Интерфейс операционной системы. Интерфейсы операционных систем Интерфейс операционной системы делится на
Интерфейсом операционной системы называется комплекс средств, предназначенных для передачи операционной системе управляющих команд. Интерфейс включает две подсистемы: интерактивный интерфейс пользователя и программный интерфейс для выполнения запросов к операционной системе, переданных работающими программами. В интерактивном режиме команды набираются в текстовом виде или визуальными средствами (например, мышью). Программный интерфейс реализуется библиотекой стандартных утилит ОС. Вызов соответствующей утилиты программисты вставляют в свои программы.
Система MS Windows имеет удобный, естественный, простой и прозрачный графический пользовательский интерфейс, ориентированный на пользователя-непрофессионала. Пользователю достаточно с помощью мыши выбрать нужный элемент на экране и щелчком мыши на нем осуществить нужное действие. Наиболее важная отличительная особенность Windows, из-за которой она и получила свое название, – это взаимнооднозначная связь программ, работающих в текущий момент в операционной системе, и специальных графических объектов на экране монитора, называемых окнами. Для перехода к нужной программе достаточно щелкнуть на соответствующем окне.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Введение. Информационные технологии в современной экономике
Глава принципы алгоритмизации вычислений.. алгоритм.. принципы фон неймана двоичная система счисления..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Алгоритм
Алгоритмом называется свод правил и действий, которые в совокупности позволяют решить поставленную задачу. Алгоритм характеризуется разной степенью формализации. Строго формальный алгоритм задает о
Принципы Фон-Неймана
Первый компьютер MARK-1 был построен в США в 1943г. Однако оказалось, что не всякий алгоритм можно реализовать на этом компьютере. Группа ученых, приглашенная для помощи, после тщательного анализа
Двоичная система счисления
Мы привыкли для записи чисел использовать десятичную систему счисления. На самом деле эта система счисления не единственная. В общем случае позиционной системой счисления называется способ представ
История компьютерной индустрии
Первый компьютер Mark I был построен в 1943г. в Гарвардском Университете. Машина была длиною 15 метров, весила 5 тонн и состояла из 750 тысяч частей. В 1945г. была создана машина ENIAC весом 30 тон
История Интернета
Еще одна революция в информационных технологиях связана с возможностью соединения компьютеров в сети. Первый модем был разработан фирмой АТ в 1960г. А в 1969г. впервые были связаны два компьютера в
Представление данных в памяти компьютера
Прежде, чем рассматривать конкретные особенности устройства компьютера, мы хотим предупредить, что в основном все сказанное будет относиться к персональным компьютерам, серверам, рабочим станциям –
Центральный процессор
Центральный процессор - основное устройство компьютера, которое управляет всеми другими устройствами компьютера. Функционально процессор состоит из двух компонент: операционной части и интерфейсной
Оперативная память
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения той информации, которая может потребоваться процессору для выполнения программы. Иногда ее называют памятью прямого доступа (анг
Системная шина
Системная шина представляет собой совокупность линий передачи сигналов, объединённых по их назначению. Основной функцией системной шины является обмен информацией между процессором и остальными эле
Монитор и управление изображением
Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода на экран текстовой и графической информации. С программной точки зрения экран монитора представляет собой прямоугольную таблицу из светящихся то
Устройства ввода информации
Устройства ввода информации в компьютер очень разнообразны. К ним относятся клавиатура, мышь, трекбол, джойстик, сканер, диджитайзер, устройство распознавания речи и т.д. Кроме того, существуют спе
Внешние запоминающие устройства
Данные, хранящиеся в оперативной памяти компьютера, не сохраняются при выключении электропитания. Уже в самых первых компьютерах возникла необходимость постоянного хранения данных. Для этого исполь
Устройства вывода информации
Устройства вывода информации предназначены для представления результатов работы компьютера в «человеческом» виде. Кроме видеомонитора, о котором шла речь выше, это принтер, предназначенный для бума
Некоторые другие устройства
Наряду с устройствами, которые выполняют понятные и видимые функции, существует ряд вспомогательных микросхем, которые играют незаметную, но существенную роль в работе компьютера. Перечислим наибол
Функции операционной системы
