Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера
Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Иногда такие группы функций называют подсистемами. Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для всех ресурсов, являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.
Управление процессами
Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами.
Для каждого вновь создаваемого процесса ОС генерирует системные информационные структуры, которые содержат данные о потребностях процесса в ресурсах вычислительной системы, а также о фактически выделенных ему ресурсах. Таким образом, процесс можно также определить как некоторую заявку на потребление системных ресурсов.
Чтобы процесс мог быть выполнен, операционная система должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Кроме того, процессу может понадобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.
В информационные структуры процесса часто включаются вспомогательные данные, характеризующие историю пребывания процесса в системе (например, какую долю времени процесс потратил на операции ввода-вывода, а какую на вычисления), его текущее состояние (активное или заблокированное), степень привилегированности процесса (значение приоритета). Данные такого рода могут учитываться операционной системой при принятии решения о предоставлении ресурсов процессу.
В мультипрограммной операционной системе одновременно может существовать несколько процессов. Часть процессов порождается по инициативе пользователей и их приложений, такие процессы обычно называют пользовательскими. Другие процессы, называемыесистемными, инициализируются самой операционной системой для выполнения своих функций.
Поскольку процессы часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы, то в обязанности ОС входит поддержание очередей заявок процессов на ресурсы, например, очереди к процессору, к принтеру, к последовательному порту.
Важной задачей операционной системы является защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов. Одним из наиболее тщательно защищаемых ресурсов процесса являются области оперативной памяти, в которой хранятся коды и данные процесса. Совокупность всех областей оперативной памяти, выделенных операционной системой процессу, называется его адресным пространством. Говорят, что каждый процесс работает в своем адресном пространстве, имея в виду защиту адресных пространств, осуществляемую ОС. Защищаются и другие типы ресурсов, такие как файлы, внешние устройства и т. д. Операционная система может не только защищать ресурсы, выделенные одному процессу, но и организовывать их совместное использование, например, разрешать доступ к некоторой области памяти нескольким процессам.
На протяжении периода существования процесса его выполнение может быть многократно прервано и продолжено. Для того чтобы возобновить выполнение процесса, необходимо восстановить состояние его операционной среды. Состояние операционной среды идентифицируется состоянием регистров и программного счетчика, режимом работы процессора, указателями на открытые файлы, информацией о незавершенных операциях ввода-вывода, кодами ошибок выполняемых данным процессом системных вызовов, и т. д. Эта информация называется контекстом процесса. Говорят, что при смене процесса происходит переключение контекстов.
Операционная система берет на себя также функции синхронизации процессов, позволяющие процессу приостанавливать свое выполнение до наступления какого-либо события в системе, например завершения операции ввода-вывода, осуществляемой по его запросу операционной системой.
В операционной системе нет однозначного соответствия между процессами и программами. Один и тот же программный файл может породить несколько параллельно выполняемых процессов, а процесс может в ходе своего выполнения сменить программный файл и начать выполнять другую программу.
Для реализации сложных программных комплексов полезно бывает организовать их работу в виде нескольких параллельных процессов, которые периодически взаимодействуют друг с другом и обмениваются некоторыми данными. Так как операционная система защищает ресурсы процессов и не позволяет одному процессу писать или читать из памяти другого процесса, то для оперативного взаимодействия процессов ОС должна предоставлять особые средства, которые называют средствами межпроцессного взаимодействия.
Таким образом, подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает синхронизацию процессов, а также обеспечивает взаимодействие между процессами.
2. Назначение и функции операционной системы Операционные системы для автономного компьютера
ОС компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны. В соответствии с этим определением ОС выполняет две группы
функций:
— Предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать
— Повышение эффективности использования компьютера путём рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.
Ос как виртуальная машина
Современному пользователю или прикладному программисту не обязательно быть в курсе того, как функционируют различные электронные блоки и электромеханические узлы компьютера. Пользователь-программист привык иметь дело с мощными высокоуровневыми функциями, которые ему предоставляет операционная система. При работе с диском программисту, пишущему приложение для работы под управлением операционной системы достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Последовательность действий при работе с файлом заключается в его открытии, выполнении одной или нескольких операций чтения или записи, а затем в закрытии файла. Такие частности, как используемая при записи частотная модуляция или текущее состояние двигателя механизма перемещения магнитных головок чтения/записи, не должны волновать программиста. Именно ОС скрывает от программиста большую часть особенностей аппаратуры и предоставляет возможность простой и удобной работы с требуемыми файлами.
Если бы программист работал непосредственно с аппаратурой компьютера, без участия ОС, то для организации чтения блока данных с диска программисту пришлось бы использовать более десятка команд с указанием множества параметров: номера блока на диске, номера сектора на дорожке и т.п.
ОС избавляет программистов не только от необходимости напрямую работать с аппаратурой дискового накопителя, но и берёт на себя все другие рутинные операции, связанные с управлением другими аппаратными устройствами компьютера: физической памятью, таймерами, принтерами и т.д.
