Архитектура, назначение и функции операционных систем. Введение в теорию операционных систем. Занятие 1.1

Тема 1
Архитектура, назначение и функции операционных систем
лекция
Занятие 1.1
Введение в теорию операционных систем

Учебные вопросы:
Роль и место знаний по дисциплине «Теория операционных систем» в сфере профессиональной деятельности.
Понятие операционной системы. Операционная система, среда и операционная оболочка.
Эволюция операционных систем.
Назначение и состав ОС.
Литература
Основная:
Назаров С. В., Гудыно Л. П., Кириченко А. А. Операционные системы. Практикум.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы.
Таненбаум Э. Современные операционные системы.
Дополнительная:
Староверова Н. А. Операционные системы.
Стащук П. В. Краткое введение в операционные системы.

Иерархическая структура программно-аппаратных средств компьютера
1. Понятие операционной системы. Операционная система, операционная среда и оболочка.

Операционная система – это набор программ, контролирующих работу прикладных программ и системных приложений и исполняющих роль интерфейса между пользователями, программистами, прикладными программами, системными приложениями и аппаратным обеспечением компьютера.
1. Понятие операционной системы. Операционная система, операционная среда и оболочка.
Операционная среда – это программная среда, образуемая операционной системой, определяющая интерфейс прикладного программирования (API) как множество системных функций и сервисов (системных вызовов), которые предоставляются прикладным программам.

Процесс (задача) — это единица вычислительной работы, создаваемая операционной системой в момент запуска программы на выполнение.
Оболочка операционной системы. В общем случае под оболочкой операционной системы понимается часть операционной среды, определяющая интерфейс пользователя, его реализацию (текстовый, графический и т.п.), командные и сервисные возможности пользователя по управлению прикладными программами и компьютером.
1. Понятие операционной системы. Операционная система, операционная среда и оболочка.

Распределенная ОС – ОС, предоставляющая пользователю сетевые ресурсы в виде ресурсов единой централизованной виртуальной машины.
Сетевая ОС – ОС, предоставляющая пользователю виртуальную систему, являющуюся прототипом вычислительной сети (являющуюся виртуальной сетью).
1. Понятие операционной системы. Операционная система, операционная среда и оболочка.

1 период (1945-1955 гг.)
ламповые машины
ввод и отладка программы перекоммутацией проводов, с пульта или загрузкой колоды перфокарт
одновременное выполнение только одной операции
появление прообразов первых компиляторов
2. Эволюция операционных систем

2 период (1955 г. – нач. 1960 гг.)
транзисторные машины
развитие алгоритмических языков
ввод программы с колоды перфокарт
отладка программ по изучению распечаток
пакеты заданий и системы пакетной обработки
2. Эволюция операционных систем

3 период (нач. 1960 гг. – 1980 г.)
машины на интегральных схемах
использование спулинга
планирование заданий
мультипрограммные пакетные системы
системы разделения времени
виртуальная память
интерактивная разработка программ
развитые файловые системы
2. Эволюция операционных систем

4 период (1980 – 2005 гг.)
машины на БИС и СБИС
ОС для персональных ЭВМ, встраиваемых систем, мобильных устройств и устройств IoT
дружественный пользовательский интерфейс
сетевые и распределенные ОС
2. Эволюция операционных систем

2. Эволюция операционных систем
1946 г. - ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)

2. Эволюция операционных систем
1952 г. - IBM-701 от General Motors

2. Эволюция операционных систем
середина 1970 гг. – PDP-11

2. Эволюция операционных систем
1984 г. – ОС Multics (появилась в 1964 г.)

