Введение в операционные системы

1.

Тема 7. Операционные системы и
среды.
Архитектура операционных систем
(Часть 1)

2.

Содержание лекции
• Классификация операционных систем
Особенности
ресурсами
алгоритмов
управления

Введение в операционные системы
Для обеспечения управления ресурсами вычислительной системы и сопряжением с
прикладными
программами
разрабатывается
специальное
программное
обеспечение (ПО) – операционная система (ОС).
ОС отвечает за управление аппаратным обеспечением, выделение ресурсов
прикладным программам и обеспечение пользовательского интерфейса с
вычислительной системой

4.

Введение в операционные системы
"Вертикальная" архитектура вычислительной системы

5.

Введение в операционные системы
Операционная система, как правило, реализуется на машинном
языке (языке низкого уровня).
Машинный язык — это язык низкого уровня, который понимает
непосредственно
аппаратное
обеспечение
компьютера.
Он
состоит
из
двоичных
инструкций,
которые
управляют
процессором и другими ресурсами системы.
Данный язык реализуется
вычислительной системы.
для
некоторой
микроархитектуры
Микроархитектура
Это внутреннее устройство процессора и других компонентов
системы. Она включает набор команд, регистры, схемы
управления.

6.

Введение в операционные системы
В своей истории операционные системы прошли несколько
основных этапов:
Коммутационные панели (ЭВМ на базе электронных ламп)
Системы пакетной обработки
Появление многозадачных ОС
Появление ОС для персональных компьютеров
Коммутационные панели (ЭВМ на базе электронных ламп)
Период: 1940–1950-е годы
Особенности:
На
этом
этапе
использовались
первые
электронные
вычислительные машины (ЭВМ) на электронных лампах.
Управление осуществлялось вручную: операторы переключали
ручки, панели, вводили команды через специальные панели
(такие как коммутационные).

7.

Введение в операционные системы
Системы пакетной обработки
Период: 1950–1960-е годы
Особенности:
• Задачи группировались в пакеты, которые загружались
полностью в память и выполнялись без вмешательства
оператора.
• Улучшилась
эффективность
использования
аппаратных
ресурсов: одна программа могла выполняться сразу после
другой, без ручного вмешательства.

8.

Введение в операционные системы
Появление многозадачных ОС
Период: 1960–1970-е годы
Особенности:
• Стали
появляться
операционные
системы,
поддерживающие одновременную работу нескольких
задач (многозадачность).
• Это значительно повысило эффективность работы
вычислительных
систем,
так
как
одновременно
выполнялись разные программы или задачи.

9.

Введение в операционные системы
Появление ОС для персональных компьютеров
Период: 1980-е годы — настоящее время
Особенности:
• В
начале
этого
этапа
появились
ОС
для
персональных компьютеров: MS DOS, Windows, MacOS,
Linux.
• Они
ориентированы
на
индивидуальных
пользователей,
обеспечивают
графический
интерфейс, доступность и удобство использования.

10.

Введение в операционные системы
Современная операционная система – как правило,
система многозадачная, т.е. в ней может выполнятся
параллельно несколько приложений. Все многозадачные
операционные
системы
можно
разделить
на
три
основных класса:
Системы пакетной обработки.
Системы разделения времени (Windows, Unix).
Системы реального времени (QNX, RT/11).
Системы
пакетной
обработки
являются
исторически первым типом многозадачных операционных
систем, и он подробно был рассмотрен выше.

11.

Введение в операционные системы
Основная задача операционных систем общего назначения —
эффективное разделение ресурсов вычислительной системы
(процессорного времени, оперативной памяти и т.п.) между
несколькими одновременно выполняющимися программами.
Такие операционные системы поставляются с богатым набором
прикладных
программ
(приложений)
и
имеют
развитый
графический интерфейс, позволяющий пользователям работать с
приложениями, не задумываясь над внутренними механизмами
ОС.
К числу
Linux.
таких
операционных
систем
относятся
Windows
и

12.

13.

Введение в операционные системы
В современных ОС используются различные функциональные
блоки, которые можно объединить в следующие основные
группы:
Архитектура микроядра
Многопоточность
Симметричная многопроцессорность
Распределённые информационные системы
Объектно-ориентированный дизайн

14.

Введение в операционные системы
В архитектуре микроядра ядру отводится лишь несколько самых
важных
функций,
среди
которых
работа
с
адресными
пространствами
оперативной
памяти,
обеспечение
взаимодействия
между
процессами
и
основные
функции
планирования.
Многопоточность (multithreading) – это технология, при
которой процесс, выполняющий приложение, разделяется на
несколько потоков.
Поток – это управляемая единица работы, включающая контекст
процессора, свой собственный стек.
Команды потока выполняются последовательно, поток может
быть прерван в том случае, если процессор переключается на
выполнение другого потока.

15.

Введение в операционные системы
Симметричная многопроцессорность – модель многопроцессорной
системы, где все процессоры равноправны.
Распределённые
информационные
системы
Множество
независимых компьютеров или серверов, соединённых сетью.
Объектно-ориентированный дизайн - метод
программных систем на основе объектов.
проектирования

16.

Особенности алгоритмов управления
ресурсами
Операционные системы различаются особенностями реализации
внутренних
алгоритмов
управления
основными
ресурсами
компьютера
(процессорами,
памятью,
устройствами),
особенностями использованных методов проектирования, типами
аппаратных платформ, областями использования и многими
другими свойствами.

17.

Особенности алгоритмов управления
ресурсами
В зависимости от особенностей использованного алгоритма
управления процессором операционные системы делят на:
многозадачные и однозадачные;
многопользовательские и однопользовательские;
системы, поддерживающие многонитевую обработку и не
поддерживающие ее;
многопроцессорные и однопроцессорные.

18.

Особенности алгоритмов управления ресурсами
Управление памятью
Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного
управления со стороны операционной системы. Функциями
операционной системы по управлению памятью являются:
отслеживание свободной и занятой памяти;
выделение памяти процессам;
освобождение памяти при завершении процессов;
вытеснение процессов из оперативной памяти на диск,
когда размеры основной памяти недостаточны для размещения в
ней всех процессов;
возвращение процессов в оперативную память, когда в
ней освобождается место;
настройка адресов программы на конкретную область
физической памяти.

19.

Особенности алгоритмов управления ресурсами
Виды памяти
Память – функциональная часть ЭВМ, предназначенная для
приема, хранения и выдачи данных.
Внешняя память – память на внешних носителях – дискетах,
предназначена для длительного хранения данных, ограничена
объемом носителя.
Внутренняя память – память, встроенная в вычислительное
устройство и непосредственно управляемая им. Внутреннюю
память называют постоянной памятью (ПЗУ – постоянное
запоминающее
устройство),
она
используется
только
компьютером, в ней храниться программное обеспечение,
которое управляет работой аппаратуры.

20.

Особенности алгоритмов управления ресурсами
Оперативная
память
(ОП)
–
программно
адресуемая
память,
быстродействие
которой
соизмеримо
с
быстродействием центрального процессора.
Рабочая память (буфер) – место в оперативной памяти
для временного размещения файлов

English Русский Rules