Сущность операционных систем

      При организации работы с вычислительной системой в диалоговом режиме можно говорить об однопользовательских (однотерминальных) и мультитерминальных ОС. В мультитерминальных ОС с одной вычислительной системой одновременно могут работать несколько пользователей, каждый со своего терминала. При этом у пользователей возникает иллюзия, что у каждого из них имеется собственная вычислительная система. Очевидно, что для организации мультитерминального доступа к вычислительной системе необходимо обеспечить мультипрограммный режим работы. В качестве одного из примеров мультитерминальных операционных систем для персональных компьютеров можно назвать Linux. Некая имитация мультитерминальных возможностей имеется и в системе Windows XP. В этой операционной системе каждый пользователь после регистрации (входа в систему) получает свою виртуальную машину. Если необходимо временно предоставить компьютер другому пользователю, вычислительные процессы первого можно не завершать, а просто для этого другого пользователя система создает новую виртуальную машину. В результате компьютер будет выполнять задачи и первого, и второго пользователя. Количество параллельно работающих виртуальных машин определяется имеющимися ресурсами.

      Основной  особенностью операционных систем реального  времени (ОСРВ) является обеспечение обработки поступающих заданий в течение заданных интервалов времени, которые нельзя превышать. Поток заданий в общем случае не является планомерным и не может регулироваться оператором (характер следования событий можно предсказать лишь в редких случаях), то есть задания поступают в непредсказуемые моменты времени и без всякой очередности. В то время как в ОС, не предназначенных для решения задач реального времени, имеются некоторые накладные расходы процессорного времени на этапе инициирования задач (в ходе которого ОС распознает все пожелания пользователей относительно решения своих задач, загружает в оперативную память нужную программу и выделяет другие необходимые для ее выполнения ресурсы), в ОСРВ подобные затраты могут отсутствовать, так как набор задач обычно фиксирован, и вся информация о задачах известна еще до поступления запросов. Для подлинной реализации режима реального времени необходима (хотя этого и недостаточно) организация мультипрограммирования. Мультипрограммирование является основным средством повышения производительности вычислительной системы, а для решения задач реального времени производительность становится важнейшим фактором. Лучшие характеристики по производительности для систем реального времени обеспечиваются однотерминальными ОСРВ. Средства организации мультитерминального режима всегда замедляют работу системы в целом, но расширяют функциональные возможности системы. Одной из наиболее известных ОСРВ для персональных компьютеров является ОС QNX.

      По  основному архитектурному принципу операционные системы разделяются на микроядерные и макроядерные (монолитные). В некоторой степени это разделение тоже условно, однако можно в качестве яркого примера микроядерной ОС привести ОСРВ QNX, тогда как в качестве монолитной можно назвать Windows 95/98 или ОС Linux. Если ядро ОС Windows мы не можем изменить, нам недоступны его исходные коды и у нас нет программы для сборки (компиляции) этого ядра, то в случае с Linux мы можем сами собрать то ядро, которое нам необходимо, включив в него те программные модули и драйверы, которые мы считаем целесообразным включить именно в ядро (ведь к ним можно обращаться и из ядра). 

    4. Операционные системы корпорации Microsoft 

    DOS

    20-летняя  история операционных систем  интересна и поучительна, исполнена драматических событий и героизма, подвигов и предательства. А началась она именно с DOS. Точнее - с первой версией этой ОС, выпущенной корпорацией Microsoft в 1981 г. и предназначенной для поставки с компьютерами IBM PC¹ . Кстати, немногие сегодня помнят, что MS-DOS отнюдь не была оригинальной разработкой самой Microsoft: компания Билла Гейтса лишь доработала «операционку» под названием QDOS, созданную компанией Seattle Computer Products. 16-разрядная однозадачная операционная система DOS обладала «интерфейсом командной строки», т. е. все команды пользователю приходилось набирать на клавиатуре вручную, в командной строке ОС. Никакой графики. Никакого сервиса... Однако DOS процветала на протяжении 10 лет. У Microsoft даже появились конкуренты в виде фирм Novell, Digital Research и... IBM. Каждая из этих компаний выпустила свою версию DOS, которые во многом превосходили продукт Microsoft. В частности, Novell DOS пользовалась заслуженной популярностью, как превосходная сетевая ОС, продукт IBM обладал лучшими сервисными возможностями.

    Конечно, со временем DOS совершенствовалась и пополнялась новыми программами. С каждой новой версии она поддерживала все больше типов устройств. Однако главные ее недостатки не были, да и не могли быть устранены.

