Современные ОС

1.4. Управление данными  в ОС      

Управление  данными включает следующие компоненты:      

- долговременное планирование  – организацию размещения данных  на внешних носителях, их выборку  и предоставление пользовательским  программам;     

- оперативное управление – распределение  оперативной памяти под программы  и данные, реализацию обмена данными  между оперативной и внешней  памятью;     

- управление внешними устройствами  ввода–вывода и размещения данных.        

1.5. Управление заданиями  (процессами, задачами)      

Процесс – минимальный программный объект, обладающий собственными системными ресурсами (запущенная программа).     

ОС  контролирует следующую деятельность, связанную с процессами:     

- создание и удаление процессов;      

- планирование процессов;     

- синхронизация процессов;     

- коммуникация процессов;     

- разрешение тупиковых ситуаций.      

Не  следует смешивать понятия процесс  и программа. Программа – это план действий, а процесс– это само действие, поэтому понятие процесса включает:     

- программный код;     

- данные;     

- содержимое стека;     

- содержимое адресного и других  регистра процессора.     

Т.о., для одной программы могут  быть созданы несколько видов  процессов в том случае, если с  помощью одной программы в CPU выполняются  несколько несовпадающих последовательностей  команд.     

Различают следующие состояния процесса:      

- новый (процесс только что  создан);     

- выполняемый (команды программы выполняются в CPU);     

- ожидающий (процесс ожидает  завершение некоторого события,  чаще всего операции ввода–вывода);      

- готовый (процесс ожидает освобождения CPU);     

- завершенный (процесс завершил  свою работу).  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
      

ГЛАВА 2. ТИПЫ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ      

2.1. Стандарт CP/M      

Начало  созданию операционных систем для микроЭВМ положила ОС СР./М. Она была разработана  в 1974 году, после чего была установлена  на многих 8–разрядных машинах. В рамках этой операционной системы было создано программное обеспечение значительного объема, включающее трансляторы с языков Бейсик, Паскаль, Си, Фортран, Кобол, Лисп, Ада и многих других, текстовые (Текстовые процессоры – это наиболее широко используемый вид прикладных программ. Они позволяют подготавливать документы гораздо быстрее и удобнее, чем с помощью пишущей машинки. Текстовые процессоры позволяют использовать различные шрифты символов, абзацы произвольной формы, автоматически переносят слова на новую строку, позволяют делать сноски, включать рисунки, автоматически нумеруют страницы и сноски и т.д.) и табличные процессоры, системы управления базами данных.      

2.2. Стандарт MSX      

Этот  стандарт определял не только ОС, но и характеристики аппаратных средств  для школьных ПЭВМ. Согласно стандарту MSX машина должна была иметь оперативную  память объемом не менее 16 К, постоянную память объемом 32 К с встроенным интерпретатором языка Бейсик, цветной  графический дисплей с разрешающей  способностью 256х192 точек и 16 цветами, трехканальный звуковой генератор  на 8 октав, параллельный порт для подключения  принтера и контроллер для управления внешним накопителем, подключаемым снаружи.     

Операционная  система такой машины должна была обладать следующими свойствами: требуемая  память – не более 16 К, совместимость с СР./М на уровне системных вызовов, совместимость с DOS по форматам файлов на внешних накопителях на основе гибких магнитных дисков, поддержка трансляторов языков Бейсик, Си, Фортран и Лисп. Таким образом, эта операционная система, получившая название MSX–DOS, учитывала необходимость поддержки обширного программного обеспечения, разработанного для СР/М, и одновременно ориентировалась на новые в то время разработки, связанные с DOS, графические пакеты ( Система управления базами данных (СУБД) – позволяет управлять большими информационными массивами – базами данных), символьные отладчики и другие проблемно ориентированные программы.      

Успех системы в значительной степени  был обусловлен ее предельной простотой  и компактностью, возможностью быстрой  настройки на различные конфигурации ПЭВМ. Первая версия системы занимала всего 4 К, что было весьма важно в  условиях ограниченности объемов памяти ПЭВМ того времени.      

2.3. Операционные системы  типа DOS      

ОС  типа DOS стала доминирующей с появлением 16–разрядных ПЭВМ, использующих 16–разрядные микропроцессоры типа 8088 и 8086. С точки зрения долголетия ни одна операционная система для микрокомпьютеров не может даже приблизиться к DOS. С момента появления в 1981 году DOS распространилась настолько широко, что завоевала право считаться самой популярной в мире ОС. Несмотря на некоторые свои недостатки и на то, что большая ее часть основывается на разработках 70–х годов, DOS продолжает существовать и распространяться и поныне. Хорошо это или плохо, она, вероятно, будет доминировать на рынке операционных систем в течение ближайшего времени. В настоящее время для DOS разработан огромный фонд программного обеспечения. Имеются трансляторы (Транслятор – программа, автоматически преобразующая программу на языке программирования в последовательность инструкций. Разновидности трансляторов – компилятор, интерпретатор) для практически всех популярных языков высокого уровня, включая Бейсик, Паскаль, Фортран, Си, Модула–2, Лисп, Лого, АПЛ, Форт, Ада, Кобол, ПЛ–1, Пролог, Смолток и др.; причем для большинства языков существует несколько вариантов трансляторов. Имеются инструментальные средства для разработки программ в машинных кодах – ассемблеры, символьные отладчики и др. Эти инструментальные средства сопровождаются редакторами, компоновщиками и другими сервисными системами, необходимыми для разработки сложных программ. Кроме системного программного обеспечения для DOS создано множество прикладных программ.     

