WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 32 |

Привилегированные команды, например команды ввода-вывода, могут исполняться только операционной системой. Говорят, что она работает в привилегированном режиме. Переход управления от прикладной программы к ОС сопровождается контролируемой сменой режима. Кроме того, это защита памяти, позволяющая изолировать конкурирующие пользовательские программы друг от друга, а ОС – от программ пользователей.

Наличие прерываний. Внешние прерывания оповещают ОС о том, что произошло асинхронное событие, например завершилась операция ввода-вывода. Внутренние прерывания (сейчас их принято называть исключительными ситуациями) возникают, когда выполнение программы привело к ситуации, требующей вмешательства ОС, например деление на ноль или попытка нарушения защиты.

Развитие параллелизма в архитектуре. Прямой доступ к памяти и организация каналов ввода-вывода позволили освободить центральный процессор от рутинных операций.

Не менее важна в организации мультипрограммирования роль собственно ОС. Она отвечает за следующие операции:

Организация интерфейса между прикладной программой и ОС при помощи системных вызовов.

Организация очереди из заданий в памяти и выделение процессора одному из заданий потребовало планирования использования процессора.

Переключение с одного задания на другое требует сохранения содержимого регистров и структур данных, необходимых для выполнения задания, иначе говоря, контекста для обеспечения правильного продолжения вычислений.

Поскольку память является ограниченным ресурсом, нужны стратегии управления памятью, то есть требуется упорядочить процессы размещения, замещения и выборки информации из памяти.

Организация хранения информации на внешних носителях в виде файлов и обеспечение доступа к конкретному файлу только определенным категориям пользователей.

Поскольку программам может потребоваться произвести санкционированный обмен данными, необходимо их обеспечить средствами коммуникации.

Для корректного обмена данными необходимо разрешать конфликтные ситуации, возникающие при работе с различными ресурсами и предусмотреть координацию программами своих действий, т.е. снабдить систему средствами синхронизации.

Мультипрограммные системы обеспечили возможность более эффективного использования системных ресурсов (например, процессора, памяти, периферийных устройств), но они еще долго оставались пакетными. Пользователь не мог непосредственно взаимодействовать с заданием и должен был предусмотреть с помощью управляющих карт все возможные ситуации. Отладка программ по-прежнему занимала много времени и требовала изучения многостраничных распечаток содержимого памяти и регистров или использования отладочной печати.

Параллельно внутренней эволюции вычислительных систем происходила и внешняя их эволюция. До начала этого периода вычислительные комплексы были, как правило, несовместимы. Каждый имел собственную ОС, свою систему команд и т.д. В результате программу, успешно работающую на одном типе машин, необходимо было полностью переписывать и заново отлаживать для выполнения на компьютерах другого типа. В начале третьего периода появилась идея создания семейств программно совместимых машин, работающих под управлением одной и той же ОС. Первым семейством программно совместимых компьютеров, построенных на интегральных микросхемах, стала серия больших машин IBM/360. Разработанное в начале 60-х годов, это семейство значительно превосходило машины второго поколения по критерию цена/производительность. За ним последовала линия мини компьютеров PDP (несовместимых с линией IBM), и лучшей моделью в ней стала PDP-11.

Сила «одной семьи» была одновременно и ее слабостью. Широкие возможности этой концепции (наличие всех моделей: от миникомпьютеров до гигантских машин; обилие разнообразной периферии;

различное окружение; различные пользователи) порождали сложную и громоздкую ОС. Миллионы строчек Ассемблера, написанные тысячами программистов, содержали множество ошибок, что вызывало непрерывный поток публикаций о них и попыток исправления. Только в операционной системе OS/360 содержалось более 1000 известных ошибок. Тем не менее, идея стандартизации ОС была широко внедрена в сознание пользователей и в дальнейшем получила активное развитие.

К этому же периоду относится появление первых операционных систем реального времени (ОСРВ), в которых ЭВМ применяется для управления техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка, или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п.

Во всех этих случаях существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом. В противном случае может произойти авария: спутник сойдет с орбиты, экспериментальные данные могут быть потеряны, толщина гальванического покрытия не будет соответствовать норме и т.п. Характерным для ОСРВ является обеспечение заранее заданных интервалов времени реакции на предусмотренные события для получения управляющего воздействия – реактивность. Поскольку в технологических процессах промедление может привести к нежелательным и даже опасным последствиям, это реализовано за счет проектирования ОСРВ для работы в наихудших условиях (например, при возникновении аварийной ситуации, запускающей все оговоренные заранее программы).

Системное программное обеспечение этого периода решало множество проблем, связанных с защитой результатов работы различных программ, защитой данных в оперативной памяти и других данных. Кроме того, ОС должна управлять новыми устройствами, входящими в состав аппаратного обеспечения. Для решения этих задач системное программное обеспечение сформировалось в сложную систему, требующую для реализации своих возможностей значительных вычислительных ресурсов.



