0ac663fe521040b790190a8706a9ba15

Понятие ОС
Операционная система (operating system) – комплекс программ, предоставляющий пользователю удобную среду для работы с компьютерным оборудованием.

Понятие ОС
Операционная система позволяет запускать пользовательские программы;
управляет всеми ресурсами компьютерной системы – процессором (процессорами), оперативной памятью, устройствами ввода вывода;
обеспечивает долговременное хранение данных в виде файлов на устройствах внешней памяти; предоставляет доступ к компьютерным сетям.

Компоненты вычислительной системы

Компоненты ВС
программное обеспечение
(ПО, software)
аппаратное обеспечение
(hardware)
прикладное
инструментальное
системное

Вычислительная система
Цель создания вычислительной системы – решение задач пользователя.
Для решения определенного круга задач создается прикладная программа (приложение, application).

Создается программное обеспечение при помощи разнообразных средств программирования (среды разработки, компиляторы, отладчики и т. д.), совокупность которых называется инструментальным программным обеспечением.
Представителем инструментального ПО является среда разработки Microsoft Visual Studio.
Вычислительная система

Операционные системы
Основным видом системного программного обеспечения являются операционные системы.
Их основная задача – обеспечить интерфейс (способ взаимодействия) между пользователем и приложениями с одной стороны, и аппаратным обеспечением с другой.
К системному ПО относятся также системные утилиты – программы, которые выполняют строго определенную функцию по обслуживанию вычислительной системы, например, диагностируют состояние системы, выполняют дефрагментацию файлов на диске, осуществляют сжатие (архивирование) данных.
Утилиты могут входить в состав операционной системы.

Операционные системы
Взаимодействие всех программ с операционной системой осуществляется при помощи системных вызовов (system calls) – запросов программ на выполнение операционной системой необходимых действий.
Набор системных вызовов образует API – Application Programming Interface (интерфейс прикладного программирования).

Функции операционной системы
К основным функциям, выполняемым операционными системами, можно отнести:
обеспечение выполнения программ – загрузка программ в память, предоставление программам процессорного времени, обработка системных вызовов;
управление оперативной памятью – эффективное выделение памяти программам, учет свободной и занятой памяти;
управление внешней памятью – поддержка различных файловых систем;
управление вводом-выводом – обеспечение работы с различными периферийными устройствами;
предоставление пользовательского интерфейса;
обеспечение безопасности – защита информации и других ресурсов системы от несанкционированного использования;
организация сетевого взаимодействия.

Структура операционной системы
Режимы работы процессоров
Привилегированный
(supervisor mode)
Пользовательский
(user mode)
Недоступны команды процессора, связанные с управлением аппаратным обеспечением, защитой оперативной памяти, переключением режимов работы процессора.
Процессор может выполнять все возможные команды.

Приложения, выполняемые в пользовательском режиме, не могут напрямую обращаться к адресным пространствам друг друга – только посредством системных вызовов.
Все компоненты операционной системы можно разделить на две группы – работающие в привилегированном режиме и работающие в пользовательском режиме, причем состав этих групп меняется от системы к системе.
Структура операционной системы

Ядро
Основным компонентом операционной системы является ядро (kernel).
Функции ядра могут существенно отличаться в разных системах, но во всех системах ядро работает в привилегированном режиме (который часто называется режим ядра, kernel mode).

Ядро
монолитные ядра
(monolithic kernel)
микроядра
(microkernel)
Реализуются все основные функции операционной системы, и оно является, по сути, единой программой, представляющей собой совокупность процедур
Минимум функций, который должен быть реализован в привилегированном режиме: планирование потоков, обработка прерываний, межпроцессное взаимодействие. Остальные функции операционной системы по управлению приложениями, памятью, безопасностью и пр. реализуются в виде отдельных модулей в пользовательском режиме.
Ядра, которые занимают промежуточные положение между монолитными и микроядрами, называют гибридными (hybrid kernel).

Структура операционных систем
Кроме ядра в привилегированном режиме (в большинстве операционных систем) работают драйверы (driver) – программные модули, управляющие устройствами.
В состав операционной системы также входят:
системные библиотеки (system DLL – Dynamic Link Library, динамически подключаемая библиотека), преобразующие системные вызовы приложений в системные вызовы ядра;
пользовательские оболочки (shell), предоставляющие пользователю интерфейс – удобный способ работы с операционной системой.