2. Эволюция операционных систем
1985 г. – ОС Windows 1.0 (оболочка над MS-DOS)
1985 г. – ОС Windows 2.0

2. Эволюция операционных систем
1987 г. – OS/2 (Microsoft, IBM)

3. Назначение, состав и функции ОС
1. Организация (обеспечение) удобного интерфейса между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера – с другой
разработка программ
исполнение программ
доступ к устройствам ввода-вывода
контролируемый доступ к файлам
системный доступ
обнаружение ошибок и их обработка
учет использования ресурсов
2. Организация эффективного использования ресурсов компьютера
планирование ресурса
удовлетворение запросов на ресурсы
отслеживание состояния и учет использования ресурса
разрешение конфликтов между процессами, претендующими на один и тот же ресурс
3. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы
резервное копирование
архивация данных
дефрагментация дисковых устройств
диагностические функции по выявлению ошибок в конфигурации ОС
средства восстановления
4. Возможность развития
обновление и поддержка новых видов аппаратного обеспечения
предоставление новых сервисов
предоставление исправлений ошибок реализации ОС
Назначение ОС

Назначение ОС
1. Организация (обеспечение) удобного интерфейса между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера – с другой
разработка программ
исполнение программ
доступ к устройствам ввода-вывода
контролируемый доступ к файлам
системный доступ
обнаружение ошибок и их обработка
учет использования ресурсов

Назначение ОС
2. Организация эффективного использования ресурсов компьютера
планирование ресурса
удовлетворение запросов на ресурсы отслеживание состояния и учет использования ресурса
разрешение конфликтов между процессами, претендующими на один и тот же ресурс

Назначение ОС
3. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы
резервное копирование архивация данных
дефрагментация дисковых устройств
диагностические функции по выявлению ошибок в конфигурации ОС
средства восстановления

Назначение ОС
4. Возможность развития
обновление и поддержка новых видов аппаратного обеспечения
предоставление новых сервисов
предоставление исправлений ошибок реализации ОС

Состав и функции ОС

Состав и функции ОС
Подсистема управления процессами:
Планирование очередности выполнения процессов
Обеспечение их необходимыми ресурсами
Взаимодействие процессов
Синхронизация процессов

Состав и функции ОС
Подсистема управления процессами.
Для каждой выполняемой программы ОС организует один или более процессов. Каждый такой процесс представляется в ОС информационной структурой, содержащей данные о потребностях процесса в ресурсах, а также о фактически выделенных ему ресурсах. Кроме того, в этой информационной структуре хранятся данные, характеризующие историю пребывания процесса в системе: текущее состояние (активное или заблокированное), приоритет, состояние регистров, программного счетчика и др.

Состав и функции ОС
Управление памятью.
Подсистема управления памятью производит:
распределение физической памяти между процессами,
загрузку и удаление программных кодов и данных процессов в отведенные им области памяти,
настройку адресно-зависимых частей кодов процесса на физические адреса выделенной области,
защиту областей памяти каждого процесса.
Стратегия управления памятью складывается из стратегий выборки, размещения и замещения блока программы или данных в основной памяти. Используются различные алгоритмы, определяющие, когда загрузить очередной блок в память (по запросу или с упреждением), в какое место памяти его поместить и какой блок программы или данных удалить из основной памяти, чтобы освободить место для размещения новых блоков.

Состав и функции ОС
Управление файлами
ОС виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла – простой неструктурированной последовательности байтов, имеющих символьное имя. Для удобства работы с данными файлы группируются в каталоги, которые, в свою очередь, образуют группы – каталоги более высокого уровня. Файловая система преобразует символьные имена файлов, с которыми работает пользователь или программист, в физические адреса данных на дисках, организует совместный доступ к файлам, защищает их от несанкционированного доступа.

Состав и функции ОС
Управление внешними устройствами
(подсистема ввода-вывода)
Данная подсистема является интерфейсом между ядром компьютера и всеми подключенными к нему устройствами.
Программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учитывающая все его особенности, называется драйвером.

Состав и функции ОС
Защита данных и администрирование.
Средства отказоустойчивости ОС
Средства защиты от несанкционированного доступа
Процедуры идентификации и аутентификации пользователей ОС
Администрирование (ограничение) возможностей пользователей ОС
Функции аудита ОС