Дисковая  ОС (DOS)     

ОС  система DOS состоит из следующих  частей:      

Базовая система ввода–вывода (BIOS), находящаяся в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве, ПЗУ) компьютера. Эта часть ОС является «встроенной» в компьютер Её назначение состоит в выполнении наиболее простых и универсальных услуг ОС, связанных с осуществлением ввода–вывода. Базовая система ввода–вывода содержит также тест функционирования компьютера , проверяющий работу памяти и устройств компьютера при включении его электропитания. Кроме того, базовая система ввода–вывода содержит программу вызова загрузчика ОС.     

Загрузчик ОС – это очень короткая программа, находящаяся в первом секторе каждой дискеты с ОС DOS. Функция этой программы заключается  в считывании в памяти еще двух модулей ОС, которые и завершают  процесс загрузки DOS.     

На  жестком диске (винчестере) загрузчик  ОС состоит из двух частей. Это связано  с тем, сто жесткий диск может  быть разбит на несколько разделов (логических дисков). Первая часть загрузчика находится на первом секторе жесткого диска, она выбирает, с какого из разделов жесткого диска следует продолжить. Вторая часть загрузчика находится на первом секторе этого раздела, она считывает в память модуля DOS и передает им в управление.      

Дисковые  файлы10.SYS и MSDOS.SYS (они могут называться по–другому, например IBMB.COM и IBMDOS.COM для PC DO; URBIOS.SYS и DRDOS.SYS для DR DOS, – названия меняются в зависимости от версии ОС). Они загружаются в память загрузчиком ОС и остаются в памяти компьютера постоянно. Файл 10.SYS представляет собой 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.COM на диске, с которого загружается  ОС. Некоторые команды пользователя, например Type, Dir или Cop, 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 её, то загружает  в память и передает её управление. По окончании работы программы командный  процессор удаляет программу  из памяти и выводит сообщение  о готовности к выполнению команды (приглашение DOS).     

Внешние команды DOS – это программы, поставляемые вместе с ОС 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 и с диском. Драйверы загружаются в память компьютера при загрузки ОС, их имена указывает в специальном файле CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств позволяет делать это, не затрагивая системные файлы DOS     

Версии DOS     

Всего за несколько лет система МS DOS прошла путь от простого загрузчика до универсальной сложившейся операционной системы для персональных компьютеров, построенных на базе микропроцессоров Intel 8086. МS DOS поддерживает компьютерные сети и графические интерфейсы пользователя, всевозможные запоминающие устройства, служит основой для тысяч прикладных программ.. Система МS DOS, имеющая  более 10 млн. зарегистрированных пользователей, постоянно «отбирает» пользователей  у своих конкурентов. Предшественником МS–DOS была операционная система 86–DOS, написанная в середине 80–х гг. Тимом Петерсоном для компании Sеаttlе Соmputer Рroducts. В то время наиболее популярной системой для микрокомпьютеров на базе Intel 8080 и Zilog Z–80 была операционная система СР/М–80 фирмы Digital Research. Эта система обеспечивала доступ к разнообразным средствам прикладного программного обеспечения (текстовые процессоры, администраторы баз данных и т.д.). Для облегчения процесса переноса прикладных программ из 8–битной системы СР/М–80 в новую 16–битную среду системы 86–DOS последняя изначально строилась так, чтобы в ней имитировались все функции и виды операций СР/М–80. Вследствие этого структуры блоков управления файлами, префиксов сегментов программ и выполнимых файлов в системе 86–DOS почти идентичны структурам СР/М–80. Программы, существовавшие в СР/М–80, можно было легко преобразовать (обрабатывая файлы исходных программ с помощью специального транслятора) и далее запускать в системе 86–DOS либо сразу, либо выполнив несложное ручное редактирование. Ввиду того, что 86–DOS поставлялась на рынок как собственная операционная система семейства микрокомпьютеров фирмы Seattle Computer Research с интерфейсом S–100 на базе Intel 8086, в целом такой подход слабо повлиял на состояние дел в мире персональных компьютеров. Другие поставщики микрокомпьютеров на базе Intel 8086, вынужденные по очевидным причинам применять операционную систему конкурентов, с нетерпением ждали выпуска системы СР/М–86 фирмы Digital Research. В октябре 1980 г. кампания IВМ предложила фирмам, занимающимся разработкой программного обеспечения для микрокомпьютеров, начать поиск операционной системы для нового семейства персональных компьютеров. Фирма Microsoft не могла предложить собственной операционной системы, за исключением автономной версий Microsoft ВАSIС, однако она заплатила фирме Seattle Computer Products за право продавать систему Петерсона 86–DOS. За это Seattle Computer Products получила лицензию на право использовать и продавать языки программирования и все версии операционной системы для микропроцессора 8086, разработанные фирмой Microsoft. В июле 1981 г. Мicrosoft приобрела все права на систему 86–DOS, значительно переработала ее и дала название МS DOS. Когда осенью 1981 г. появились первые компьютеры IВМ РС, фирма IВМ предложила для них в качестве основной операционную систему МS DOS, названную РС DOS 1.0. Кроме того, фирма IВМ выбрала для микрокомпьютеров РС в качестве альтернативных операционных систем системы СР/М–86 (фирмы Digital Research) и Р–sуstem (фирмы Softech). Однако обе эти системы имели ряд недостатков: обладали малым для IBМ РС быстродействием, высокой стоимостью, отсутствием доступных языков программирования. Окончательно чаша весов склонилась в пользу системы РС DOS после того, как фирма IВМ с ее помощью реализовала все прикладные программные средства для IВМ РС, а также инструментарий, работающий под их управлением. Поэтому с самого начала разработчики программного обеспечения ориентировались на РС DOS, а системы СР/М–86 и Р–system не заняли сколько–нибудь значительного места на рынке программного обеспечения для IВМ РС.      