Структура операционных систем
Кроме ядра в привилегированном режиме (в большинстве операционных систем) работают драйверы (driver) – программные модули, управляющие устройствами.
В состав операционной системы также входят:
системные библиотеки (system DLL – Dynamic Link Library, динамически подключаемая библиотека), преобразующие системные вызовы приложений в системные вызовы ядра;
пользовательские оболочки (shell), предоставляющие пользователю интерфейс – удобный способ работы с операционной системой.

Структура операционных систем
Пользовательские оболочки реализуют один из двух основных видов пользовательского интерфейса:
текстовый интерфейс (Text User Interface, TUI), другие названия – консольный интерфейс (Console User Interface, CUI), интерфейс командной строки (Command Line Interface, CLI);
графический интерфейс (Graphic User Interface, GUI).
Пример реализации текстового интерфейса в Windows – интерпретатор командной строки cmd.exe;
пример графического интерфейса – Проводник Windows (explorer.exe).

Классификация операционных систем
По способу организации вычислений:
системы пакетной обработки (batch processing operating systems) – целью является выполнение максимального количества вычислительных задач за единицу времени; при этом из нескольких задач формируется пакет, который обрабатывается системой;
системы разделения времени (time-sharing operating systems) – целью является возможность одновременного использования одного компьютера несколькими пользователями; реализуется посредством поочередного предоставления каждому пользователю интервала процессорного времени;
системы реального времени (real-time operating systems) – целью является выполнение каждой задачи за строго определённый для данной задачи интервал времени.

Классификация операционных систем
По типу ядра:
системы с монолитным ядром (monolithic operating systems);
системы с микроядром (microkernel operating systems);
системы с гибридным ядром (hybrid operating systems).
По количеству одновременно решаемых задач:
однозадачные (single-tasking operating systems);
многозадачные (multitasking operating systems).

Классификация операционных систем
По количеству одновременно работающих пользователей:
однопользовательские (single-user operating systems);
многопользовательские (multi-user operating systems).
По количеству поддерживаемых процессоров:
однопроцессорные (uniprocessor operating systems);
многопроцессорные (multiprocessor operating systems).

Классификация операционных систем
По поддержке сети:
локальные (local operating systems) – автономные системы, не предназначенные для работы в компьютерной сети;
сетевые (network operating systems) – системы, имеющие компоненты, позволяющие работать с компьютерными сетями.
По роли в сетевом взаимодействии:
серверные (server operating systems) – операционные системы, предоставляющие доступ к ресурсам сети и управляющие сетевой инфраструктурой;
клиентские (client operating systems) – операционные системы, которые могут получать доступ к ресурсам сети.

Классификация операционных систем
По типу лицензии:
открытые (open-source operating systems) – операционные системы с открытым исходным кодом, доступным для изучения и изменения;
проприетарные (proprietary operating systems) – операционные системы, которые имеют конкретного правообладателя; обычно поставляются с закрытым исходным кодом.
По области применения:
операционные системы мэйнфреймов – больших компьютеров (mainframe operating systems);
операционные системы серверов (server operating systems);
операционные системы персональных компьютеров (personal computer operating systems);
операционные системы мобильных устройств (mobile operating systems);
встроенные операционные системы (embedded operating systems);
операционные системы маршрутизаторов (router operating systems).

Требования к операционным системам
расширяемость – возможность приобретения системой новых функций в процессе эволюции; часто реализуется за счет добавления новых модулей;
переносимость – возможность переноса операционной системы на другую аппаратную платформу с минимальными изменениями;
совместимость – способность совместной работы; может иметь место совместимость новой версии операционной системы с приложениями, написанными для старой версии, или совместимость разных операционных систем в том смысле, что приложения для одной из этих систем можно запускать на другой и наоборот;
надежность – вероятность безотказной работы системы;
производительность – способность обеспечивать приемлемые время решения задач и время реакции системы.

Вопросы:
Дайте определение понятию "операционная система".
Назовите примеры прикладного, инструментального и системного программного обеспечения.
Дайте определение понятий "системный вызов", "API", "драйвер", "ядро".
Какие виды ядер вы знаете? К каким видам относятся ядра известных вам операционных систем?
Чем ядро отличается от операционной системы?
Приведите несколько способов классификации операционных систем.
Назовите требования к современным операционным системам и объясните, что они означают.

Ссылка на образовательный ресурс
https://intuit.ru/studies/courses/10471/1078/lecture/16565