Sistemi operativ (OS) Është një program që mundëson përdorimin racional të pajisjeve kompjuterike në një mënyrë miqësore për përdoruesit. Një leksion hyrës prezanton lëndën e këtij kursi. Së pari, ne do të përpiqemi t'i përgjigjemi pyetjes se çfarë është OS... Kjo pasohet nga një analizë e evolucionit OS dhe një histori për shfaqjen e koncepteve dhe komponentëve kryesorë të modernes OS... Në fund do të paraqitet një klasifikim OS nga pikëpamja e veçorive arkitekturore dhe përdorimi i burimeve kompjuterike.

Çfarë është një sistem operativ

Struktura sistemi informatik

Nga se përbëhet çdo sistem kompjuterik? Së pari, nga ajo që në vendet anglishtfolëse quhet zakonisht fjala harduer, ose mbështetje teknike: CPU, memorie, monitor, pajisjet e diskut dhe kështu me radhë, të lidhura nga një shtyllë kurrizore e quajtur autobus. Disa informacione rreth arkitekturës së kompjuterit gjenden në Shtojcën 1 të këtij leksioni.

Së dyti, sistemi kompjuterik përbëhet nga softuer. I gjithë softueri zakonisht ndahet në dy pjesë: aplikacioni dhe sistemi. Softueri aplikativ, si rregull, përfshin një sërë programesh bankare dhe të tjera biznesi, lojëra, përpunues teksti, etj. Softueri i sistemit zakonisht kuptohet si programe që lehtësojnë funksionimin dhe zhvillimin programet e aplikimit... Duhet thënë se ndarja në programe aplikative dhe sistemore është disi arbitrare dhe varet nga kush e kryen një ndarje të tillë. Pra, një përdorues i zakonshëm, i papërvojë në programim, mund të lexojë Microsoft Word një program sistemi, por, nga këndvështrimi i programuesit, ai është një aplikacion. Një përpilues C është një program sistemi për një programues të zakonshëm dhe një program aplikimi për një sistem. Pavarësisht nga ky skaj i paqartë, kjo situatë mund të shfaqet si një sekuencë shtresash (shih Fig. 1.1), duke theksuar më së shumti pjesë e përbashkët softueri i sistemit - sistemi operativ:

Oriz. 1.1. Shtresat e softuerit të sistemit kompjuterik

Çfarë është OS

Shumica e përdoruesve kanë përvojë operimi sistemet operative, por megjithatë ata e kanë të vështirë t'i japin këtij koncepti një përkufizim të saktë. Le të hedhim një vështrim të shpejtë në pikëpamjet kryesore.

Sistemi operativ si një makinë virtuale

Gjatë zhvillimit OS abstraksioni përdoret gjerësisht, i cili është një metodë e rëndësishme thjeshtimi dhe ju lejon të përqendroheni në ndërveprimin e komponentëve të sistemit të nivelit të lartë, duke injoruar detajet e zbatimit të tyre. Në këtë kuptim OSështë ndërfaqja ndërmjet përdoruesit dhe kompjuterit.

Arkitektura e shumicës së kompjuterëve në nivelin e udhëzimeve të makinës është shumë e papërshtatshme për t'u përdorur nga programet e aplikacionit. Për shembull, puna me një disk presupozon njohuri për strukturën e brendshme të komponentit të tij elektronik - një kontrollues për futjen e komandave për rrotullimin e diskut, kërkimin dhe formatimin e gjurmëve, sektorët e leximit dhe shkrimit, etj. terminologji - për t'u marrë me zhvillimin e drejtuesve të pajisjes ), por duhet të ketë një abstraksion të thjeshtë të nivelit të lartë, të themi, që përfaqëson hapësirën e informacionit të një disku si një grup skedarësh. Skedari mund të hapet për lexim ose shkrim, të përdoret për të tërhequr ose rivendosur informacionin dhe më pas të mbyllet. Kjo është konceptualisht më e lehtë sesa të shqetësohesh për detajet se si lëvizin kokat e diskut ose si funksionon motori. Në mënyrë të ngjashme, me ndihmën e abstraksioneve të thjeshta dhe të qarta, të gjitha detajet e panevojshme të organizatës fshihen nga programuesi. ndërpret, funksionimi i kohëmatësit, menaxhimi i kujtesës, etj. Për më tepër, në sistemet moderne kompjuterike, ju mund të krijoni iluzionin e një madhësie të pakufizuar të RAM-it dhe numrit përpunuesit... I bën të gjitha sistemi operativ... Në këtë mënyrë, sistemi operativ paraqitet tek përdoruesi Makine virtuale e cila është më e lehtë për t'u trajtuar sesa drejtpërdrejt me harduerin e kompjuterit.