2.4. Операционные системы,      

основанные  на графическом интерфейсе       

Помимо  широко распространенных машин, проектируемых  в соответствии со сложившимися стандартами, часто создаются машины, в которых  особо выделяется какое–либо свойство. Так, наибольшее внимание в начале и середине 80–х годов привлекли своими графическими возможностями машины Macintosh и Amiga. В первой из них дисплей был монохромным, во второй – цветным, но обе отличались высокой разрешающей способностью и скоростью вывода графической информации на дисплей.      

Операционные  системы для этих машин были спроектированы так, чтобы максимально использовать возможности работы с графикой. В  них используется многооконный интерфейс  и манипулятор "мышь". Для выбора той или иной операции или рабочего объекта на экран выводится несколько  условных графических символов (пиктограмм), среди которых пользователь делает выбор с помощью "мыши".      

2.5. Пи-система      

В начальный период развития персональных компьютеров была создана операционная система USCD p-system. Основу этой системы составляла так называемая Пи-машина – программа, эмулирующая гипотетическую универсальную вычислительную машину. Пи-машина имитирует работу процессора, памяти и внешних устройств, выполняя специальные команды, называемые Пи-кодом. Программные компоненты Пи-системы (в том числе компиляторы) составлены на Пи-коде, прикладные программы также компилируются в Пи-код. Таким образом, главной отличительной чертой системы являлась минимальная зависимость от особенностей аппаратуры ПЭВМ. Именно это обеспечило переносимость Пи-системы на различные типы машин. Компактность Пи-кода и удобно реализованный механизм подкачки позволял выполнять сравнительно большие программы на ПЭВМ , имеющих небольшую оперативную память.     

Однако  принципиальной особенностью данной системы  являлся преимущественно интерпретационный  режим исполнения прикладных программ, что влекло интенсивные обмены информацией  между оперативной памятью и  внешними накопителями. В результате происходило существенное замедление работы.      

2.6. Операционная система  Multics      

Итак, все началось в далеком 1965–м... Четыре года компания American Telegraph & Telephone Bell Labs совместно с фирмой General Electric и группой исследователей из Масачусесткого технологического института творила проект Os Multics (также именуемый MAC – не путать с МасOS). Целью проекта было создание многопользовательской интерактивной операционной системы, обеспечивающей большое число пользователей удобными и мощными средствами доступа к вычислительным ресурсам. Эта ОС основывалась на принципах многоуровневой защиты. Виртуальная память имела сегментно–страничную организацию, где с каждым сегментом связывался уровень доступа. Для того, чтобы какая–либо программа могла вызвать программу или обратиться к данным, располагающимся в некотором сегменте, требовалось, чтобы уровень выполнения этой программы был не ниже уровня доступа соответствующего сегмента. Также впервые в Multics была реализована полностью централизованная файловая система. То есть, даже если файлы находятся на разных физических устройствах, логически они как бы присутствуют на одном диске. В директории же указан не сам файл, а лишь линк на его физическое местонахождение. Если вдруг файла там не оказывается, умная система просит вставить соответствующий девайс. Помимо этого, в Multics наличествовал большой объем виртуальной памяти, что позволяло делать имэйджи файлов из внешней памяти в виртуальную. Увы, но все попытки наладить в системе относительно дружественный интерфейс провалились. Было вложено много денег, а результат был несколько иной, нежели хотелось ребятам из Bell Labs. Проект был закрыт. Кстати, участниками проекта значились Кен Томпсон и Денис Ритчи. Несмотря на то, что проект был закрыт, считается, что именно ОС Multics дала начало ОС Unix.