Операционной системой (ОС) называется комплекс программных средств, обеспечивающих функционирование отдельных устройств компьютера и их взаимодействие, а также взаимодействие устройств компьютера и
В постоянной памяти компьютера (ПЗУ) содержится программа начальной загрузки компьютера. Эта программа независима от операционной системы. Она автоматически запускается при включении питания компью
Программы и подпрограммы
Ни одна программа сейчас не состоит из цельного куска, как это было в самых первых компьютерах. На самом деле, все современные программы составляют сложную структуру, элементами которой являются бо
Управление выполнением программ и управление памятью
Функции управления выполнением программ и управления памятью в операционной системе тесно переплетены. Современные операционные системы ориентированы на мультизадачный режим выполнения программ. В
Управление файловой системой
Для организации доступа программ к данным, размещенным на внешних носителях, ОС организует данные в структуру, называемую файловой системой. Файловая система представляет собой иерархическую структ
Управление вводом-выводом
Утилиты ввода-вывода содержат стандартные программы, предназначенные для чтения и записи информации для различных внешних устройств. К ним относятся и программы BIOS, хранящиеся в ПЗУ, и драйверы р
Мультизадачный и многопользовательский режим
Мультизадачный режим работы операционной системы предполагает параллельное выполнение на одном компьютере нескольких задач (на самом деле псевдопараллельное, так как процессор в компьютере обычно о
Операционная система Windows
Система MS Windows является наиболее распространенной ОС для персональных компьютеров. Она позволяет переходить от программы к программе путем выбора окна на экране монитора, запускать подпрограммы
Языки программирования
Работой компьютера в любой момент времени руководит программа. Программировать работу компьютера - значит создать эту программу. Для этого надо точно описать то, что программа должна делать. Выходо
Среда программирования
Изложим схему профессионального программирования на языке высокого уровня. Оно состоит из нескольких этапов. Сначала нужно хорошо сформулировать задачу и придумать алгоритм решения задачи. Затем ну
Назначение и преимущества сетей
На основе локальных (реже расширенных) компьютерных сетей строятся информационные системы, предназначенные для управления предприятием. Преимущество использования сетей заключается в следующем.
Топология локальной сети
Топологией локальной сети называется способ соединения ее узлов. Базовыми топологиями считаются топология в форме звезды, кольцевая топология и шинная топология. В реальной структуре сети эти конфи
Модель OSI взаимодействия открытых систем
Проблема стандартизации, характерная для современного развития общества в целом, в сфере распространения информации особенно важна. Представьте себе, что вы заходите на какой-то сайт и хотите налад
Методы доступа в ЛВС
Методом доступа в локальной сети называется алгоритм, согласно которому узлы сети получают разрешение на передачу данных, а также регламентируют поведение при различных конфликтных ситуациях, возни
Управление локальной сетью
Основное назначение сетевой части операционной системы – обеспечение служебных функций обеспечения передачи данных канального и сетевого уровня в локальных сетях. Сетевые операционные системы объед
Основные принципы Интернет
Интернет – всемирная компьютерная сеть, составленная из разнообразных локальных и глобальных (типа NSFNET) компьютерных сетей, объединенных стандартными соглашениями о способах обмена информацией и
Типы сервисов Интернет
Принято делить сервисы Интернета на сервисы интерактивные, прямые и отложенного чтения. В сервисах отложенного чтения запрос и получение информации разделены по времени. Сюда относится, например, э
Адресация в Интернет
Во всемирной сети Интернет каждый компьютер (на самом деле, каждый сетевой адаптер компьютера) получает уникальный идентификатор, однозначно его определяющий. Этот идентификатор, называемый IP-адре
Поиск информации в Интернете
Пожалуй, самой полезной чертой Интернета является наличие в нем поисковых серверов. Это выделенные узлы, которые автоматически просматривают все доступные ресурсы Интернета и индексируют их содержа
Интранет - информационное обслуживание на основе Интернет
В последнее время все чаще стали говорить об Интранете. При этом обычно понимают использование информационных технологий Интернета для создания информационных систем внутри организации. Ядром такой
Проблемы Интернета
У Интернета есть, конечно же, свои трудности. Одна из них – анонимность пользователей. Это приводит к возникновению проблем с доступом к информации, например, для детей.
