Введение. Определение операционной системы. (Лекция 1)

1. Лекция №1.

Введение. Определение
операционной системы.

2. Слои программного обеспечения компьютерной системы

3. ОС выполняет две по существу мало связанные функции:

• обеспечение пользователюпрограммисту удобств посредством
предоставления для него расширенной
машины (сверху вниз)
• повышение эффективности
использования компьютера путем
рационального управления его
ресурсами (снизу вверх)

4. Основные виды ресурсов вычислительной системы:

• Процессор, а, точнее, процессорное
время.
• Память и доступ к памяти
• Внешние устройства: принтеры,
накопители на магнитной ленте
• Программные модули, которые бывают
однократно используемые и
многократно загружаемые
(реентерабельные).

5. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

• планирование ресурса - то есть определение, кому,
когда, а для делимых ресурсов и в каком количестве,
необходимо выделить данный ресурс;
• отслеживание состояния ресурса - то есть
поддержание оперативной информации о том, занят
или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое
количество ресурса уже распределено, а какое
свободно.

6. Определение ОС

Под ОС понимают комплекс управляющих и
обрабатывающих программ, который, с одной
стороны,
• выступает как интерфейс между
аппаратурой компьютера и пользователем с
его задачами, а с другой –
• предназначен для наиболее эффективного
использования ресурсов вычислительной
системы и организации надежных
вычислений.

7. Эволюция ОС.

• Первый компьютер был изобретен
английским математиком Чарльзом
Бэбиджем в конце восемнадцатого
века.
• Этот компьютер не имел операционной
системы.

8. Первый период (1945 -1955). Электронные лампы и коммутационные панели.

• Созданы первые ламповые вычислительные
устройства.
• Об операционных системах не было и речи,
все задачи организации вычислительного
процесса решались вручную каждым
программистом с пульта управления
• Не было никакого другого системного
программного обеспечения, кроме библиотек
математических и служебных подпрограмм.

9. Второй период (1955 - 1965). Транзисторы и системы пакетной обработки.

• Компьютеры второго поколения на базе
полупроводниковых элементов.
• Системы пакетной обработки явились
прообразом современных операционных
систем, они стали первыми системными
программами, предназначенными для
управления вычислительным процессом
• Разработан формализованный язык
управления заданиями. Совокупность
нескольких заданий, как правило в виде
колоды перфокарт, получила название
пакета заданий.

10. Третий период (1965 - 1980). Интегральные схемы и многозадачность.

• Серия программно-совместимых машин
IBM360 с единой ОС IBM/360.
• Мультипрограммирование - это
способ организации вычислительного
процесса, при котором на одном
процессоре попеременно выполняются
несколько программ.

11. Третий период (1965 - 1980). Интегральные схемы и многозадачность.

• Спулинг (spooling –
Simultaneous Peripheral
Operation On Line)-
способ организации
вычислительного процесса, в
соответствии с которым
задания считывались с
перфокарт на диск в том
темпе, в котором они
появлялись в помещении
вычислительного центра, а
затем, когда очередное
задание завершалось, новое
задание с диска загружалось
в освободившийся раздел.

12. Третий период (1965 - 1980). Интегральные схемы и многозадачность.

• Вариант
мультипрограммирования, применяемый в
системах разделения
времени, нацелен на
создание для каждого
отдельного
пользователя иллюзии
единоличного
использования
вычислительной
машины.

13. Четвертый период (1980 - настоящее время). Персональные компьютеры.

• Следующий период в эволюции
операционных систем связан с
появлением больших интегральных
схем (БИС).
• Разнообразие ОС: от однозадачной
однопользовательской MS-DOS до
многозадачной многопользовательской
UNIX, сетевые ОС Novell NetWare.

14. Первый PC

• 12 августа 1981 года IBM Corporation (International
Business Machines) представила первую модель
персонального компьютера - IBM 5150, положившую
начало эпохи современных ПК.
Первый персональный компьютер стоил $4 385, был
прост в использовании и занимал сравнительно мало
места. IBM 5150 был оснащен процессором Intel 8088
с тактовой частотой 4,77 мегагерца и
предустановленной оперативной памятью размером
16 или 64 килобайт. В первом ПК не было
винчестера, а дисковод необходимо было
приобретать за отдельную плату. Монитор у этого
дедушки-компа был монохромный и больше походил
на черно-белый телевизор.

15. Основные понятия ОС: процесс, нить, многозадачность.

• Изначально процессом (process)
называли экземпляр программы,
загруженной в память, то есть
программу во время выполнения.
• Первый вариант многозадачности
основан на процессах.
• Процессы конкурируют за системные
ресурсы.

16. Потоковая многозадачность

• Современная многозадачность
(потоковая) основана на понятии нить
(тред, поток) thread.
• Нить – часть процесса, представляет
собой последовательность инструкций
на выполнение. Каждый процесс
содержит минимум одну нить.
• За ресурсы процессора конкурируют
нити.

17. Процесс – контейнер для набора ресурсов, используемых нитями, которые выполняют экземпляр программы, включает следующее

• Закрытое виртуальное адресное пространство –
диапазон адресов виртуальной памяти, которым
может пользоваться процесс;
• Исполняемую программу – начальный код и данные,
размещаемые в виртуальном адресном пространстве
процесса;
• Уникальный идентификатор процесса
• Список описателей системных ресурсов, доступных
всем нитям данного процесса (например, файлов)
• Маркер доступа (access token), содержащий права
на доступ к этому объекту
• Минимум одну нить.

18. Нить – часть процесса, получающая процессорное время для выполнения. Содержит следующие наиболее важные элементы:

• Содержимое набора регистров процессора,
отражающих состояние процессора
• Два стека, один из которых используется в режиме
ядра, другой – в режиме пользователя.
• Т.н. локальную память нити, т.е. область памяти,
доступной только этой нити
• Уникальный идентификатор нити. ID нитей и
процессов генерируются из единого пространства
имен и никогда не перекрываются

19. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность

• Non-preemptive
multitasking
- невытесняющая
многозадачность активный процесс
выполняется до тех пор,
пока он сам, по
собственной
инициативе, не отдаст
управление
планировщику
операционной системы
• Preemptive multitasking вытесняющая
многозадачность –
решение о переключении
процессора с выполнения
одного процесса на
выполнение другого
процесса принимается
планировщиком
операционной системы, а
не самой активной
задачей.

20. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность

• Невытесняющая
многозадачность Удачный пример: файлсервер NetWare
Неудачный пример:
Windows 3.х.
• Вытесняющая
многозадачность
во всех современных
операционных системах
(UNIX, Windows NT, OS/2,
VAX/VMS )
Часто называют ИСТИННОЙ
МНОГОЗАДАЧНОСТЬЮ