    Главным уязвимым местом DOS оставалась работа с оперативной памятью. Дело в том, что в эпоху создания MS-DOS оперативная память большинства компьютеров не превышала 256 килобайт. DOS могла работать с 640 килобайтами оперативной памяти, и Билл Гейтс утверждал, что никому и никогда не понадобится больший объем.

    Но  время шло... Память на компьютерах  потихоньку росла -1 Мбайт, 2 Мбайта... Появились программы, которым требовался для работы весь объем оперативной памяти. Стандартный же сервис DOS этой возможности не предоставлял. Поэтому приходилось использовать специальные программы - менеджеры памяти. Но и они не могли заставить упрямую DOS размещать загружаемые при включении компьютера программы вне «области 640 килобайт». Возникал парадокс: сколько бы оперативной памяти ни имел ваш компьютер, вы не могли запустить программу, если у вас не имелось достаточно свободного пространства в стандартной памяти - той самой области 640 килобайт...

    Вторым  недостатком DOS была невозможность работы в полноценном графическом режиме, хотя «железо» тогдашних компьютеров уже могло бы обеспечить его поддержку. Дело в том, что DOS практически не позволяла работать с загружаемыми драйверами для различных видеокарт. Между тем в конце 80-х годов графический режим стал уже стандартным для таких компьютеров, как Apple Macintosh - благодаря чему эти компьютеры превратились в стандарт «издательского» компьютера. «Писюки» же могли похвастаться только такими текстовыми «оболочками», как знаменитый файловый менеджер Norton Commander, а потому воспринимались скорее как дорогие игрушки.

    Наконец, третьим препятствием на пути MS-DOS стала однозадач-ность. Все больше и больше людей желало запускать на своем компьютере сразу несколько программ с возможностями переключения между ними - a DOS при всем желании этого обеспечить не могла, в отличие от ОС тех же компьютеров Macintosh. В результате, с появлением Windows 95, DOS практически сошла со сцены, хотя до сих пор установлена на наших компьютерах в качестве составляющей ядра Windows. А в 1999 году IBM даже выпустила новую версию - DOS 2000.

    Windows 3.1/3.

    Первая  версия Windows вышла в свет в конце 80-х годов и осталась совершенно незамеченной. Аналогичная участь постигла и следующую версию - лишь версия Windows 3.0 (1992) сумела пробить себе дорогу к сердцам пользователей и стать «продуктом года». А еще через два года на свет появились версии 3.1 и 3.11 (последняя включала такой значительный элемент, как полную поддержку мультимедиа и работу в локальной сети - потому и носила уточняющее название Windows For Workgroups), окончательно утвердившие господство Windows на Олимпе операционных систем.

    Хотя  вопрос о том, а были ли первые версии Windows ПОЛНОЦЕННОЙ операционной системой, до сих пор остается открытым. Ведь устанавливалась Windows поверх уже имеющейся на компьютере «опера-ционки» - DOS - и лишь расширяла ее возможности. Фактически, она представляла из себя лишь графическую оболочку, настройку над установленным на компьютере комплектом MS-DOS. Однако корпорация Microsoft с самого начала предпочитала позиционировать Windows как ОС - имидж прежде всего! Согласны с Microsoft и многие профессиональные программисты - например, Эндрю Шульма, автор книги «Неофициальная Windows 98» (на эту книгу мне указал один из моих читателей, за что ему огромное спасибо).

    Неудивительно, что многие опытные пользователи, подобно процитированному в эпиграфе Джону Двораку, отнеслись к Windows, как к модной игрушке. Однако со временем достоинства этой «оболочки» проявлялись все явственнее - полноценный графический интерфейс, позволявший пользователю избавится от лицезрения скучных списков файлов, а команды отдавать простым щелчком мыши по ярким иконкам...

    Появилась пусть примитивная, но многозадачность  - хотя число одновременно запускаемых приложений было ограничено двумя-тремя, запустить больше не позволяло малое количество оперативной памяти.

    А самое главное - исчез пресловутый барьер 640 кбайт, и компьютер смог наконец-то использовать всю установленную на нем оперативную память.

    Однако  «в ложке меда не обошлось без бочки  дегтя»: Windows отличалась своей редкостной неустойчивостью, частыми «зависаниями» и большим количеством ошибок. Это было связано с тем, что программам в Windows приходилось жить в общем, пространстве, затевая настоящую драку по поводу того, кому достанется большее количество оперативной памяти или мощности процессора, т. е. модель многозадачной работы в Windows была упрощенной...

    И, тем не менее к середине 90-х годов компьютеров, не оснащенных Windows 3.1, в мире осталось не так уж много...

