX-архитектуры  операционных систем

Коллектив, создавший ОС UNIX, развил концепцию унификации объектов ОС, включив в исходную концепцию UNIX «устройство — это тоже файл»  также и процессы, и любые другие системные, сетевые и прикладные сервисы, создав новую концепцию: «что угодно — это файл». Эта концепция  стала одним из основных принципов  ОС Plan9 (название было позаимствовано из фантастического триллера «План 9 из открытого космоса» Эдварда Вуда-младшего), призванной преодолеть принципиальные недостатки дизайна UNIX и сменившей  «рабочую лошадку» UNIX System V на компьютерах  сети Bell Labs в 1992 году.

Кроме реализации всех объектов ОС в виде файлов и размещения их на едином и персональном для каждого  терминала вычислительной сети пространстве (namespace), были пересмотрены другие архитектурные  решения UNIX. Например, в Plan9 отсутствует  понятие «суперпользователь», и, соответственно, исключаются любые нарушения  режима безопасности, связанные с  нелегальным получением прав суперпользователя  в системе. Для представления (хранения, обмена) информации Роб Пайк и Кен  Томпсон разработали универсальную  кодировку UTF-8, на сегодняшний день ставшую стандартом де-факто. Для  доступа к файлам используется единый универсальный протокол 9P, по сети работающий поверх сетевого протокола (TCP или UDP). Таким  образом, для прикладного ПО сети не существует — доступ к локальным  и к удалённым файлам единообразен. 9P — байт-ориентированный протокол, в отличие от других подобных протоколов, являющихся блок-ориентированными. Это  также результат работы концепции: доступ побайтно — к унифицированным  файлам, а не поблочно — к разнообразным  и сильно изменяющимися с развитием  технологий устройствам. Для контроля доступа к объектам не требуется  иных решений, кроме уже существующего  в ОС контроля доступа к файлам. Новая концепция системы хранения избавила администратора системы от изнурительного труда по сопровождению  архивов и предвосхитила современные  системы управления версиями файлов.

ОС, созданные на базе или  идеях UNIX, такие как всё семейство BSD и системы GNU/Linux, постепенно перенимают новые идеи из Bell Labs. Возможно, эти  новые идеи ждёт большое будущее  и признание ИТ-разработчиков.

Новые концепции были использованы Робом Пайком в «Inferno».

На основе «Plan9» в Испании  разрабатываются ОС Off++ и Plan B, носящие  экспериментальный характер.

К попыткам создать пост-UNIX-архитектуру  можно также отнести разработку системы программирования и операционной среды Оберон в Швейцарском федеральном  технологическом институте (ETH Zurich) под руководством профессора Никлауса Вирта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Герхард Франкен, Сергей Молявко "MS-DOS 6.2... для Пользователя", Киев, BHV, 1994, Москва, БИНОМ, 1994.
2. "DOS 3.3. Техническое руководство". Методические материалы.
3. Фигурнов В. Э. “IBM PC для Пользователя” г. Уфа, НПО “Информатика и Компьютеры” , 1993 г.
4. Справочное Руководство по IBM PC. Методические материалы. Часть 1. ТПП “СФЕРА” . М. 1991 г.
5. Брябрин В. М. “Программное обеспечение персональных ЭВМ” . М. “НАУКА” , 1990 г.