Операционная система
методическая разработка по информатике и икт

Операционная система - комплекс программ обеспечивающих целостное функционирование компьютера и его устройств, а так же взаимодействие с системными пользователями.
Системным пользователем может быть человек, программа или устройство.
Далее ОС - операционная система.
ОС является самой главной программой компьютера.
С точки зрения рядового пользователя ОС позволяет работать с устройствами, приложениями и файлами, используя интуитивно понятные инструменты не углубляясь в принцип работы системы.
С точки зрения программиста ОС - это расширенная (виртуальная) машина, через которую можно обращаться к реальному оборудованию с куда более высокого уровня абстракции (языка высокого уровня), вместо досконального изучения технической реализации того или иного устройства.

Упрощенная схема ОС

Основные функции операционной системы:

• управление аппаратными средствами, устройствами ввода/вывода, поддержка сети;
• планирование ресурсов и использования процессора;
• управление процессами, межпроцессовое взаимодействие;
• управление памятью;
• организация файловой системы;
• обеспечение безопасного доступа, многопользовательский режим работы;
• предоставление программного интерфейса приложений для системных пользователей;
• поддержка пользовательского интерфейса.

Состав ОС

Аппаратное обеспечение - оборудование (устройства), которым управляет операционая система.

Драйверы - программы, необходимые операционной системе для управления подключенными к компьютеру устройствами.

Слой аппаратных абстракции (HAL) над физическими устройствами, позволяет ОС работать с множеством устройств различных производителей независимо от их архитектурных особенностей. В работе HAL важную роль играют драйверы, т.к. именно через них и осуществляется взаимодействие с устройствами. Чем более проработанный HAL, тем легче портировать ОС на различные аппаратные платформы. Пример: ОС Linux применяется на огромном количестве устройств, от роутеров до мобильных телефонов.

Ядро операционной системы - главная часть ОС, которая имеет максимальные привилегии в использовании системных ресурсов. Оно резидентно находится в оперативной памяти с момента загрузки и до завершения работы.
От производительности и надежности ядра зависит вся система.
Задачи ядра:
- обработка запросов приложений;
- обработка запросов оборудования;
- управление процессами, их диспетчеризация и т. д.;
- обработка исключительных ситуации.

Программный интерфейс приложений (API) - библиотека из сотен (а иногда тысяч) системных вызовов, для обращения к ОС за сервисом. Позволяет пользователям (в том числе и приложениям) обращаться к ОС за ресурсами.

Пользовательский интерфейс является внешней частью ОС и непосредственно взаимодействует с пользователем.

Интерфейс - совокупность ''средств'' и ''методов'' взаимодействия между элементами системы.

• механический/электромеханический;
• текстовый;
• графический;
• голосовой;
• кинетический.

История развития ОС

• На самых первых компьютерах не было никакой операционной системы и пользователь напрямую работал с аппаратным обеспечением (коммутировал провода, вводил перфокарты). Единовременно возможно было выполнять только одну задачу, а для выполнения следующей задачи требовалась длительная подготовка, во время которой компьютер бездействовал.
• Затем был создан Пакетный режим при котором из программ формировалась очередь, чтобы не создавать простоев в работе. Появилась необходимость рационального планирования (диспетчеризации) запуска программ в очереди. Задачи группировали в зависимости от частоты обращения к медленным устройствам ввода/вывода и их важности, тем самым повышая производительность системы.
• Когда процессоры стали работать много быстрее, а задачи стали усложняться появилась концепция Систем с разделением времени. По этой концепции, очередь формируется из множества процессов, каждый из которых по определённому правилу получает квант времени на выполнение, затем по тайм-ауту или по некоторому событию производится прерывание, и следующий процесс получает своё время на выполнение. Т.к. время выполнения коротко, а скорость обработки очень высокая, то создаётся имитация многозадачности (в случае с одним процессором). При этом, требуется защищать ресурсы, в данный момент выделенные одному процессу от действий других процессов. Или защищать данные используемые одним пользователем от действий другого пользователя (Управление доступом).
• Для систем, в которых задержки при работе не допустимы (оборонная, космическая, медицинская отрасль, добыча полезных ископаемых) была разработана концепция Системы реального времени. Она способна обеспечить требуемый уровень сервиса за заранее определённый промежуток времени. В системах реального времени - выполнение программ синхронизировано с внешними физическими процессами. Т.е. можно заранее прогнозировать время выполнения конкретного процесса.

Виды операционных систем

По принципу работы можно выделить следующие виды ОС:

• Система пакетной обработки;
• Система разделения времени;
• Система реального времени.

По функционалу можно выделить следующие виды ОС:

• Однозадачные и многозадачные;
• Однопроцессорные и многопроцессорные;
• Однопоточные и многопоточные;
• Однопользовательские и многопользовательские.

Семейства популярных операционных систем:

Шарапов Н.Н.
04.11.2018 8:39:18