Другой ряд проблем
Теория баз данных
Базой данных называют конкретный экземпляр организованной системы данных в совокупности со специфическими методами ее хранения и обработки. В современном представлении задачей базы данных является
Модели данных
В основе конкретной базы данных лежит определенная модель данных. Разные модели данных задают ограничения разного вида на объекты и связи предметной области. Существующие модели данных можно отнест
Реляционная модель данных
Реляционная модель данных представляет собой логическую модель данных, описывающую:
¨ структуры данных в виде наборов таблиц;
¨ теоретико-множественные операции над таблиц
Составляющие реляционной модели
Модель реляционных баз данных использует следующие основные понятия:
¨ тип данных;
¨ показатель;
¨ таблица;
¨ поле;
¨ запись;
Манипулирование данными
Для изменения содержимого таблиц разрешены следующие операции:
¨ создать новую таблицу;
¨ добавить в существующую таблицу новую запись или несколько записей;
¨
Оптимизация схемы данных
Одну и ту же предметную область в рамках решения одной и той же задачи можно отобразить с помощью нескольких баз данных с разными схемами данных. Они будут обладать разной эффективностью. Улучшение
Языковые средства СУБД
Функциональные возможности поддерживаемой средствами СУБД модели данных становятся доступными пользователю благодаря ее языковым средствам. Языковые средства СУБД используются для выполнения двух о
Технология клиент-сервер
Наиболее распространенным вариантом архитектуры СУБД еще с начала 90-х годов стала архитектура «клиент-сервер». При этом предусматривается выделение одного из функциональных компон
Администрирование базы данных
Администрирование системой базы данных предусматривает выполнение функций, направленных на обеспечение надежного и эффективного функционирования системы, адекватности содержания базы данных информа
Перспективы развития технологий баз данных
Укажем наиболее успешно развивающиеся новые направления технологий баз данных.
Широко практикуется создание систем баз данных с телекоммуникационным доступом в среде Web. Число таких систе
По типу пользовательского интерфейса различают текстовые (линейные), графические и речевые операционные системы.
Пользовательским интерфейсом называется набор приемов взаимодействия пользователя с приложением. Пользовательский интерфейс включает общение пользователя с приложением и язык общения.
Текстовые ОС
Линейные операционные системы реализуют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в них является клавиатура. Команда набирается на клавиатуре и отображается на экране дисплея. Окончанием ввода команды служит нажатие клавиши Enter. Для работы с операционными системами, имеющими текстовый интерфейс, необходимо овладеть командным языком данной среды, т.е. совокупностью команд, структура которых определяется синтаксисом этого языка.
Первые настоящие операционные системы имели текстовый интерфейс. В настоящее время он также используется на серверах и компьютерах пользователей.
Графические ОС
Такие операционные системы реализуют интерфейс, основанный на взаимодействии активных и пассивных графических экранных элементов управления. Устройствами управления в данном случае являются клавиатура и мышь. Активным элементом управления является указатель мыши - графический объект, перемещение которого на экране синхронизировано с перемещением мыши. Пассивные элементы управления - это графические элементы управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся списки, строки меню и т.д.).
Примером исключительно графических ОС являются операционные системы семейства Windows. Стартовый экран подобных ОС представляет собой системный объект, называемый рабочим столом. Рабочий стол - это графическая среда, на которой отображаются объекты (файлы и каталоги) и элементы управления.
В графических операционных системах большинство операций можно выполнять многими различными способами, например через строку меню, через панель инструментов, через систему окон и др. Поскольку операции выполняются над объектом, предварительно он должен быть выбран (выделен).
Основу графического интерфейса пользователя составляет организованная система окон и других графических объектов, при создании которой разработчики стремятся к максимальной стандартизации всех элементов и приемов работы.
Окно - это обрамленная прямоугольная область на экране монитора, в которой отображаются приложения, документ, сообщение. Окно является активным, если с ним в данный момент работает пользователь. Все операции, выполняемые в графических ОС, происходят либо на Рабочем столе, либо в каком-либо окне.
Речевые ОС
В случае SILK-интерфейса (от англ. speech – речь, image – образ, language – язык, knowledge – знание) – на экране по речевой команде происходит перемещение от одних поисковых образов к другим.
Предполагается, что при использовании общественного интерфейса не нужно будет разбираться в меню. Экранные образы однозначно укажут дальнейший путь перемещения от одних поисковых образов к другим по смысловым семантическим связям.
ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА Место проведения урока: кабинет информатики.
Учебный предмет: Информатика.
Тема урока: Понятие операционной системы. Интерфейс операционной
Цель урока: познакомить учащихся с назначением операционных систем. Задачи:
Обучающие :
рассмотреть понятия операционной системы, интерфейса
операционной системы; а также понятия аутентификации и авторизации пользователей;
® выделить основные функции операционной системы;
рассмотреть классификацию операционных систем по
назначению;
* рассмотреть классификацию операционных систем по режиму обработки задач;
® рассмотреть классификацию операционных систем по
способу взаимодействия с системой;
рассмотреть поколения операционных систем;
Развивающая: развить логическое мышление;
Воспитательная: воспитать познавательный интерес к предмету.