В результате реальная машина, способная выполнять только небольшой набор элементарных действий, определяемых её системой команд, превращается в виртуальную машину, выполняющую широкий набор гораздо более мощных функций. Виртуальная машина тоже управляется командами, но это уже команды более высокого уровня: удалить файл с определённым именем, запустить на выполнение другую прикладную программу, повысить приоритет задачи, вывести текст файла на печать. Таким образом, назначение ОС состоит в предоставлении пользователю/программисту некоторой расширенной виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальный компьютер или реальную сеть.
Чтобы процесс мог быть выполнен, ОС должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Кроме того, процессу могут понадобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.
В мультипрограммной ОС одновременно может существовать несколько процессов. Часть процессов порождается по инициативе пользователей и их приложений, такие процессы называют пользовательскими. Другие процессы, называемые системными, инициализируются самой ОС для выполнения своих функций.
Поскольку процессы часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы, то в обязанности ОС входит поддержание очередей заявок процессов на ресурсы, например очереди к процессору, к последовательному порту.
Важной задачей Ос является защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов. Одним из наиболее тщательно защищаемых ресурсов процесса являются области оперативной памяти, в которой хранятся кода и данные процесса. Совокупность всех областей оперативной памяти, выделенных ОС процессу, называется его адресным -пространством. Защищаются и другие типы ресурсов, такие как файлы, внешние устройства и т.д. ОС может не только защищать ресурсы, но и организовывать их совместное использование, например, разрешить доступ к некоторой области памяти нескольким процессам.
В ОС нет однозначного соответствия между процессами и программами. Один и тот же программный файл может породить несколько параллельно выполняемых процессов, а процесс может в ходе своего выполнения сменить программный файл и начать выполнять другую программу. Таким образом, подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает синхронизацию процессов, а также обеспечивает взаимодействие между процессами.
Функциями ОС по управлению памятью являются отслеживание свободной и занятой памяти; выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов; защита памяти; вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.
Назначение и функции операционной системы
Операционные системы для автономного компьютера
ОС как виртуальная машина
ОС как система управления ресурсами
Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера
Управление процессами
Управление памятью
Управление файлами и внешними устройствами
Защита данных и администрирование
Интерфейс прикладного программирования
Пользовательский интерфейс
Сетевые операционные системы
Сетевые и распределенные ОС
Два значения термина «сетевая ОС»
Функциональные компоненты сетевой ОС
Сетевые службы и сетевые сервисы
Встроенные сетевые службы и сетевые оболочки
Одноранговые и серверные сетевые операционные системы
ОС в одноранговых сетях
ОС в сетях с выделенными серверами
Требования к современным операционным системам
Выводы .
Задачи и упражнения
Сегодня существует большое количество разных типов операционных систем, отличающихся областями применения, аппаратными платформами и методами реализации. Естественно, это обуславливает и значительные функциональные различия этих ОС. Даже у конкретной операционной системы набор выполняемых функций зачастую определить не так просто — та функция, которая сегодня выполняется внешним по отношению к ОС компонентом, завтра может стать ее неотъемлемой частью и наоборот. Поэтому при изучении операционных систем очень важно из всего многообразия выделить те функции, которые присущи всем операционным системам как классу продуктов.
Операционные системы для автономного компьютера
Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны. В соответствии с этим определением ОС выполняет две группы функций:
предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать;
повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.
Ос как виртуальная машина
Для того чтобы успешно решать свои задачи, современный пользователь или даже прикладной программист может обойтись без досконального знания аппаратного устройства компьютера. Ему не обязательно быть в курсе того, как функционируют различные электронные блоки и электромеханические узлы компьютера. Более того, очень часто пользователь может не знать даже системы команд процессора. Пользователь-программист привык иметь дело с мощными высокоуровневыми функциями, которые ему предоставляет операционная система.
Так, например, при работе с диском программисту, пишущему приложение для работы под управлением ОС, или конечному пользователю ОС достаточно представлять его в виде некоторого набора файлов, каждый из которых имеет имя. Последовательность действий при работе с файлом заключается в его открытии, выполнении одной или нескольких операций чтения или записи, а затем в закрытии файла. Такие частности, как используемая при записи частотная модуляция или текущее состояние двигателя механизма перемещения магнитных головок чтения/записи, не должны волновать программиста. Именно операционная система скрывает от программиста большую часть особенностей аппаратуры и предоставляет возможность простой и удобной работы с требуемыми файлами.
Если бы программист работал непосредственно с аппаратурой компьютера, без участия ОС, то для организации чтения блока данных с диска программисту пришлось бы использовать более десятка команд с указанием множества параметров: номера блока на диске, номера сектора на дорожке и т. п. А после завершения операции обмена с диском он должен был бы предусмотреть в своей программе анализ результата выполненной операции. Учитывая, что контроллер диска способен распознавать более двадцати различных вариантов завершения операции, можно считать программирование обмена с диском на уровне аппаратуры не самой тривиальной задачей. Не менее обременительной выглядит и работа пользователя, если бы ему для чтения файла с терминала потребовалось задавать числовые адреса дорожек и секторов.
