–PAGE_BREAK–3,1 Поддержка многозадачности.
По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:
· однозадачные (например, MS-DOS, MSX) и
· многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95).
Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Однозадачные ОС включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.
Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.
3,2 Поддержка многопользовательского режима.
По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:
· однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);
· многопользовательские (UNIX, Windows NT).
Главным отличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая многозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользовательская ОС является однозадачной.
3,3 Вытесняющая и невытесняющая многозадачность.
Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время. Способ распределения процессорного времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет специфику ОС. Среди множества существующих вариантов реализации многозадачности можно выделить две группы алгоритмов:
· невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x);
· вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX).
Основным различием между вытесняющим и невытесняющим вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования процессов. В первом случае механизм планирования процессов целиком сосредоточен в операционной системе, а во втором — распределен между системой и прикладными программами. При невытесняющей многозадачности активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление операционной системе для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс. При вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается операционной системой, а не самим активным процессом.
3,4 Поддержка многонитевости.
Важным свойством операционных систем является возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями).
3,5 Многопроцессорная обработка.
Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в ней средств поддержки многопроцессорной обработки — мультипроцессирование. Мультипроцессирование приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами.
В наши дни становится общепринятым введение в ОС функций поддержки многопроцессорной обработки данных. Такие функции имеются в операционных системах Solaris 2.x фирмы Sun, Open Server 3.x компании Santa Crus Operations, OS/2 фирмы IBM, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell.
Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организации вычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой: асимметричные ОС и симметричные ОС. Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная ОС полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами.
4
. История развития ОС.
4
.1 Развитие первых ОС.
Важный период развития ОС относится к 1965-1975 годам. В это время в технической базе вычислительных машин произошёл переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что открыло путь к появлению следующего поколения компьютеров. В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присутствующие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. В эти годы начинается расцвет системного программирования. Революционным событием данного этапа явилась промышленная реализация мультипрограммирования. В условиях резко возросших возможностей компьютера по обработке и хранению данных выполнение только одной программы в каждый момент времени оказалось крайне неэффективным. Решением стало мультипрограммирование – способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находилось одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре. Эти усовершенствования значительно улучшили эффективность вычислительной системы. Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах – в системах пакетной обработки и разделения времени. Мультипрограммные системы пакетной обработки так же, как и их однопрограммные предшественники, имели своей целью обеспечение максимальной загрузки аппаратуры компьютера, однако решали эту задачу более эффективно. В мультипрограммном пакетном режиме процессор не простаивал, пока одна программа выполняла операцию ввода-вывода (как это происходило при последовательном выполнении программ в системах ранней пакетной обработки), а переключался на другую готовую к выполнению программу. В результате достигалась сбалансированная загрузка всех устройств компьютера, а следовательно, увеличивалось число задач, решаемых в единицу времени.
В мультипрограммных системах пакетной обработки пользователь по-прежнему был лишен возможности интерактивного взаимодействия со своими программами. Для того, чтобы хотя бы частично вернуть пользователям ощущение непосредственного взаимодействия с компьютером, был разработан другой вариант мультипрограммных систем – системы разделения времени. Этот вариант рассчитан на многотерминальные системы, когда каждый пользователь работает за своим терминалом. В числе первых операционных систем разделения времени, разработанных в середине 60-х годов, были TSS/360 (компания IBM), CTSSи MULTICS(Массачусетский технологический институт совместно с BellLabsи компанией GeneralElectric). Вариант мультипрограммирования, применяемый в системах разделения времени, был нацелен на создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного владения вычислительной машиной за счёт периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени. В системах разделения времени эффективность использования оборудования ниже, чем в системах пакетной обработки, что явилось платой за удобства работы пользователей. Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие ОС получили название систем удалённого ввода заданий. Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей – модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. Для поддержания удалённой работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, как правило, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удалёнными терминалами, сохраняя централизованный характер обработки данных, в какой-то степени являлись прообразом современных сетей, а соответствующее системное программное обеспечение – прообразом сетевых операционных систем.
В компьютерах 60-х годов большую часть действий по организации вычислительного процесса взяла на себя операционная система. Реализация мультипрограммирования потребовала внесения очень важных изменений в аппаратуру компьютера, непосредственно направленных на поддержку нового способа организации вычислительного процесса. При разделении ресурсов компьютера между программами необходимо обеспечить быстрое переключение процессора с одной программы на другую, а также надёжно защитить коды и данные одной программы от непреднамеренной или преднамеренной порчи другой программы. В процессорах появился привилегированный и пользовательский режим работы, специальные регистры для быстрого переключения с одной программы на другую, средства защиты областей памяти, а также развитая система прерываний.
В привилегированном режиме, предназначенном для работы программных модулей операционной системы, процессор мог выполнять все команды, в том числе и те из них, которые позволяли осуществлять распределение и защиту ресурсов компьютера. Программам, работающим в пользовательском режиме, некоторые команды процессора были недоступны. Таким образом, только ОС могла управлять аппаратными средствами и исполнять роль арбитра для пользовательских программ, которые выполнялись в непривилегированном, пользовательском режиме.