ОС четвертого поколения (1970-80-е гг.) были многорежимными системами, обеспечивающими пакетную обработку, разделение времени, режим реального времени и мультипроцессорный режим. Они были громоздкими и дорогостоящими (например, ОС OS/360 фирмы IBM).

Такие ОС, будучи прослойкой, между пользователем и аппаратурой ЭВМ, привели к значительному усложнению вычислительной обстановки. Для выполнения простейшей программы необходимо было изучать сложные языки управления заданием (Job Control Language – JCL). К этому периоду относится появление вытесняющей многозадачности (Preemptive scheduling) и использование концепции баз данных для хранения больших объемов информации для организации распределенной обработки. Программисты перестали использовать перфокарты и магнитные ленты для хранения своих данных. Вводится приоритетное планирование (Prioritized scheduling) и выделение квот на использование ограниченных ресурсов компьютеров (процессорного времени, дисковой памяти, физической (оперативной) памяти).

Появление электронно-лучевых дисплеев и переосмысление возможностей применения клавиатур поставили на очередь решение этой проблемы. Логическим расширением систем мультипрограммирования стали системы разделения времени (time-sharing системы). В них процессор переключается между задачами не только на время операций ввода-вывода, но и через определенные интервалы времени. Эти переключения происходят так часто, что пользователи могут взаимодействовать со своими программами во время их выполнения, то есть интерактивно. В результате появляется возможность одновременной работы нескольких пользователей на одной компьютерной системе. У каждого пользователя для этого должна быть хотя бы одна программа в памяти.

Чтобы уменьшить ограничения на количество работающих пользователей была внедрена идея неполного нахождения исполняемой программы в оперативной памяти. Основная часть программы находится на диске, и фрагмент, который необходимо в данный момент выполнять, может быть загружен в оперативную память, а ненужный – выкачан обратно на диск. Это реализуется с помощью механизма виртуальной памяти. Основным достоинством такого механизма является создание иллюзии неограниченной оперативной памяти ЭВМ.

В системах разделения времени пользователь получил возможность эффективно производить отладку программы в интерактивном режиме и записывать информацию на диск, не используя перфокарты, а непосредственно с клавиатуры. Появление on-line-файлов привело к необходимости разработки развитых файловых систем.

Пятое поколение (с середины 1980-х гг. по н.в.). Период характеризуется уменьшением стоимости компьютеров и увеличением стоимости труда программиста. Появление персональных компьютеров позволило установить компьютер практически каждому пользователю на рабочем столе. Благодаря широкому распространению вычислительных сетей и средств оперативной обработки (работающих в режиме on-line), пользователи получают доступ к территориально распределенным компьютерам. Появились микропроцессоры, на основе которых создаются все новые и новые персональные компьютеры, которые могут быть использованы как автономно, так и в качестве терминалов более мощных вычислительных систем. При передаче информации по линиям связи усложняются проблемы защиты информации, шифрования данных.

Возникло понятие сетевого компьютера (Network computer), способного получать все ресурсы через компьютерную сеть. Понятие файловой системы распространяется на данные, доступные по различным сетевым протоколам.

Число людей, пользующихся компьютером, значительно возросло, что выдвигает требование наличия дружественного интерфейса пользователя, ориентации на неподготовленного пользователя. Появились системы с управлением с помощью меню и элементов графического интерфейса. Начала широко распространяться концепция виртуальных машин. Пользователь более не заботится о физических деталях построения ЭВМ или сетей. Он имеет дело с функциональным эквивалентом компьютера, создаваемым для него операционной системой, представляющим виртуальную машину. Таким образом, возникла концепция виртуализации ресурсов ЭВМ – создание функциональных программно моделируемых эквивалентов реального монопольного ресурса, допускающих их совместное использование многими процессами. Например, мультипрограммирование – виртуализация центрального процессора, буферный ввод-вывод – виртуализация устройств ввода и вывода.

Широкое внедрение получила концепция распределенной обработки данных. Развитием распределенной обработки данных стала технология «клиент – сервер», в которой серверный процесс предоставляет возможность использовать свои ресурсы клиентскому процессу по соответствующему протоколу взаимодействия. Название сервера отображает вид ресурса, который предоставляется клиентским системам (сервер печати, сервер вычислений, сервер баз данных, сервер новостей, сервер FTP, сервер WWW и т.д.).