Операционная система избавляет программистов не только от необходимости напрямую работать с аппаратурой дискового накопителя, предоставляя им простой файловый интерфейс, но и берет на себя все другие рутинные операции, связанные с управлением другими аппаратными устройствами компьютера: физической памятью, таймерами, принтерами и т. д.
В результате реальная машина, способная выполнять только небольшой набор элементарных действий, определяемых ее системой команд, превращается в виртуальную машину, выполняющую широкий набор гораздо более мощных функций. Виртуальная машина тоже управляется командами, но это уже команды другого, более высокого уровня: удалить файл с определенным именем, запустить на выполнение некоторую прикладную программу, повысить приоритет задачи, вывести текст из файла на печать. Таким образом, назначение ОС состоит в предоставлении пользователю/программисту некоторой расширенной виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, составляющей реальный компьютер или реальную сеть.
Oracle представила автономную операционную систему
Интеграция Системное ПО
Oracle объявила о доступности автономной операционной системы Oracle Autonomous Linux. Это важная веха в реализации стратегии Oracle по автономным вычислениям. ОС Oracle Autonomous Linux вместе с новым сервисом управления Oracle OS Management Service является первой и единственной автономной операционной средой, которая обеспечивает беспрецедентные экономию средств, безопасность и доступность для клиентов благодаря упрощению и устранению человеческих ошибок.
Своевременное применение патчей и обеспечение безопасности систем – один из самых серьезных вызовов для ИТ сегодня. Эти задачи могут быть очень трудоемки и в крупномасштабных облачных средах с ними чрезвычайно сложно справиться. С Oracle Autonomous Linux клиенты могут положиться на автономные возможности, чтобы обеспечить безопасность и высокую доступность своих систем и предотвратить кибератаки.
«Oracle Autonomous Linux опирается на многолетний и проверенный на практике опыт Oracle по разработке операционных систем Linux с исключительной производительностью, надежностью и безопасностью, предназначенных для поддержки самых требовательных корпоративных приложений, – сказал Вим Кукаертс, старший вице-президент Oracle по разработке операционных систем и технологий виртуализации. – Сегодня мы делаем следующий шаг в реализации нашей автономной стратегии. С Oracle Autonomous Linux мы предоставляем богатый набор возможностей, чтобы помочь нашим клиентам значительно повысить надежность и защитить системы от киберугроз».
Наряду с Oracle Autonomous Linux корпорация Oracle представила Oracle OS Management Service – компонент высокодоступной облачной инфраструктуры Oracle Cloud Infrastructure, который обеспечивает контроль и видимость систем, независимо от того, какая ОС используется Autonomous Linux, Linux или Windows. Вместе с политиками управления ресурсами сервис управления Oracle Cloud Infrastructure также позволяет пользователям, посредстом консоли Oracle Cloud Infrastructure или API, автоматизировать общие задачи управления системами Linux, включая управление патчами и пакетами, создание отчетов о безопасности и соответствии нормативным требованиям, а также управление конфигурациями. Ему можно добавить автономных возможностей с помощью других сервисов Oracle Cloud Infrastructure, таких как самомасштабирование, когда требуется увеличить или уменьшить рабочие нагрузки для удовлетворения «эластичного» спроса.
Благодаря расширенным функциям машинного обучения и автономным возможностям Oracle Autonomous Linux в сочетании с Oracle OS Management Service обеспечивает беспрецедентные экономию затрат, безопасность и высокую доступность, а также освобождает критически важные ИТ-ресурсы для реализации более важных стратегических инициатив.
Устранение ручного управления ОС. Первая в мире автономная операционная система в облаке, которая обеспечивает автоматический патчинг, обновление и настройку без вмешательства человека. Для этого используются предварительно сконфигурированный образ Oracle Linux, автоматические ежедневные пакетные обновления, улучшенная настройка параметров ОС и сбор диагностики.
Автоматическая всесторонняя защита на всех уровнях. Полностью автоматические обновления безопасности – ежедневно для ядра Linux и ключевых библиотек пользовательского пространства. Обновление осуществляется без простоев, а также обеспечивает защиту от внешних атак и злонамеренных действий внутренних пользователей. Если кто-либо попытается использовать уязвимость, устраненную Oracle, функция обнаружения известного эксплойта Known Exploit Detection инициирует автоматическое оповещение.
Постоянная доступность. Автоматическое исправление и обновление ОС во время работы устраняет ненужные простои пользователей и системы.
Oracle Autonomous Linux и Oracle OS Management Services включены в услуги технической поддержки Oracle Premier Support без дополнительной оплаты вместе с вычислительными сервисами Oracle Cloud Infrastructure. Наряду с другими ценовыми преимуществами Oracle Cloud Infrastructure большинство клиентов с рабочими нагрузками Linux могут рассчитывать на 30-50% экономии TCO в течение пяти лет как по сравнению с локальными системами, так и с предложениями других поставщиков облачных решений.
«Добавление автономных возможностей на уровне операционной системы и дальнейшие планы расширения за рамки инфраструктурного программного обеспечения вызваны необходимостью снижения OpEx – это проблема, с которой сегодня сталкиваются практически все клиенты, – отметил Аль Гиллен, вице-президент группы по разработке программного обеспечения и ПО с открытым исходным кодам, IDC. – Эти возможности по сути превращают Oracle Linux в сервис, освобождая ИТ-ресурсы заказчиков и позволяя сосредоточиться на приложениях и пользовательском опыте, где они могут добиться подлинной дифференциации от конкурентов».
