Лекция 5 ОС

1. Информатика

ВВЕДЕНИЕ В АРХИТЕКТУРУ И ФУНКЦИИ ОС
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: ГИЛФАНОВА С.А.

2. Операционная Система. Определение

Операционная система, ОС
(англ. operating system, OS) комплекс взаимосвязанных
программ, предназначенных
для управления ресурсами
компьютера и организации
взаимодействия с
пользователем.

3. Роль ОС: Две ключевые точки зрения

ОС КАК РАСШИРЕНИЕ МАШИНЫ
(EXTENDED MACHINE / VIRTUAL MACHINE)
ОС КАК МЕНЕДЖЕР РЕСУРСОВ (RESOURCE
MANAGER)
Скрывает от пользователя сложность
аппаратного обеспечения.
Управляет процессором, памятью,
дисками, устройствами ввода-вывода.
Предоставляет удобный и простой
интерфейс для работы.
Распределяет ресурсы между
конкурирующими программами.
Пример: Вместо команд для жесткого
диска мы просто сохраняем файл.
Пример: Решает, какая программа
сейчас будет работать на
процессоре.

4. Краткая история и эволюция ОС

1960-70-е:
Многозадачность и
разделение
времени. Несколько
пользователей
работают
одновременно с
одного терминала.
1940-50-е: Отсутствие
ОС. Программировани
е напрямую на
машинных языках,
перфокарты.
1950-60-е: Пакетная
обработка. Первые
системы для
выполнения задач
пачками (batch).
1990-е → ...:
Сетевые и
мобильные
ОС. Windows,
Linux, macOS,
Android, iOS.
1980-е:
Персональные
компьютеры. ОС
для одного
пользователя
(MS-DOS, Mac
OS).

5. Основные функции операционных систем

Управление процессами
Управление памятью
Управление файловой системой
Управление вводом-выводом (I/O)
Сетевые функции
Защита и безопасность

6. Управление процессами (Process Management)

Определения:
• Процесс — это программа во время выполнения. У каждого процесса есть
свое адресное пространство в памяти.
• Поток (Thread) — это «легковесный» процесс, поток выполнения внутри
процесса. Потоки одного процесса разделяют память.
Задачи планировщика (Scheduler):
• Определяет порядок доступа процессов к ресурсам центрального
процессора
• Обеспечивает честное и эффективное распределение времени.

7. Жизненный цикл процесса

8. Управление памятью (Memory Management)

Проблема: Много программ, а физическая память одна и ограничена.
Задачи ОС:
• Изоляция памяти процессов (чтобы одна программа не могла
повредить другую).
• Распределение оперативной памяти (ОЗУ).
• Виртуальная память — ключевая концепция! Позволяет программам
использовать больше памяти, чем есть физически, за счет выгрузки
неактивных частей на диск (файл подкачки).

9. Файловые системы (File Systems)

Файловая система
• это способ хранения и организации файлов на носителе (HDD, SSD).
Задачи ОС:
• Создание, удаление, чтение, запись файлов и каталогов.
• Составление и ведение «оглавления» диска.
Примеры
• FAT32, NTFS (Windows), ext4 (Linux), APFS (macOS).

10. Иерархия файловой системы

Древовидная структура: от корня к
листьям.
Корень (/ или C:\) — начальная
точка.
Каталоги (папки) — ветви,
организующие данные.
Файлы — конечные элементы
(листья), содержащие информацию.

11. Управление вводом-выводом (I/O Management)

Проблема: Большое разнообразие устройств (клавиатуры, диски,
принтеры, сетевые карты), каждое со своей скоростью и протоколомl.
Роль ОС:
• Предоставляет унифицированный интерфейс для программ
(драйверы устройств).
• Кэширование данных для увеличения скорости.
• Управление очередями запросов к устройствам.

12. Архитектура ОС:Монолитная vs Микросервисная

13. Архитектура ОС:Монолитная vs Микросервисная

МОНОЛИТНАЯ
МИКРОСЕРВИСНАЯ
Все компоненты (файловая
система, управление сетью и
т.д.) работают в одном
адресном пространстве ядра.
Быстро, но менее надежно
(сбой в драйвере может
«уронить» всю
систему). Пример: Linux, Unix.
В ядре только минимальные
функции (управление памятью,
IPC). Остальные компоненты
работают как отдельные сервисы
в пользовательском режиме.
Надежнее, но медленнее из-за
постоянного переключения
контекста. Пример: QNX, Minix.

14. Классификация ОС

По количеству пользователей:
• Однопользовательские (Windows, macOS)
• Многопользовательские (Linux, серверные ОС).
По количеству задач:
• Однозадачные (устарели)
• Многозадачные (все современные).
По сфере использования:
• Настольные (Desktop)
• Серверные (Server)
• Мобильные (Mobile)
• ОС реального времени (RTOS).

15. Обзор современных ОС

Windows
Доминирован
ие на рынке
ПК, удобный
графический
интерфейс
(GUI).
macOS
Оптимизация
под
аппаратное
обеспечение
Apple,
основана на
Unix.
Linux
Свободное
программное
обеспечение,
основа
серверов,
Android и
интернета.
Android
Мобильная
ОС на основе
Linux.
iOS
Мобильная
ОС от Apple.

16. Ключевые выводы

ОС — фундаментальный слой программного
обеспечения.
Основные роли: менеджер ресурсов и расширитель
возможностей аппаратного обеспечения.
Ключевые функции: управление процессами, памятью,
файлами и вводом-выводом.