Тип урока: лекция. Материально-техническое
обеспечение урока:
компьютер,
План урока:
Г) Организационный
момент (приветствие
и проверка
отсутствующих).
Изучение нового материала.
Подведение итогов урока.
Ход урока
I. Организационный момент
Преподаватель приветствует учащихся, проверяет отсутствующих, сообщает тему урока и цель урока.
II. Изучение нового материала
Содержание лекции
Операционная система. (ОС) представляет собой комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами, а с другой стороны, предназначены для наиболее эффективного расходования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений. (СЛАЙД 2)
Перечислим основные функции операционных систем. (СЛАЙД 3-5)
Прием от пользователя заданий или команд, сформулированных на соответствующем языке, и их обработка. Задания могут передаваться в виде текстовых директив (команд) оператора или в форме указаний, выполняемых с помощью манипулятора (например, с помощью мыши). Эти команды связаны, прежде всего, с запуском (приостановкой, остановкой) программ, с операциями над файлами (получить перечень файлов в текущем каталоге, создать, переименовать, скопировать, переместить тот или иной файл и др.), хотя имеются и иные команды.
Распределение памяти, а в большинстве современных систем и организация виртуальной памяти.
Запуск программы (передача ей управления, в результате чего процессор исполняет программу).
Идентификация всех программ: и данных.
Прием и исполнение различных запросов от выполняющихся приложений.
Обслуживание всех операций ввода-вывода.
Организация механизмов обмена сообщениями и данными между выполняющимися программами.
Защита одной программы от влияния другой, обеспечение сохранности данных, защита самой операционной системы от исполняющихся на компьютере приложений.
Аутентификация пользователей. Под аутентификацией понимается процедура проверки имени пользователя и его пароля на соответствие тем значениям, которые хранятся в его учетной записи. Очевидно, что если входное имя (login ^) пользователя и его пароль совпадают, то, скорее всего, это и будет тот самый пользователь.
Авторизация пользователей. Термин авторизация означает, что в соответствии с учетной записью пользователя, который прошел аутентификацию, ему (и всем запросам, которые будут идти к операционной системе от его имени) назначаются определенные права (привилегии), определяющие, что он может, а что не может делать на компьютере.
Обеспечение работы систем программирования, с помощью которых пользователи готовят свои программы.
Рассмотрим
Классификации операционных систем
Вариантов классификации может быть очень много, все будет зависеть от выбранного признака, по которому один объект мы будем отличать от другого. Однако, что касается ОС, здесь уже давно сформировалось относительно небольшое количество классификаций: по назначению, по режиму обработки задач, по способу взаимодействия с системой и по способам построения (архитектурным особенностям системы).
По назначению . (СЛАЙД 6) Различают ОС общего и специального назначения.
По режиму обработки зад ач (СЛАЙД 7) различают ОС, обеспечивающие однопрограммный и мультипрограммный режимы. К однопрограммным ОС относится, например, всем известная, хотя сегодня уже практически и не используемая MS DOS .
Под мультипрограммированием понимается способ организации вычислений, когда на однопроцессорной вычислительной системе создается
видимость одновременного выполнения нескольких программ. Люб задержка в решении программы (например, для осуществления операций ввода-вывода данных) используется для выполнения других (таких же либо менее важных) программ.
По способу взаимодействия с компьютером (СЛАЙД 8) различают диалоговые системы и системы пакетной обработки . При организации работы с вычислительной системой в диалоговом режиме можно говорить об однопользовательских (однотерминальных) и мультитерминальных ОС. В мультитерминальных ОС с одной вычислительной системой одновременно могут работать несколько пользователей, каждый со своего терминала. Пои этом у пользователей возникает иллюзия, что у каждого из них имеется собственная вычислительная система. Для организации мультитерминального доступа к вычислительной системе необходимо обеспечить мультипрограммный режим работы. В качестве одного из примеров мультитерминальных операционных систем для персональных компьютеров можно назвать Linux . Некая имитация мультитерминальных возможностей имеется и в системе Windows ХР. В этой операционной системе каждый пользователь после регистрации (входа в систему) получает свою виртуальную машину. Если необходимо временно предоставить компьютер другому пользователю, вычислительные процессы первого можно не завершать, а просто для этого другого пользователя система создает новую виртуальную машину. В результате компьютер будет выполнять задачи и первого, и второго пользователя. Количество параллельно работающих виртуальных машин определяется имеющимися ресурсами.