У Oracle Linux продолжительная история лидерства, начинающаяся в1998 году, когда Oracle представила первую коммерческую реляционную базу данных для Linux. С Oracle Autonomous Linux компания делает еще один важный шаг в инновациях Linux. ОС Oracle Autonomous Linux основана на проверенной операционной среде Oracle Linux, которая обеспечивает высочайшую производительность, надежность и безопасность при поддержке самых требовательных корпоративных приложений. ОС Oracle Linux, на которой работают Oracle Cloud и программно-аппаратные комплексы Oracle Engineered Systems, широко используется десятками тысяч клиентов во всем мире, и тысячи независимых поставщиков ПО сертифицируют свое программное обеспечение для работы в среде Oracle Linux.
ЛЕКЦИЯ 2. ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННЫМ ОПЕРАЦИОННЫМ СИСТЕМАМ (ОС) . ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ОС АВТОНОМНОГО
ТРЕБОВАНИЯ К СОВРЕМЕННЫМ ОС
функциональная полнота
расширяемость (поддержка новых типов внешних устройств или новых технологий без переписывания кода системы»)
переносимость («легкий перенос с одной аппаратной платформы на другую»)
совместимость (перенос приложений, разработанных для одной ОС в среду другой ОС)
надежность (действия ОС предсказуемы, а приложения не должны наносить вред ОС) и отказоустойчивость (поддержка аппаратных средств обеспечения отказоустойчивости, таких как дисковые массивы или источники бесперебойного питания)
безопасность (защита данных и других ресурсов от несанкционированного доступа)
производительность (должна обладать настолько хорошим быстродействием и временем реакции, насколько позволяют аппаратные средства)
КЛАССИФИКАЦИЯ ОС
Поддержка многозадачности
однозадачные
многозадачные
с вытесняющей многозадачностью
с не вытесняющей многозадачностью
Поддержка многопоточности
многопоточные
не поддерживают понятия потока
КЛАССИФИКАЦИЯ ОС
Поддержка многопользовательского режима:
однопользовательские (MS-DOS, ранние версии OS/2)
многопользовательские (UNIX, Windows NT/2000/XP)
Многопроцессорная обработка:
поддержка мультипроцессирования
не поддерживает мультипроцессорную обработку
Поддержка сети:
сетевые ОС
не сетевые ОС
КЛАССИФИКАЦИЯ ОС
Особенности аппаратных платформ
ОС для персональных компьютеров
ОС для суперкомпьютеров
ОС для смартфонов и планшетных компьютеров
Особенности областей использования (критерий эффективности)
системы пакетной обработки (OC EC) – критерий эффективности – max загрузка процессора;
системы разделения времени (UNIX, VMS, Windows NT/2000/XP/VISTA/7/8) – наиболее удобный интерфейс;
системы реального времени (QNX, RT/11) – min время отклика.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО КОМПЬЮТЕРА
Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам.
Иногда такие группы функций называют подсистемами
ВОПРОСЫ
Назовите min набор компонент, составляющих вычислительную машину.
Назовите основные ресурсы, которыми управляет вычислительная машина.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДСИСТЕМ ОС АВТОНОМНОГО ПК
Функции (подсистемы) ОС автономного компьютера
подсистемы (п/c), |
| общие подсистемы | ||
соответствуют типам |
|
|
| |
локальных ресурсов |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
подсист | п/с | п/с | подсисте | подсис | подсист |
ема | управ. | ввода- | ма | тема | ема |
управле | память | вывода | пользоват | безопа | админи |
ния | ю |
| ельского | сности | стриров |
процесс | (операт |
| интерфей |
| ания |
ами | ивной) |
| са |
|
|
8
ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ
Основные понятия:
Под процессом в общем случае понимается программа в стадии выполнения
Процесс можно также определить как некоторую заявку
на потребление системных ресурсов.
В мультипрограммной операционной системе одновременно может существовать несколько процессов
Часть процессов порождается по инициативе
пользователей и их приложений, такие процессы обычно называют пользовательскими
Процессы, называемые системными, инициализируются самой операционной системой для выполнения своих функций.
ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ПОДСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ
создание и уничтожение процессов (т.е. структур данных, связанных с процессами)
поддержание очередей заявок процессов на ресурсы (ресурсы ограничены)
защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов — организовывать совместное использование ресурсов
обеспечивать прерывание и возобновление некоторого процесса
функции синхронизации процессов, позволяющие процессу приостанавливать свое выполнение до наступления какого-либо события в системе
предоставить средства межпроцессного взаимодействия
Операционные системы для автономного компьютера
1.Операционные системы для автономного компьютера.
Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который действует как интерфейс между приложениями и пользователями с одной стороны, и аппаратурой компьютера с другой стороны. В соответствии с этим определением ОС выполняет две группы функций:
●предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера расширенной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать;
● повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.
Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Иногда такие группы функций называют подсистемами. Наиболее важными подсистемами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами общими для всех ресурсов являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.
Функциональные компоненты операционной системы автономного компьютера.
Функции операционной системы автономного компьютера обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам. Иногда такие группы функций называют подсистемами. Наиболее важными подсистемами управления ресурсами являются подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для всех ресурсов, являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования.
Управление процессами.
Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами.Для каждого вновь создаваемого процесса ОС генерирует системные информационные структуры, которые содержат данные о потребностях процесса в ресурсах вычислительной системы, а также о фактически выделенных ему ресурсах. Таким образом, процесс можно также определить как некоторую заявку на потребление системных ресурсов.Чтобы процесс мог быть выполнен, операционная система должна назначить ему область оперативной памяти, в которой будут размещены коды и данные процесса, а также предоставить ему необходимое количество процессорного времени. Кроме того, процессу может понадобиться доступ к таким ресурсам, как файлы и устройства ввода-вывода.
В информационные структуры процесса часто включаются вспомогательные данные, характеризующие историю пребывания процесса в системе (например, какую долю времени процесс потратил на операции ввода-вывода, а какую на вычисления), его текущее состояние (активное или заблокированное), степень привилегированности процесса (значение приоритета). Данные такого рода могут учитываться операционной системой при принятии решения о предоставлении ресурсов процессу.
В мультипрограммной операционной системе одновременно может существовать несколько процессов. Часть процессов порождается по инициативе пользователей и их приложений, такие процессы обычно называют пользовательскими. Другие процессы, называемые системными, инициализируются самой операционной системой для выполнения своих функций.Поскольку процессы часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы, то в обязанности ОС входит поддержание очередей заявок процессов на ресурсы, например очереди к процессору, к принтеру, к последовательному порту.
Важной задачей операционной системы является защита ресурсов, выделенных данному процессу, от остальных процессов. Одним из наиболее тщательно защищаемых ресурсов процесса являются области оперативной памяти, в которой хранятся коды и данные процесса. Совокупность всех областей оперативной памяти, выделенных операционной системой процессу, называется его адресным пространством. Говорят, что каждый процесс работает в своем адресном пространстве, имея в виду защиту адресных пространств, осуществляемую ОС. Защищаются и другие типы ресурсов, такие как файлы, внешние устройства и т. д. Операционная система может не только защищать ресурсы, выделенные одному процессу, но и организовывать их совместное использование, например разрешать доступ к некоторой области памяти нескольким процессам.
На протяжении периода
существования процесса его выполнение
может быть многократно прервано
и продолжено. Для того чтобы возобновить
выполнение процесса, необходимо восстановить
состояние его операционной среды.
Состояние операционной среды идентифицируется
состоянием регистров и программного
счетчика, режимом работы процессора,
указателями на открытые файлы, информацией
о незавершенных операциях
Операционная система берет на себя также функции синхронизации процессов, позволяющие процессу приостанавливать свое выполнение до наступления какого-либо события в системе, например завершения операции ввода-вывода, осуществляемой по его запросу операционной системой.В операционной системе нет однозначного соответствия между процессами и программами. Один и тот же программный файл может породить несколько параллельно выполняемых процессов, а процесс может в ходе своего выполнения сменить программный файл и начать выполнять другую программу.Для реализации сложных программных комплексов полезно бывает организовать их работу в виде нескольких параллельных процессов, которые периодически взаимодействуют друг с другом и обмениваются некоторыми данными. Так как операционная система защищает ресурсы процессов и не позволяет одному процессу писать или читать из памяти другого процесса, то для оперативного взаимодействия процессов ОС должна предоставлять особые средства, которые называют средствами межпроцессного взаимодействия.
Таким образом, подсистема управления
процессами планирует выполнение процессов,
то есть распределяет процессорное время
между несколькими одновременно
существующими в системе
Управление памятью
Память является для процесса таким же важным ресурсом, как и процессор, так как процесс может выполняться процессором только в том случае, если его коды и данные (не обязательно все) находятся в оперативной памяти.Управление памятью включает распределение имеющейся физической памяти между всеми существующими в системе в данный момент процессами, загрузку кодов и данных процессов в отведенные им области памяти, настройку адресно-зависимых частей кодов процесса на физические адреса выделенной области, а также защиту областей памяти каждого процесса.Существует большое разнообразие алгоритмов распределения памяти. Они могут отличаться, например, количеством выделяемых процессу областей памяти (в одних случаях память выделяется процессу в виде одной непрерывной области, а в других — в виде нескольких несмежных областей), степенью свободы границы областей (она может быть жестко зафиксирована на все время существования процесса или же динамически перемещаться при выделении процессу дополнительных объемов памяти). В некоторых системах распределение памяти выполняется страницами фиксированного размера, а в других — сегментами переменной длины.Одним из наиболее популярных способов управления памятью в современных операционных системах является так называемая виртуальная память. Наличие в ОС механизма виртуальной памяти позволяет программисту писать программу так, как будто в его распоряжении имеется однородная оперативная память большого объема, часто существенно превышающего объем имеющейся физической памяти. В действительности все данные, используемые программой, хранятся на диске и при необходимости частями (сегментами или страницами) отображаются в физическую память. При перемещении кодов и данных между оперативной памятью и диском подсистема виртуальной памяти выполняет трансляцию виртуальных адресов, полученных в результате компиляции и компоновки программы, в физические адреса ячеек оперативной памяти. Очень важно, что все операции по перемещению кодов и данных между оперативной памятью и дисками, а также трансляция адресов выполняются ОС прозрачно для программиста.Защита памяти — это избиpaтeльнaя способность предохранять выполняемую задачу от записи или чтения памяти, назначенной другой задаче. Правильно написанные программы не пытаются обращаться к памяти, назначенной другим. Однако реальные программы часто содержат ошибки, в результате которых такие попытки иногда предпринимаются. Средства защиты памяти, реализованные в операционной системе, должны пресекать несанкционированный доступ процессов к чужим областям памяти.