Sistemi operativ si menaxher burimesh

Sistemi operativështë projektuar për të kontrolluar të gjitha pjesët e një arkitekture kompjuterike shumë komplekse. Imagjinoni, për shembull, çfarë ndodh nëse disa programe që funksionojnë në të njëjtin kompjuter përpiqen të dalin në një printer në të njëjtën kohë. Do të printonim një grumbull rreshtash dhe faqesh programe të ndryshme.Sistemi operativ parandalon këtë lloj kaosi duke ruajtur informacionin e printimit në disk dhe duke vendosur në radhë printimin. Për kompjuterët me shumë përdorues, nevoja për të menaxhuar dhe mbrojtur burimet është edhe më e dukshme. Prandaj, sistemi operativ , si menaxher burimesh, kryen një shpërndarje të porositur dhe të kontrolluar përpunuesit, memorie dhe burime të tjera ndërmjet programeve të ndryshme.

Sistemi operativ si mbrojtës i përdoruesve dhe programeve

Nëse sistemi informatik lejon punë e përbashkët disa përdorues, atëherë lind problemi i organizimit të aktiviteteve të tyre të sigurta. Është e nevojshme të sigurohet siguria e informacionit në disk në mënyrë që askush të mos mund të fshijë ose dëmtojë skedarët e njerëzve të tjerë. Ju nuk mund të lejoni që programet e një përdoruesi të ndërhyjnë në mënyrë arbitrare në punën e programeve të përdoruesve të tjerë. Është e nevojshme të shtypen përpjekjet për përdorim të paautorizuar të sistemit informatikë. I gjithë ky aktivitet kryhet sistemi operativ si organizator i punës së sigurt të përdoruesve dhe programeve të tyre. Nga ky këndvështrim sistemi operativ duket të jetë sistemi i sigurisë së shtetit, të cilit i janë besuar funksionet e policisë dhe kundërzbulimit.

Sistemi operativ si një kernel vazhdimisht funksional

Më në fund, mund të jepni përkufizimin e mëposhtëm: sistemi operativ Është një program që funksionon vazhdimisht në një kompjuter dhe ndërvepron me të gjitha programet aplikative. Duket se ky është një përkufizim absolutisht i saktë, por, siç do të shohim më vonë, në shumë moderne sistemet operative vetëm një pjesë e tij punon vazhdimisht në kompjuter sistemi operativ, e cila zakonisht quhet thelbi i saj.

Siç mund ta shohim, ka shumë këndvështrime mbi atë që është sistemi operativ... Është e pamundur t'i jepet një përkufizim adekuat i rreptë. Është më e lehtë për ne të mos themi çfarë është sistemi operativ, dhe për çfarë është dhe çfarë bën. Për të sqaruar këtë çështje, merrni parasysh historinë e zhvillimit të sistemeve kompjuterike.

Një histori e shkurtër e evolucionit të sistemeve kompjuterike

Ne do të shqyrtojmë historinë e zhvillimit të informatikës, dhe jo sistemet operative sepse hardueri dhe softueri kanë evoluar së bashku, duke ndikuar reciprokisht njëri-tjetrin. Shfaqja e të rejave aftësitë teknikeçoi në një përparim në krijimin e programeve të përshtatshme, efektive dhe të sigurta, dhe idetë e freskëta në fushën e softuerit stimuluan kërkimin për zgjidhje të reja teknike. Janë këto kritere - komoditeti, efikasiteti dhe siguria - që kanë luajtur rolin e faktorëve të përzgjedhjes natyrore në evolucionin e sistemeve kompjuterike.

Periudha e parë (1945-1955). Makinat e llambave. Nuk ka sisteme operative

Ne do të fillojmë studimin tonë të zhvillimit të sistemeve kompjuterike me shfaqjen e sistemeve kompjuterike elektronike (duke lënë pas dore historinë e pajisjeve mekanike dhe elektromekanike).