    Windows NT

    Одновременно  с линией «домашних» ОС Microsoft разрабатывала и другие операционные системы, рассчитанные на корпоративных пользователей, на работу в локальных компьютерных сетях. Первоначальным кандидатом на занятие этой ниши была OS/2, но, как известно, в скором времени эта ОС «вышла из доверия» и была отдана на откуп IBM. Тогда-то на арене и появилась Windows NT (Windows New Technology)...

    32-разрядная  Windows NT, первая версия, которой появилась на рынке в 1993-м, а последняя - в 1998 году, с самого начала создавалась как сверхстабильная, надежная система, рассчитанная, прежде всего на работу, а не на разные игрушки-развлечения. И в этом смысле Windows 98/МЕ может ей только позавидовать: случаи ошибок, крахов и «зависаний» при работе в Windows NT встречаются крайне редко. Происходит это потому, что NT, как и OS/2, заботится о надежном разделении работающих под ее управлением программ, не давая им «драться» за ресурсы. В Windows 3.1/98/ME каждая из загруженных программ чувствовала себя в оперативной памяти полновластным хозяином, считая себя вправе претендовать на любой ее объем и любую область. Принцип «в тесноте да не в обиде» тут не срабатывал - нередко по-молодецки разгулявшиеся в памяти программы устраивали буйную потасовку, в результате которой оперативная система «зависала». NT же учинила у себя настоящую «диктатуру», разведя все задачи и процессы по отдельным «камерам». При этом, в качестве «пайка», каждому «узнику» выделялась своя доля адресного пространства оперативной памяти и системных ресурсов.

    Более того - NT пошла еще дальше. В отличие от Windows 98/МЕ она безусловно запрещает безоговорочный доступ к ресурсам компьютера любым программам, пытающимся работать с «железом» напрямую.

    Это позволяет системе избежать конфликтов (с которыми так хорошо знакомы  пользователи «домашних» Windows), однако в результате работать под NT отказываются любые программы, написанные под DOS, и многие созданные для Windows 95. Кроме того, «аппетиты» Windows NT в отношении ресурсов компьютера вдвое выше, чем Windows 98.

    Наконец, следует учитывать и тот факт, что большая часть достоинств NT проявляется лишь в сетевом режиме работы - т. е. в связке с другими компьютерами. И хотя на Западе «домашние сети» становятся явлением обыденным, нашей стране до этого еще очень далеко. Сегодня под управлением Windows NT и ее преемницы Windows 2000 работает большинство рабочих станций и серверов в крупных локальных сетях на предприятиях всего мира. Однако потихоньку «дозревает» до нее и домашний рынок. Ведь спрос на стабильные и надежные операционки, к числу которых нельзя отнести ни Windows 95, ни Windows 98, постоянно возрастает, а старые программы для DOS постепенно исчезают с компьютеров даже самых закоренелых ретроградов.

    Windows 95

    Легенды об этой ОС начали ходить задолго до ее рождения. Последнее, кстати говоря, должно было состояться еще в 1994 году - именно тогда появились официальные сообщения о завершении разработки новой ОС, получившей название Chicago. Однако время представления «Чикаго» жаждущей общественности постоянно откладывалось, корпорация Microsoft делала обнадеживающее заявление за заявлением... Казалось, что это никогда не кончится...

    Однако  в августе 1995 года. Windows 95 все-таки вышла в свет. Причем сделала это с грандиозной, невиданной ранее рекламной шумихой и помпой. В ту августовскую ночь по всей Америке гремели фейерверки. Страна была охвачена празднествами - можно было подумать, что отмечали не выход новой программы, а, скажем, День независимости. Телевидение показывало - вы не поверите! -- гигантские очереди в компьютерных магазинах, в которых стояли сотни людей, жаждущих наконец-то установить на свой компьютер новую ОС...

    Так что же представляла собой эта  загадочная, великая и новаторская  операционная система, что было в ней такого, что смогло свести с ума весь мир?

    Начать  с того, что впервые Windows превратилась из графической надстройки для DOS в полноценную операционную систему. По крайней мере, так заявляли ее разработчики. На самом же деле все было сложнее: в качестве основы в Windows 95 по-прежнему использовалась добрая старая DOS. Чуть модернизированная, конечно, и не заявленная в качестве отдельного продукта... Впрочем, большинство потребителей такой вариант устраивал. Ведь у них оставалась возможность работать в привычном им DOS-режиме, не загружая графическую оболочку Windows, - и, следовательно, не расставаться с привычными DOS-программами.