Таким образом, функциями
ОС по управлению памятью являются
отслеживание свободной и занятой
памяти; выделение памяти процессам
и освобождение памяти при завершении
процессов; защита памяти; вытеснение
процессов из оперативной памяти
на диск, когда размеры основной
памяти недостаточны для размещения
в ней всех процессов, и возвращение
их в оперативную память, когда
в ней освобождается место, а
также настройка адресов
Управление файлами и внешними устройствами
Способность ОС к «экранированию» сложностей реальной аппаратуры очень ярко проявляется в одной из основных подсистем ОС — файловой системе. Операционная система виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла — простой неструктурированной последовательности байтов, имеющей символьное имя. Для удобства работы с данными файлы группируются в каталоги, которые, в свою очередь, образуют группы — каталоги более высокого уровня. Пользователь может с помощью ОС выполнять над файлами и каталогами такие действия, как поиск по имени, удаление, вывод содержимого на внешнее устройство (например, на дисплей), изменение и сохранение содержимого.
Чтобы представить большое
количество наборов данных, разбросанных
случайным образом по цилиндрам
и поверхностям дисков различных
типов, в виде хорошо всем знакомой
и удобной иерархической
При выполнении своих функций файловая система тесно взаимодействует с подсистемой управления внешними устройствами, которая по запросам файловой системы осуществляет передачу данных между дисками и оперативной памятью.Подсистема управления внешними устройствами, называемая также подсистемой ввода-вывода, исполняет роль интерфейса ко всем устройствам, подключенным к компьютеру. Спектр этих устройств очень обширен. Номенклатура выпускаемых накопителей на жестких, гибких и оптических дисках, принтеров, сканеров, мониторов, плоттеров, модемов, сетевых адаптеров и более специальных устройств ввода-вывода, таких как, например, аналого-цифровые преобразователи, может насчитывать сотни моделей. Эти модели могут существенно отличаться набором и последовательностью команд, с помощью которых осуществляется обмен информацией с процессором и памятью компьютера, скоростью работы, кодировкой передаваемых данных, возможностью совместного использования и множеством других деталей.Программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учитывающая все его особенности, обычно называется драйвером этого устройства (от английского drive — управлять, вести). Драйвер может управлять единственной моделью устройства, например модемом U-1496E компании ZyXEL, или же группой устройств определенного типа, например любыми Hayes-совместимыми модемами. Для пользователя очень важно, чтобы операционная система включала как можно больше разнообразных драйверов, так как это гарантирует возможность подключения к компьютеру большого числа внешних устройств различных производителей. От наличия подходящих драйверов во многом зависит успех операционной системы на рынке (например, отсутствие многих необходимых драйверов внешних устройств было одной из причин низкой популярности OS/2).Созданием драйверов устройств занимаются как разработчики конкретной ОС, так и специалисты компаний, выпускающих внешние устройства. Операционная система должна поддерживать хорошо определенный интерфейс между драйверами и остальной частью ОС, чтобы разработчики из компаний-производителей устройств ввода-вывода могли поставлять вместе со своими устройствами драйверы для данной операционной системы.
Прикладные программисты могут пользоваться интерфейсом драйверов при разработке своих программ, но это не очень удобно — такой интерфейс обычно представляет собой низкоуровневые операции, обремененные большим количеством деталей.Поддержание высокоуровневого унифицированного интерфейса прикладного программирования к разнородным устройствам ввода-вывода является одной из наиболее важных задач ОС. Со времени появления ОС UNIX такой унифицированный интерфейс в большинстве операционных систем строится на основе концепции файлового доступа. Эта концепция заключается в том, что обмен с любым внешним устройством выглядит как обмен с файлом, имеющим имя и представляющим собой неструктурированную последовательность байтов. В качестве файла может выступать как реальный файл на диске, так и алфавитно-цифровой терминал, печатающее устройство или сетевой адаптер. Здесь мы опять имеем дело со свойством операционной системы подменять реальную аппаратуру удобными для пользователя и программиста абстракциями.