1.2.2 Основные функции ОС Обзор этапов развития вычислительных и операционных систем позволяет все функции ОС условно разделить на две различные группы – интерфейсные и внутренние. К интерфейсным функциям ОС относят:





управление аппаратными средствами;

управление устройствами ввода- вывода;

поддержку файловой системы;

поддержку многозадачности (разделение использования памяти, времени выполнения);

ограничение доступа, многопользовательский режим работы, планирование доступа пользователей к общим ресурсам;

интерфейс пользователя (команды в MS DOS, Unix; графический интерфейс в ОС Windows);

поддержка работы с общими данными в режиме коллективного пользования;

поддержка работы в локальных и глобальных сетях.

К внутренним функциям ОС, которые выделились в процессе эволюции вычислительных и операционных систем, следует отнести:

реализацию обработки прерываний;

управление виртуальной памятью;

планирование использования процессора;

обслуживание драйверов устройств.

1.2.3 Особенности современного этапа развития ОС В 90-е годы практически все ОС, занимающие заметное место на рынке, стали сетевыми. Сетевые функции сегодня встраиваются в ядро ОС, являясь ее неотъемлемой частью. Операционные системы получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM) и глобальных (Х.25, frame relay, ISDN, ATM) сетей, а также средства для создания составных сетей (IP, IPX, AppleTalk, RIP, OSPF, NLSP). В ОС используются средства мультиплексирования нескольких стеков протоколов, за счет которого компьютеры могут поддерживать одновременную сетевую работу с разнородными клиентами и серверами. Появились специализированные ОС, которые предназначены исключительно для выполнения коммуникационных задач. Например, сетевая ОС IOS компании Cisco Systems, работающая в маршрутизаторах, организует в мультипрограммном режиме выполнение набора программ, каждая из которых реализует один из коммуникационных протоколов.

Во второй половине 90-х годов все производители ОС резко усилили поддержку средств работы с Internet (кроме производителей Unixсистем, в которых эта поддержка всегда была существенной). Кроме самого стека TCP/IP в комплект поставки начали включать утилиты, реализующие такие популярные сервисы Internet как telnet, ftp, DNS и Web.

Влияние Internet проявилось и в том, что компьютер превратился из чисто вычислительного устройства в средство коммуникаций с развитыми вычислительными возможностями.

Особое внимание в течение всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым ОС. Очевидно, что и в обозримом будущем они продолжат свое развитие. Корпоративная ОС характеризуется единой информационной структурой, включающей пользователей системы с указанием всех доступных им ресурсов, предоставляемых, в частности, другими серверами корпоративной сети. Такие ОС способны устойчиво работать в крупных сетях, характерных для больших предприятий, имеющих отделения в десятках городов и, возможно, в разных странах. Таким сетям органически присуща высокая степень гетерогенности программных и аппаратных средств, поэтому корпоративная ОС должна успешно взаимодействовать с ОС разных типов и работать на различных аппаратных платформах.

На современном этапе развития операционных систем на передний план вышли средства обеспечения безопасности. Это связано с возросшей ценностью информации, обрабатываемой компьютерами, а также с повышенным уровнем угроз, существующих при передаче данных по сетям, особенно по публичным, таким как Интернет. Многие операционные системы обладают сегодня развитыми средствами защиты информации, основанными на шифрации данных, аутентификации и авторизации.

Современным операционным системам присуща многоплатформенностъ, то есть способность работать на совершенно различных типах компьютеров. Многие операционные системы имеют специальные версии для поддержки кластерных архитектур, обеспечивающих высокую производительность и отказоустойчивость. Исключением пока является ОС NetWare, все версии которой разработаны для платформы Intel, а реализации функций NetWare в виде оболочки для других ОС, например NetWare for AIX, успеха на имели.

1.3 Вопросы для самопроверки 1. Какие основные компоненты входят в обобщенную структуру вычислительной системы 2. Что такое техническое и программное обеспечение ЭВМ 3. В чем отличие системного и прикладного программного обеспечения 4. Какие основные цели преследуют разработчики ОС 5. Какие определения операционной системы вам известны 6. Что понимают под ОС как виртуальной машиной 7. Что понимают под ОС как системой управления ресурсами 8. Что понимают под ОС как «защитника» пользователей и программ 9. Что понимают под ОС как постоянно функционирующее ядро 10. Какие этапы эволюции вам известны В чем их суть 12. В чем преимущества пакетной обработки заданий Что такое spooling 13. В чем заключается основная идея мультипрограммирования 14. Какие изменения потребовало мультипрограммирование в строении вычислительной системы В чем их суть 15. Какие основные операции при организации мультипрограммирования реализуются ОС 16. Что такое операционная система реального времени Какое ее предназначение и основные характеристики 17. Что такое системы разделения времени 18. Какие функции ОС относят к интерфейсным, а какие к внутренним 2. АРХИТЕКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОС.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОС 2.1 Архитектурные особенности ОС Рассмотрев эволюцию развития вычислительных и операционных систем, функции ОС «извне», рассмотрим, что представляют собой ОС «изнутри» и какие подходы существуют к их построению.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 32 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.