Назначение и функции ОС ч1 (2)

Операционные системы автономного компьютера
Две основных группы функций реализуемых ОС:
предоставление пользователю или программисту расширенной виртуальной машины вместо реальной аппаратуры конкретного компьютера;
повышение эффективности использования компьютера за счет рационального управления его ресурсами
Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, которые обеспечивают интерфейс между приложениями и пользователями и аппаратурой компьютера

Операционные системы автономного компьютера
Любой реальный компьютер способен выполнить только небольшой набор команд, определяемый типом используемого в нем микропроцессора. Работа с компьютером на уровне машинного языка очень трудоемка.
ОС скрывает от программиста или пользователя все нюансы конкретной реализации аппаратуры при выполнении операций ввода-вывода и предоставляет им возможность чтения или записи файлов (файл не имеет строгой структуры, в него может быть записана информация любого типа).
ОС берет на себя все рутинные операции связанные с управлением и другими аппаратными устройствами компьютера(физической памятью, таймерами, принтерами и т.д. ), предоставляет большой набор мощных высокоуровневых функций.
ОС предоставляет пользователю некоторую виртуальную машину, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальную машину

Управление ресурсами
ОС обеспечивает пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера и является механизмом, распределения ресурсов компьютера.
К числу основных ресурсов компьютера относятся процессорное время, оперативная память, магнитные диски, принтеры и т.д. Ресурсы распределяются между процессами (процесс определяется как программа в стадии выполнения).

Управление ресурсами
ОС организует одновременное выполнение сразу нескольких процессов на одном компьютере, поочередно переключая процессор с одного процесса на другой, исключая простои процессора, вызываемые обращением процесса к вводу-выводу. ОС отслеживает и разрешает конфликты, возникающие при обращении нескольких процессов к одному и тому же устройству.
Выбор критерия эффективности ОС зависит от области применения ОС.

Задачи управления ресурсами
планирование ресурса - то есть определение, кому, когда и в каком количестве(для делимых ресурсов), необходимо выделить данный ресурс;
удовлетворение запросов на ресурсы;
отслеживание состояния ресурса - то есть поддержание оперативной информации о том, занят или не занят ресурс, для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно;
разрешение конфликтов между процессами.
Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют различные алгоритмы.

Основные функции операционной системы автономного компьютера
Основные функции ОС можно разделить на следующие подсистемы:
управления процессами;
управления памятью;
управления файлами и внешними устройствами;
управления защитой данных и администрирования;
интерфейса прикладного программирования;
пользовательского интерфейса.

Управление процессами
Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов.
Подсистема управления процессами:
планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами;
создаёт новые и уничтожает завершенные процессы;
обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами;
поддерживает взаимодействие между различными процессами.

Управление процессами
В мультипрограммной операционной системе одновременно могут существовать несколько процессов.
Предоставление ресурса процессу осуществляется в соответствии с очередностью его заявки и с учетом степени привилегированности (приоритета) процесса.
Два класса процессов:
процессы, порожденные по инициативе пользователей, и их приложений ( пользовательские процессы);
процессы, порожденные самой ОС, для выполнения каких либо своих функций ( системные процессы). Системные процессы всегда имеют более высокий приоритет.

Управление процессами
Важнейшей задачей ОС в управлении процессами является защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов, защищать ресурсы, выделенные одному процессу, организация совместного использование ресурсов ( например, разрешить доступ к некоторой области памяти нескольким процессам).
Для организации взаимодействия между процессами ОС должна предоставлять средства межпроцессорного взаимодействия.

Управление процессами
Во время существования процесса его выполнение может быть многократно прервано, а затем продолжено. Для возобновления выполнения прерванного процесса ОС перед его остановкой запоминает всю необходимую системную информацию - контекст процесса.
ОС выполняет задачу по синхронизации процессов, позволяя процессу приостановить свое выполнение до наступления какого-либо события в системе, например, завершение операции ввода-вывода.

Управление процессами (итог)
Подсистема управления процессами выполняет следующие основные задачи:
создает и уничтожает процессы;
планирует выполнение процессов;
обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами;
поддерживает синхронизацию процессов;
обеспечивает взаимодействие между процессами.

Управление памятью(функции ОС)
отслеживание свободной и занятой памяти,
выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов;
защита памяти одного процесса от несанкционированного доступа других процессов;
вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов;
возвращение процесса в оперативную память, когда в ней освобождается место;
настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.