Поколения операционных систем (СЛАЙД 9-11)
Операционные системы на пути своего развития прошли через ряд радикальных изменений, так называемых поколений.
Нулевое поколение (40-е год ы)
В первых вычислительных машинах операционных систем не было.
Пользователи имели полный доступ к машинному языку, и все программы писали непосредственно в машинных командах.
Первое поколение (50-е годы)
Операционные системы 50-х годов были разработаны с целью ускорения и упрощения перехода с задачи на задачу. До создания этих операционных систем много машинного времени терялось в промежутках между завершением выполнения одной задачи и вводом в решение следующей. Это было начало систем пакетной обработки , которые предусматривали объединение отдельных задач в группы, или пакеты. Запущенная в решение задача получала в свое полное распоряжение все ресурсы машины. После завершения каждой задачи (либо нормального, либо аварийного) управление ресурсами возвращалось операционной системе, которая обеспечивала запуск следующей задачи.
Второе поколение (начало 60-х годов) (СЛАЙД 10)
Характерной особенностью операционных систем второго поколения было то, что они создавались как системы коллективного пользования с мультипрограммным режимом работы и как первые системы мультипроцессорного типа.
Третье поколение (середина 60-х - середина 70-х годов)
Третье поколение операционных систем фактически появилось с представлением фирмой IBM в 1964 году семейства компьютеров System /360. Эти компьютеры были разработаны как машины общего назначения. Они были громоздкие, как правило, неэффективные, но предназначались для решения любых задач из любых областей приложения.
Четвертое поколение (от середины 70-х годов до настоящего времени) (СЛАЙД 11)
К системам этого поколения применимы следующие термины дружественная. удобная для пользователя, ориентированная на неподготовленного пользователя, т.е. современные системы предоставляют пользователям со средним уровнем квалификации простой доступ к вычислительным ресурсам. Широко распространяется концепция виртуальных машин. Пользователь получил возможность более не задумываться о физических деталях построения вычислительных машин (или
сетей), с которыми он работает. Вместо этого пользователь имеет дело с функциональным эквивалентом компьютера, создаваемым для него операционной системой и называемым виртуальной машиной.
Интерфейс операционных систем: (СЛАЙД 12)
Интерфейс операционных систем - специальные интерфейсы
системного и прикладного программирования, предназначенные для выполнения следующих задач:
* управление процессами (запуск, приостановка и снятие задачи с
выполнения);
управление памятью;
управление вводом/выводом;
* файловые операции.
Пользовательский интерфейс ОС реализуется с помощью специальных программных модулей, которые принимают его команды на
соответствующем языке и транслируют их в обычные вызовы в соответствии с основным интерфейсом системы. Обычно эти модули называются интерпретатором команд.
Эволюция интерфейсов операционных систем (СЛАЙД 13-18)
(см. ПРЕЗЕНТАЦИЮ)
III . Подведение итогов урока.
Преподаватель подводит итоги:
Сегодня на занятии мы рассмотрели понятия операционной системы,
интерфейса операционной системы; а также понятия аутентификации и авторизации пользователей; выделили основные функции операционной системы, рассмотрели различные классификации, а также поколения операционных систем.
40. Основные принципы построения операционных систем
Архитектура системы - ее структура и основные принципы построения.
Основные принципы построения ОС:
1. Принцип модульности
ОС строится из множества программных модулей. Под модулем в общем случае понимают функционально законченный элемент системы, выполненный в соответствии с принятыми межмодульными интерфейсами. Модуль может быть легко заменен другим при наличии заданных интерфейсов.
Особо важное значение имеют привилегированные, повторно входимые и реентерабельные модули.
Во всех операционных системах можно выделить:
1) часть наиболее важных управляющих модулей, которые должны постоянно находиться в оперативной памяти вместе с некоторыми системными структурами данных, необходимыми для функционирования операционной системы, они образуют ядро операционной системы. В его состав, как правило, входят модули по управлению системой прерываний, средства по переводу программ из состояния счета в состояние ожидания, готовности и обратно, средства по распределению основных ресурсов, таких как оперативная память и процессор;
2)много других системных программных модулей, которые называют транзитными (диск-резидентными). Загружаются в оперативную память только при необходимости и в случае отсутствия свободного пространства могут быть замещены другими транзитными модулями.