Защита данных и администрирование
Безопасность данных вычислительной
системы обеспечивается средствами
отказоустойчивости ОС, направленными
на защиту от сбоев и отказов аппаратуры
и ошибок программного обеспечения,
а также средствами защиты от несанкционированного
доступа. В последнем случае ОС защищает
данные от ошибочного или злонамеренного
поведения пользователей
Первым рубежом обороны при защите данных от несанкционированного доступа является процедура логического входа. Операционная система должна убедиться, что в систему пытается войти пользователь, вход которого разрешен администратором. Функции защиты ОС вообще очень тесно связаны с функциями администрирования, так как именно администратор определяет права пользователей при их обращении к разным ресурсам системы — файлам, каталогам, принтерам, сканерам и т. п. Кроме того, администратор ограничивает возможности пользователей в выполнении тех или иных системных действий. Например, пользователю может быть запрещено выполнять процедуру завершения работы ОС, устанавливать системное время, завершать чужие процессы, создавать учетные записи пользователей, изменять права доступа к некоторым каталогам и файлам. Администратор может также урезать возможности пользовательского интерфейса, убрав, например, некоторые пункты из меню операционной системы, выводимого на дисплей пользователя.Важным средством защиты данных являются функции аудита ОС, заключающиеся в фиксации всех событий, от которых зависит безопасность системы. Например, попытки удачного и неудачного логического входа в систему, операции доступа к некоторым каталогам и файлам, использование принтеров и т. п. Список событий, которые необходимо отслеживать, определяет администратор ОС.Поддержка отказоустойчивости реализуется операционной системой, как правило, на основе резервирования. Чаще всего в функции ОС входит поддержание нескольких копий данных на разных дисках или разных дисковых накопителях. Резервируются также принтеры и другие устройства ввода-вывода. При отказе одного из избыточных устройств операционная система должна быстро и прозрачным для пользователя образом произвести реконфигурацию системы и продолжить работу с резервным устройством. Особым случаем обеспечения отказоустойчивости является использование нескольких процессоров, то есть мультипроцессирование, когда система продолжает работу при отказе одного из процессоров, хотя и с меньшей производительностью. (Необходимо отметить, что многие ОС использует мультипроцессорную конфигурацию компьютера только для ускорения работы и при отказе одного из процессоров прекращают работу.)Поддержка отказоустойчивости также входит в обязанности системного администратора. В состав ОС обычно входят утилиты, позволяющие администратору выполнять регулярные операции резервного копирования для обеспечения быстрого восстановления важных данных.
Автономные ОС (программное обеспечение вычислительных сетей)
⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2В качестве автономных ОС для рабочих станций, как правило, используются современные 32-разрядные операционные системы – Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA, Windows 7 (Seven)
Сетевые ОС (программное обеспечение вычислительных сетей)
В качестве сетевых ОС в вычислительных сетях применяются:
ОС NetWare фирмы Novell; Сетевые ОС фирмы Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008)
Сетевые топологии
Под топологией компьютерной сети понимается физическое расположение компьютеров сети относительно друг друга и способ соединения их линиями связи. Топология определяет требования к оборудованию, типу используемого кабеля, методам управления обменом.
Топология типа «Звезда» — концепция топологии пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина, как активный узел обработки данных, получает и обрабатывает данные, поступающие с периферийных устройств. Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Центральный узел управления — файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей.
Топология типа «Кольцо» — рабочие станции связаны по кругу, т. е. рабочая станция 1 связана с рабочей станцией 2 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой, и в результате коммуникационная связь замыкается в кольцо. Прокладка кабелей от одной рабочей станции к другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца.
Топология типа «Шина» — среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все подключены. Рабочие станции, в любое время без прерывания работы всей сети, могут быть подключены к этому пути или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции. Достоинства топологии — высокая надежность и скорость передачи данных, сеть можно легко развивать, добавляя новые разветвления. Недостаток — при разрыве кабеля сеть теряет свою работоспособность.
И др.
Сервисы и возможности локальных сетей
В первую очередь, это обмен информацией между компьютерами сети. Также это возможность организовывать и контролировать централизованный доступ к локальным ресурсам, таким как документация, базы данных, размещаемые на серверах.
Помимо серверов, это доступ к оборудованию, имеющемуся в локальной сети, а также, централизованный доступ к сети Интернет, который при помощи дополнительного оборудования и/или программного обеспечения также подлежит контролю и изменению. Следует также упомянуть о необходимой и незаменимой телефонной связи, без которой сложно представить нашу жизнь. Установка и настройка многопользовательского телефонного оборудования, такого как мини-АТС, также возможно лишь при наличии локальной сети, которая объединяет в себе непосредственно АТС, телефонные станции, дополнительное оборудование. Каждый понимает, что подведение в офис для каждого сотрудника отдельной внешней линии ГТС неосуществимо, и сама идея эта абсурдна. Для обеспечения телефонной связью сотрудников офиса используется специальное оборудование, к которому подводятся одна или несколько внешних линий, являющихся своего рода входом и выходом во внешнюю сеть, в то время как внутри на каждой телефонной станции используется внутренний номер, уникальный внутри локальной сети, и преобразуемый во внешний номер при выходе за ее пределы.