Hapat e parë në zhvillimin e kompjuterëve elektronikë u hodhën në fund të Luftës së Dytë Botërore. Në mesin e viteve 40, u krijuan dhe u shfaqën pajisjet e para kompjuterike me tuba parimi i programit ruajtur në kujtesën e makinës (John Von Neumann, qershor 1945). Në atë kohë, i njëjti grup njerëzish morën pjesë në projektimin, funksionimin dhe programimin e kompjuterit. Ishte më shumë një punë kërkimore shkencore në fushën e informatikës, sesa përdorimi i rregullt i kompjuterëve si mjet për zgjidhjen e çdo problemi praktik nga fusha të tjera të aplikuara. Programimi u krye ekskluzivisht në gjuha e makinerisë... Rreth sistemet operative nuk kishte asnjë pyetje, të gjitha detyrat e organizatës procesi i llogaritjes u zgjidhën manualisht nga secili programues nga paneli i kontrollit. Vetëm një përdorues mund të jetë në tastierë. Programi ngarkohej në memorien e makinës, në rastin më të mirë nga një kuvertë letrash me grushta, dhe zakonisht duke përdorur një panel çelësash.

Sistemi informatik kryente vetëm një operacion në të njëjtën kohë (hyrje-dalje ose llogaritjet aktuale). Korrigjimi i programeve u krye nga paneli i kontrollit duke studiuar gjendjen e kujtesës dhe regjistrat e makinës. Në fund të kësaj periudhe, shfaqet softueri i parë i sistemit: në 1951-1952. ka prototipe të përpiluesve të parë nga gjuhët simbolike (Fortran, etj.), Dhe në 1954 Nat Rochester zhvillon një Assembler për IBM-701.

Një pjesë e konsiderueshme e kohës u shpenzua për përgatitjen e nisjes së programit, dhe vetë programet u ekzekutuan në mënyrë strikte në mënyrë sekuenciale. Kjo mënyrë funksionimi quhet përpunim sekuencial. Në përgjithësi, periudha e parë karakterizohet nga një jashtëzakonisht kosto e larte sistemet kompjuterike, numri i tyre i vogël dhe efikasiteti i ulët i përdorimit.

Periudha e dytë (1955 - fillimi i viteve '60). Kompjuterë të bazuar në tranzistor. Sistemet operative të grupit

Nga mesi i viteve 50, filloi periudha tjetër në evolucionin e teknologjisë informatike, e lidhur me shfaqjen e një baze të re teknike - elemente gjysmëpërçuese. Aplikacion tranzistorë në vend që të digjen shpesh elektronike llambatçoi në një rritje të besueshmërisë së kompjuterëve. Makineritë tani mund të punojnë vazhdimisht për një kohë të mjaftueshme për t'u ngarkuar me kryerjen e detyrave me rëndësi praktike. Konsumi i energjisë elektrike nga kompjuterët reduktohet dhe sistemet e ftohjes po përmirësohen. Kompjuterët janë zvogëluar në madhësi. Kostoja e funksionimit dhe mirëmbajtjes së pajisjeve kompjuterike është ulur. Filloi përdorimi i kompjuterëve nga firmat tregtare. Në të njëjtën kohë, ka një zhvillim të shpejtë të gjuhëve algoritmike (LISP, COBOL, ALGOL-60, PL-1, etj.). Shfaqen përpiluesit e parë të vërtetë, redaktuesit e lidhjeve, bibliotekat e rutinave matematikore dhe të shërbimeve. Procesi i programimit është thjeshtuar. Nuk ka nevojë të ngarkojmë të njëjtët njerëz me të gjithë procesin e zhvillimit dhe përdorimit të kompjuterëve. Ishte gjatë kësaj periudhe që personeli u nda në programues dhe operatorë, specialistë operativë dhe zhvillues kompjuterësh.

Vetë procesi i ekzekutimit të programeve po ndryshon. Tani përdoruesi sjell programin me të dhënat hyrëse në formën e një kuverte letrash me grushta dhe tregon burimet e nevojshme. Kjo kuvertë merr emrin e detyrës. Operatori ngarkon detyrën në memorien e makinës dhe e nis atë për ekzekutim. Prodhimi që rezulton printohet në printer dhe përdoruesi e merr atë pas një kohe (mjaft të gjatë).

Ndryshimi i burimeve të kërkuara shkakton një pauzë ekzekutimi i programit, si rezultat CPU shpesh boshe. Për të përmirësuar efikasitetin e përdorimit të kompjuterit, punët me burime të ngjashme fillojnë të mblidhen së bashku, duke krijuar një grup pune.