2. Принцип особого режима работы Ядро операционной системы и низкоуровневые драйверы, управляющие работой каналов и устройств ввода-вывода, должны работать в специальном режиме работы процессора (привилегированном).
Это необходимо по причинам:
1) позволяет существенно повысить надежность выполнения вычислений.
2) ряд функций должен выполняться централизованно, под управлением операционной системы (прежде всего, функции, связанные с управлением процессами ввода-вывода данных).
3. Принцип виртуализации
Сейчас используется практически в любой операционной системе.
Виртуализация ресурсов позволяет:
Организовать разделение тех ресурсов между вычислительными процессами, которые не должны разделяться;
Абстрагироваться от конкретных ресурсов, обобщить их свойства и работать с некоторой абстракцией.
Проявления концепции виртуальности:
1) понятие виртуальной машины. Любая операционная система скрывает от пользователя и его приложений реальные аппаратные и иные ресурсы, заменяя их некоторой абстракцией. В результате пользователи видят и используют виртуальную машину в составе:
Единообразная по логике работы память достаточного для выполнения приложений объема.
Произвольное количество процессоров, способных работать параллельно и взаимодействовать во время работы.
Произвольное количество внешних устройств, способных работать с памятью виртуальной машины параллельно или последовательно, асинхронно или синхронно по отношению к работе того или иного виртуального процессора, которые инициируют работу этих устройств.
2) возможность организации выполнения в операционной системе приложений, разработанных для другой операционной системы, имеющей совсем другой интерфейс прикладного программирования. Т.е. организация нескольких операционных сред;
3) независимость программ от внешних устройств – связь программ с конкретными устройствами производится не в процессе создания программы, а в период планирования ее исполнения. Этот принцип позволяет одинаково осуществлять операции управления внешними устройствами независимо от их конкретных физических характеристик.
4. Принцип мобильности
Мобильность, или переносимость, означает возможность и легкость переноса операционной системы на другую аппаратную платформу. Мобильная операционная система обычно разрабатывается с помощью специального языка высокого уровня, предназначенного для создания системного программного обеспечения. Одним из таких языков является язык С, а также C++ .
Сложности:
1) архитектуры разных процессоров могут сильно различаться.
2) для ОС важной является не только архитектура центрального процессора, но и архитектура компьютера в целом.
Для обеспечения мобильности был создан стандарт на интерфейс прикладного программирования, названный POSIX (Portable Operating System Interface for Computer Environments - интерфейс прикладного программирования для переносимых операционных систем). ? Платой за универсальность, прежде всего, является потеря производительности, поэтому ряд разработчиков идут на отказ от принципа мобильности, поскольку не всегда следование этому принципу экономически оправдано.
5. Принцип совместимости
Одним из аспектов совместимости – способность операционной системы выполнять программы, написанные для других систем или для более ранних версий данной операционной системы, а также для другой аппаратной платформы.
Необходимо разделять вопросы двоичной совместимости и совместимости на уровне исходных текстов приложений.
Двоичная совместимость достигается в том случае, когда можно взять исполняемую программу и запустить ее на выполнение на другой операционной системе.
Совместимость на уровне исходных текстов требует наличия соответствующего транслятора в составе системного программного обеспечения, а также совместимости на уровне библиотек и системных вызовов.
Гораздо сложнее достичь двоичной совместимости между процессорами, основанными на разных архитектурах. Для того чтобы один компьютер выполнял программы другого, он должен работать с машинными командами, которые ему изначально непонятны. Выходом является использование так называемых прикладных сред, или эмуляторов.
Поскольку основную часть программы, как правило, составляют вызовы библиотечных функций, прикладная среда имитирует библиотечные функции целиком, используя заранее написанную библиотеку функций аналогичного назначения, а остальные команды эмулирует каждую по отдельности.
6. Принцип генерируемоемости
Исходное представление центральной системной управляющей части операционной системы должно обеспечивать возможность настройки, исходя из конкретной конфигурации конкретного вычислительного комплекса и круга решаемых задач.
Под генерацией операционной системы понимается ее сборка (компоновка) из отдельных программных модулей. В результате генерации получают скомпонованные двоичные коды операционной системы и построенные системные таблицы, отражающие конкретную конфигурацию компьютера.
Процесс генерации осуществляется с помощью специальной программы-генератора и соответствующего входного языка для этой программы. В результате генерации получается полная версия операционной системы.