Помимо перечисленного выше, существует еще очень много возможностей, которые открываются перед нами при наличии локальной сети. Все их можно обобщить и выразиться проще: наличие локальной сети расширяет возможности передачи информации.
Глобальные сети
Разработка средств и методов передачи информации на большие расстояния сделала возможным появление глобальных сетей.
Глобальная сеть — это объединение компьютеров, расположенных иа большом расстоянии, для общего использования мировых информационных ресурсов.
В настоящее время для обеспечения связи в глобальных сетях выработаны единые правила — технология Интернет. Эти правила устанавливают: единый способ подключения отдельного компьютера или локальной сети к глобальной;
— единые правила передачи данных; — единую систему идентификации компьютера в сети (сетевой адрес).
При создании этой технологии преследовалось несколько целей, однако одной из основных было создание сети, устойчивой к частичным повреждениям. Одним из путей достижения этой цели является разработка технологии децентрализованной обработки информации в сети.
Децентрализация обработки информации достигается следующим образом. Каркас глобальных сетей составляют хост-компьютеры, являющиеся мощными узлами связи. Они обеспечивают надежный круглосуточный обмен информацией между пользователями сети. Хост-компьютеры соединяются между собой выделенными телефонными каналами связи, волоконно-оптическими кабелями или беспроводными (спутниковыми) каналами связи. Совокупность хост-компьютеров обеспечивает связь с международными телекоммуникационными сетями. При неисправности одного узла (компьютера) в сети сохраняется возможность обмена информацией между другими компьютерами, так как пакеты данных на пути к компьютеру с нужным адресом автоматически направляются по альтернативному маршруту, в обход аварийного участка. Для получателя информации не имеет значения, каким путем пакеты информации будут доставлены на его компьютер.
Современные глобальные телекоммуникационные сети объединяют десятки, а иногда и сотни хост-компьютеров. В них работают сотни тысяч пользователей. Набор услуг, предоставляе-мый пользователям в той или иной сети, зависит прежде всего от возможностей сетевого программного обеспечения, установленного на хост-компьютерах.
Для «общения» компьютеров, включенных в сеть, как и для общения людей, нужен специальный язык. Языком, описывающим правила работы сети, является совокупность сетевых протоколов TCP IP (transmissioncontrol; Protocol/ InternetProtocol — протокол управления передачей / интернет-протокол).
Виды глобальных сетей
Глобальные сети делятся на магистральные сети и сети доступа. Магистральные территориальные сети (backbone wide-area networks) используются для образования одноранговых связей между крупными локальными сетями, принадлежащими большим подразделениям предприятия. Магистральные территориальные сети должны обеспечивать высокую пропускную способность, так как на магистрали объединяются потоки большого количества подсетей. Кроме того, магистральные сети должны быть постоянно доступны, то есть обеспечивать очень высокий коэффициентом готовности, так как по ним передается трафик многих критически важных для успешной работы предприятия приложений (business-critical applications).
Под сетями доступа понимаются территориальные сети, необходимые для связи небольших локальных сетей и отдельных удаленных компьютеров с центральной локальной сетью предприятия. Если организации магистральных связей при создании корпоративной сети всегда уделялось большое внимание, то организация удаленного доступа сотрудников предприятия перешла в разряд стратегически важных вопросов только в последнее время. Быстрый доступ к корпоративной информации из любой географической точки определяет для многих видов деятельности предприятия качество принятия решений его сотрудниками. Важность этого фактора растет с увеличением числа сотрудников, работающих на дому (telecommuters — телекоммьютеров), часто находящихся в командировках, и с ростом количества небольших филиалов предприятий, находящихся в различных городах и, может быть, разных странах.
В качестве отдельных удаленных узлов могут также выступать банкоматы или кассовые аппараты, требующие доступа к центральной базе данных для получения информации о легальных клиентах банка, пластиковые карточки которых необходимо авторизовать на месте.
Програмное обеспечение
К программным продуктам обеспечения работы сети относятся такие компоненты как сетевые операционные системы сетевые приложения (браузеры и т.д.).
В мире существует очень большое количество сетевых операционных систем. Среди наиболее удачных из них хотелось бы отметить Unix, Novell NetWare и Windows NT Server. Все эти системы позволяют организовывать файл-серверы, вести картотеку пользователей, ограничивать права клиентов файл-сервера, выделять ресурсы рабочим станциям. Каждая из этих систем удовлетворяет критериям надежности, отказоустойчивости и что самое главное – безопасности.
Помимо систем, главной функцией которых является организация файл-сервера, существуют системы, обеспечивающие работу пользователя в сети. К числу таких операционных систем следует отнести (в хронологическом порядке) Novell DOS, Windows for Workgroups, Windows95-98, Windows NT Workstation. Причем последние операционные системы содержат не только утилиты, позволяющие осуществлять доступ к локальным сетям, но и утилиты доступа к Internet.
Развитие программного обеспечения глобальных и иных сетей, так же как и прочее системное программное обеспечение развивается динамично интенсивно, что не может не радовать, как рядовых пользователей, так и организации, так как процесс популяризации внедрения прогрессивного сетевого программного обеспечения приведет к снижению цены на соответствующую оферту.
⇐ Предыдущая12