Система прерываний позволяла синхронизировать работу различных устройств компьютера, работающих параллельно и асинхронно, таких как каналы ввода-вывода, диски, принтеры и т.п.
Ещё одной важной тенденцией этого периода является создание семейств программно – совместимых машин и операционных систем для них. Примерами семейств программно – совместимых машин, построенных на интегральных микросхемах, являются серии машин IBM/360, IBM/370 и PDP-11.
Программная совместимость требовала и совместимости операционных систем. Однако такая совместимость подразумевает возможность работы на больших и малых вычислительных системах, с большим и малым количеством разнообразной периферии, в коммерческой области и в области научных исследований. Операционные системы, построенные с намерением удовлетворить всем этим противоречивым требованиям, оказались чрезвычайно сложными. Они состояли из многих миллионов ассемблерных строк, написанных тысячами программистов, и содержали тысячи ошибок, вызывающих нескончаемый поток исправлений. Операционные системы этого поколения были очень дорогими. Так, например, разработка OS/360, объём кода для которой составил 8 Мбайт, стоила компании IBM80 миллионов долларов.
Однако, несмотря на необозримые размеры и множество проблем, OS/3600 и другие ей подобные операционные системы этого поколения действительно удовлетворяли большинству требований потребителей. За это десятилетие был сделан огромный шаг вперёд и заложен прочный фундамент для создания современных операционных систем.
4.2 Операционные системы и глобальные сети.
В начале 70-х годов появились первые сетевые операционные системы, которые в отличие от многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределённое хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, связанными электрическими связями. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.
Хотя теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с самого появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены в конце 60-х, когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров. Эти дорогостоящие компьютеры часто хранили уникальные данные и программы, доступ к которым необходимо было обеспечить широкому кругу пользователей, находившихся в различных городах на значительном расстоянии от вычислительных центров.
В 1969 году Министерство обороны США инициировало работы по объединению суперкомпьютеров оборонных и научно – исследовательских центров в единую сеть. Эта сеть получила название ARPANETи явилась отправной точкой для создания самой известной ныне глобальной сети – Интернета. Сеть ARPANETобъединяла компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных ОС с добавленными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети.
В 1974 году компания IBMобъявила о создании собственной сетевой архитектуры для своих мэйнфреймов, получившей название SNA(SystemNetworkArchitecture). Эта многоуровневая архитектура, во многом подобная стандартной модели OSI, появившейся несколько позже, обеспечивала взаимодействие типа «терминал — терминал», «терминал — компьютер» и «компьютер — компьютер» по глобальным связям. Нижние уровни архитектуры были реализованы специализированными аппаратными средствами, наиболее важным из которых является процессор телеобработки. Функции верхних уровней SNAвыполнялись программными модулями. Один из них составлял основу программного обеспечения процессора телеобработки. Другие модули работали на центральном процессоре в составе стандартной операционной системы IBMдля мэйнфреймов.
В это же время в Европе велись активные работы по созданию и стандартизации сетей X.25. Эти сети с коммутацией пакетов не были привязаны к какой–либо конкретной операционной системе. После получения статуса международного стандарта в 1974 году протоколы X.25 стали поддерживаться многими операционными системами. С 1980 года компания IBMвключила поддержку протоколов X.25 в архитектуру SNAи в свои операционные системы.
4.3 Операционные системы мини-компьютеров и первые локальные сети.
К середине 70-х годов широкое распространение получили мини-компьютеры, такие как PDP-11, Nova, HP. Мини-компьютеры первыми использовали преимущества больших интегральных схем, позволившие реализовать достаточно мощные функции при сравнительно невысокой стоимости компьютера.
Многие функции мультипрограммных многопользовательских ОС были усечены, учитывая ограниченность ресурсов мини-компьютеров. Операционные системы мини-компьютеров часто стали делать специализированными, например только для управления в реальном времени (ОС RT-11 для мини-компьютеров PDP-11) или только для поддержания режима разделения времени (RSX-11Mдля тех же компьютеров). Эти операционные системы не всегда были многопользовательскими, что во многих случаях оправдывалось невысокой стоимостью компьютеров.
Важной вехой в истории операционных систем явилось создание ОС UNIX. Первоначально эта операционная система предназначалась для поддержания режима разделения времени в мини-компьютере PDP-7. С середины 70-х годов началось массовое использование ОС UNIX. К этому времени программный код для UNIXбыл на 90% написан на языке высокого уровня С. Широкое распространение эффективных С-компиляторов сделало UNIXуникальной для того времени ОС, обладающей возможностью сравнительно лёгкого переноса на различные типы компьютеров. Поскольку эта ОС поставлялась вместе с исходными кодами, то она стала первой открытой ОС, которую могли совершенствовать простые пользователи-энтузиасты. Хотя UNIXбыла первоначально разработана для мини-компьютеров, гибкость, элегантность, мощные функциональные возможности и открытость позволили ей занять прочные позиции во всех классах компьютеров: суперкомпьютерах, мэйнфреймах, мини-компьютерах, серверах и рабочих станциях на базе RISC-процессоров, персональных компьютерах.