7. Принцип открытости
Открытая операционная система доступна для анализа как пользователям, так и системным специалистам, обслуживающим вычислительную систему. Необходимо, чтобы можно было легко внести дополнения и изменения, если это потребуется, не нарушая целостности системы.
Этот принцип иногда трактуют как расширяемость системы.
К открытым операционным системам прежде всего следует отнести UNIX-системы.
8. Принцип обеспечения безопасности вычислений
Правила безопасности определяют свойства:
Защита ресурсов одного пользователя от других,
Установление квот по ресурсам для предотвращения захвата одним пользователем всех системных ресурсов. ? Для обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа чаще всего используется механизм учетных записей. Он предполагает проведение аутентификации и aвторизации пользователя.
Во многих современных операционных системах гарантируется степень безопасности данных, соответствующая уровню С2 в системе стандартов США.
Основы стандартов в области безопасности были заложены «Критериями оценки надежных компьютерных систем» (Оранжевая Книга).
Иерархия уровней безопасности, приведенная в Оранжевой Книге, помечает низший уровень безопасности как D, а высший – как А:
В класс D попадают системы, оценка которых выявила их несоответствие требованиям всех других классов.
Основные свойства С-систем: наличие подсистемы учета событий, связанных с безопасностью, и избирательный контроль доступа.
Системы уровня В основаны на помеченных данных и распределении пользователей по категориям, то есть реализуют мандатный контроль доступа.
Уровень А требует в дополнение ко всем требованиям уровня В выполнения доказательства соответствия системы требованиям безопасности.
42. Микроядерные и макроядерные операционные системы
В микроядерных операционных системах можно выделить центральный компактный модуль, относящийся к супервизорной части системы. Этот модуль имеет очень небольшие размеры и выполняет относительно небольшое количество управляющих функций, но позволяет передать управление на другие управляющие модули, которые и выполнят затребованную функцию.
Микроядро – это минимальная главная часть операционной системы, служащая основой модульных и переносимых расширений.
Микроядро само является модулем системного программного обеспечения, работающим в наиболее приоритетном состоянии компьютера и поддерживающим связи с остальной частью операционной системы, которая рассматривается как набор серверных приложений (служб).
Основная идея технологии микроядра – создать необходимую среду верхнего уровня иерархии, из которой можно легко получить доступ ко всем функциональным возможностям уровня аппаратного обеспечения. При этом микроядро является стартовой точкой для создания всех остальных модулей системы.
В микроядре содержится и исполняется минимальное количество кода, необходимое для реализации основных системных вызовов.
Для большинства микроядерных операционных систем основой архитектуры выступает технология микроядра Mach.
Микроядро обеспечивает только пять типов сервисов:
Управление виртуальной памятью;
Поддержка заданий и потоков;
Взаимодействие между процессами;
Управление поддержкой ввода-вывода и прерываниями;
Сервисы хоста и процессора.
Наиболее ярким представителем микроядерных операционных систем является ОС реального времени QNX. ? В макроядерных, или монолитных, операционных системах ядро, состоящее из множества управляющих модулей и структур данных, не разделено на центральную часть и периферийные модули. Ядро получается монолитным, неделимым. В этом смысле макроядерные операционные системы являются прямой противоположностью микроядерным.
Проблемы монолитных операционных систем:
Опасность возникновения конфликта между различными частями ядра;
Сложность подключения к ядру новых драйверов.
Очень плодотворным оказался подход, основанный на модели клиент-сервер.
Микроядерные операционные системы в полной мере используют модель клиент-сервер.
Микроядерные операционные системы сегодня разрабатываются чаще монолитных. Однако использование технологии клиент-сервер - это еще не гарантия того, что операционная система станет микроядерной.
43. Требования к операционным системам реального времени
Требования к системе реального времени (СРВ):
Ограничение времени отклика;
Одновременность обработки.
Различают системы «мягкого» и «жесткого» реального времени.
Система считается жесткой, если «нарушение временных ограничений недопустимо», и мягкой, если «нарушение времени ограничений нежелательно».
43.Основные требования к ОСРВ:
1. Мультипрограммность и мультизадачность
ОС должна быть мультипрограммной и мультизадачной, активно использовать прерывания для диспетчеризации, быть предсказуемой. Т.е. ОС должна быть многопоточной на принципе абсолютного приоритета (прерываемой).