Независимо от версии, общими для UNIX чертами являются:
· многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкционированного доступа,
· реализация мультипрограммной обработки в режиме разделения времени, основанная на использовании алгоритмов вытесняющей многозадачности,
· использование механизмов виртуальной памяти и свопинга для повышения уровня мультипрограммирования,
· унификация операций ввода-вывода на основе расширенного использования понятия «файл»,
· иерархическая файловая система, образующая единое дерево каталогов независимо от количества физических устройств, используемых для размещения файлов,
· переносимость системы за счет написания ее основной части на языке C,
· разнообразные средства взаимодействия процессов, в том числе и через сеть,
· кэширование диска для уменьшения среднего времени доступа к файлам.
Доступность мини-компьютеров и вследствие этого их распространённость на предприятиях послужили мощным стимулом для создания локальных сетей. Предприятие могло себе позволить иметь несколько мини-компьютеров, находящихся в одном здании или даже в одной комнате. Естественно, возникала потребность в обмене информацией между ними и в совместном использовании дорогого периферийного оборудования.
Первые локальные сети строились с помощью нестандартного коммуникационного оборудования, в простейшем случае — путём прямого соединения последовательных портов компьютеров. Программное обеспечение также было нестандартным и реализовывалось в виде пользовательских приложений. Первое сетевое приложение для ОС UNIX– программа UUCP(UNIX-to— UNIXCopyprogram) – появилась в 1976 году и начала распространяться с версией 7 AT&TUNIXс 1978 года. Эта программа позволяла копировать файлы с одного компьютера на другой в пределах локальной сети через различные аппаратные интерфейсы – RS-232, токовую петлю и т.п., а кроме того, могла работать через глобальные связи, например модемные.
4.4 Развитие операционных систем в 80-е годы.
К наиболее важным событиям этого десятилетия можно отнести разработку стека TCP/IP, становление Интернета, стандартизацию технологий локальных сетей, появление персональных компьютеров и операционных систем для них.
Рабочий вариант стека протоколов TCP/IPбыл создан в конце 70-х годов. Этот стек представлял собой набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды и предназначался для связи экспериментальной сети ARPANETс другими «сателлитными» сетями. В 1983 году стек протоколов TCP/IPбыл принят Министерством обороны США в качестве военного стандарта. Переход компьютеров сети ARPANETна стек TCP/IPускорила его реализация для операционной системы BSDUNIX. С этого времени началось совместное существование UNIXи протоколов TCP/IP, а практически все многочисленные версии Unixстали сетевыми.
Интернет стал отличным полигоном для испытаний многих сетевых операционных систем, позволившим в реальных условиях проверить возможности их взаимодействия, степень масштабируемости, способность работы при экстремальной загрузке, создаваемой сотнями и тысячами пользователей. Независимость от производителей, гибкость и эффективность сделали протоколы TCP/IPне только главным транспортным механизмом Интернета, но и основным стеком большинства сетевых ОС.
Всё десятилетие было отмечено постоянным появлением новых, всё более совершенных версий ОС UNIX. Среди них были и фирменные версии UNIX: SunOS, HP-UX, Irix, AIXи многие другие, в которых производители компьютеров адаптировали код ядра и системных утилит для своей аппаратуры. Разнообразие версий породило проблему их совместимости, которую периодически пытались решить различные организации. В результате были приняты стандарты POSIXи XPG, определяющие интерфейсы ОС для приложений, а специальное подразделение компании AT&Tвыпустило несколько версий UNIXSystemIIIи UNIXSystemV, призванных консолидировать разработчиков на уровне кода ядра.
Также широкое распространение получили операционные системы MS-DOSфирмы Microsoft, PCDOSфирмы IBM, NovellDOSфирмы Novellи другие.Первая ОС DOSдля персонального компьютера была создана в 1981г. называлась MS-DOS1.0. Microsoftприобрела у SeattleComputerProductsправо на 86 – DOS, адаптировала эту ОС для тогда еще секретных IBMPCи переименовала ее в MS-DOS. В августе 1981 года DOS1.0 работает с одной 160К односторонней дискетой. Системные файлы занимают до 13 К: для нее требуется 8-К ОЗУ. Май 1982 DOS1.1 позволяет работать с двухсторонними дискетами. Системные файлы занимают до 14К. Март 1983 Появления DOS2.0 вместе с IBMPCXT. Созданная заново эта версия имеет почти втрое больше команд чем DOS1.1. Теперь она дает возможность использовать 10 Mбайт жесткого диска. Древовидную структуру файловой системы и 360-К гибких дисков. Новый 9-секторный формат диска увеличивает ёмкость на 20% по сравнению с 8-секторным форматом. Системные файлы занимают до 41К для работы системы требуется 24-К ОЗУ. Декабрь 1983 Вместе с PCjrпоявилась система PC-DOS2.1 фирмы IBM.
продолжение
–PAGE_BREAK–