2. Приоритеты задач
Должно существовать понятие приоритета потока (задачи). Сложно определить, какой задаче ресурс требуется больше всего. Операционных систем, построенных по этому принципу, практически нет, т.к. он сложен для реализации. Поэтому разработчиками ОС вводится понятие уровня приоритета для задачи, и временные ограничения сводятся к приоритетам.
3. Наследование приоритетов
Комбинация приоритетов потоков и разделение ресурсов между ними приводит проблеме инверсии приоритетов.
Время, необходимое для завершения потока высшего приоритета, зависит от нижних уровней приоритетов - это и есть инверсия приоритетов.
Чтобы устранить такие инверсии, ОСРВ должна допускать наследование, приоритета, то есть повышение уровня приоритета потока до уровня потока, который его вызывает.
4. Сихронизация процессов и задач
ОС должна обеспечивать мощные, надежны удобные механизмы синхронизации задач. Необходимы механизмы, гарантированно предоставляющие возможность оперативно обменяться сообщениями и синхросигналами между параллельно выполняющимися задачами и процессами.
5. Предсказуемость
Поведение операционной системы должно быть известно и достаточно точно прогнозируемо. Создатель ОСРВ должен приводить характеристики:
Время от момента прерывания до момента запуска задачи;
Максимальное время выполнения каждого системного вызова;
Максимальное время маскирования прерываний драйверами и супервизорными модулями операционной системы. 44. Интерфейсы операционных систем
Под интерфейсами операционных систем понимают специальные интерфейсы системного и прикладного программирования (API), предназначенные для выполнения следующих задач.
Управление процессами:
Запуск, приостанов и снятие задачи с выполнения;
Задание или изменение приоритета задачи;
Взаимодействие задач между собой;
Вызов удаленных процедур (RPC).
Управление памятью:
Запрос на выделение блока памяти;
Освобождение памяти;
Изменение параметров блока памяти;
Отображение файлов на память (имеется не во всех системах).
Управление вводом-выводом:
Запрос на управление виртуальными устройствами;
Файловые операции.
Интерфейс пользователя с операционной системой реализуется с помощью специальных программных модулей – интерпретаторов команд, которые принимают его команды на соответствующем языке (возможно, с использованием графического интерфейса) и транслируют их в обычные вызовы в соответствии с основным интерфейсом системы.
Получив от пользователя команду, такой модуль после лексического и синтаксического анализа или сам выполняет действие, или (чаще), обращается к другим модулям ОС, используя механизм API.
В последние годы большую популярность получили графические интерфейсы (GUI), в которых задействованы соответствующие манипуляторы типа мышь или трекбол. Указание курсором на объект и щелчок или двойной щелчок на соответствующей кнопке мыши приводит к каким-либо действиям. Такая интерфейсная подсистема транслирует «команды» пользователя в обращения к операционной системе.
Управление GUI является частным случаем задачи управления вводом-выводом и не относится к функциям ядра операционной системы.
Интерфейс прикладного программирования API разделяют на следующие направления:
API как интерфейс высокого уровня, принадлежащий к библиотекам RTL;
API прикладных и системных программ, входящих в поставку операционной системы;
Прочие интерфейсы API.
Интерфейс прикладного программирования, предназначен для использования прикладными программами системных ресурсов компьютера и реализуемых операционной системой разнообразных системных функций. API описывает совокупность функций и процедур, принадлежащих ядру или надстройкам операционной системы.
API - это набор функций, предоставляемых системой программирования разработчику прикладной программы и ориентированных на организацию взаимодействия результирующей прикладной программы с целевой вычислительной системой.
Функции API позволяют разработчику строить результирующую прикладную программу так, чтобы использовать средства целевой вычислительной системы для выполнения типовых операций. При этом разработчик программы избавлен от необходимости создавать исходный код для выполнения этих операций.
Варианты реализации API:
Реализация на уровне модулей операционной системы;
Реализация на уровне системы программирования;
Реализация на уровне внешней библиотеки процедур и функций.
Интерфейс POSIX ? POSIX- это стандарт, описывающий системные интерфейсы для открытых операционных систем, в том числе оболочки, утилиты и инструментарии.
Кроме того, согласно POSIX, стандартизированными являются задачи обеспечения безопасности, задачи реального времени, процессы администрирования, сетевые функции и обработка транзакций. Стандарт базируется на UNIX-системах, но допускает реализацию и в других операционных системах.
Этот стандарт подробно описывает систему виртуальной памяти, многозадачность и технологию переноса операционных систем.
POSIX представляет собой множество стандартов POSIX.1 – POSIX.12.