Shfaqen të parët sistemet e përpunimit të grupeve që thjesht automatizojnë nisjen e një programi nga një paketë pas tjetrës dhe në këtë mënyrë rrisin faktorin e ngarkesës procesor... Gjatë zbatimit sistemet e përpunimit të grupeve u zhvillua një gjuhë e zyrtarizuar e kontrollit të detyrave, me ndihmën e së cilës programuesi i tha sistemit dhe operatorit se çfarë pune dëshiron të bëjë në kompjuter. Sistemet e përpunimit të grupeve u bë prototipi i modernes sistemet operative, ata ishin programet e para të sistemit të krijuara për të kontrolluar procesin e llogaritjes.

Periudha e tretë (fillimi i viteve 60 - 1980). Kompjuterë me qark të integruar. Sistemet e para operative me shumë detyra

Periudha tjetër e rëndësishme në zhvillimin e kompjuterëve daton në fillim të viteve 60 - 1980. Në këtë kohë, në bazën teknike, pati një kalim nga elementë gjysmëpërçues individualë të tipit. tranzistorë për të qarqe të integruara... Teknologjia kompjuterike po bëhet më e besueshme dhe më e lirë. Kompleksiteti dhe numri i detyrave që zgjidhen nga kompjuterët po rritet. Rritja e produktivitetit përpunuesit.

Shpejtësia e ulët e pajisjeve mekanike hyrëse-dalëse (një lexues i shpejtë i kartave me grushta mund të përballojë 1200 karta të shtypura në minutë, printerët e printuar deri në 600 rreshta në minutë) ndërhyn në rritjen e efikasitetit të përdorimit të kohës së procesorit. Në vend që të lexojnë drejtpërdrejt një grup detyrash nga kartat e shtypura në memorie, ata fillojnë të përdorin regjistrimin e tij paraprak, së pari në shirit magnetik dhe më pas në disk. Kur kërkohen të dhëna gjatë ekzekutimit të një pune, ato lexohen nga disku. Po kështu, dalja fillimisht kopjohet në buferin e sistemit dhe shkruhet në shirit ose disk, dhe printohet vetëm pasi të përfundojë puna. Fillimisht, operacionet aktuale I / O u kryen jashtë linje, domethënë duke përdorur të tjera, më të thjeshta, veçmas kompjuterë në këmbë... Më pas, ato fillojnë të ekzekutohen në të njëjtin kompjuter që kryen llogaritjet, domethënë në modalitetin on-line. Kjo teknikë quhet spooling (shkurt për Simultaneous Peripheral Operation On Line) ose shkëmbim dhe shkëmbim të të dhënave. Futja e teknikës së pompimit-pompimit në sistemet e grupeve bëri të mundur kombinimin e operacioneve reale I / O të një detyre me ekzekutimin e një detyre tjetër, por kërkonte zhvillimin e aparatit ndërpret për njoftim procesor rreth përfundimit të këtyre operacioneve.

Shiritat magnetikë ishin pajisje aksesi sekuenciale, domethënë, informacioni lexohej prej tyre në rendin në të cilin ishte shkruar. Shfaqja e një disku magnetik, për të cilin rendi i leximit të informacionit nuk është i rëndësishëm, domethënë pajisja akses direkt, çoi në zhvillimin e mëtejshëm të sistemeve kompjuterike. Gjatë përpunimit të një grupi punësh në shirit magnetik, rendi në të cilin filluan punët përcaktohej nga radha në të cilën ato ishin futur. Gjatë përpunimit të një grupi detyrash në një disk magnetik, u bë e mundur të zgjidhni detyrën tjetër që do të kryhej. Sistemet e grupeve filloni të planifikoni detyrat: në varësi të disponueshmërisë së burimeve të kërkuara, urgjencës së llogaritjeve, etj. kjo ose ajo detyrë zgjidhet në llogari.

Përmirësimi i mëtejshëm i efikasitetit të përdorimit procesor u arrit përmes multiprogramimit. Ideja pas multiprogramimit është si vijon: ndërsa një program po bën operacionin I/O, CPU nuk qëndron boshe, siç ndodhi në modalitetin me një program, por ekzekuton një program tjetër. Kur Operacioni I/O përfundon, CPU kthehet në ekzekutimin e programit të parë. Kjo ide i ngjan sjelljes së mësuesit dhe nxënësve në një provim. Ndërsa një student (program) mediton përgjigjen e pyetjes (operacioni I/O), mësuesi ( CPU) dëgjon përgjigjen (llogaritjet) e një nxënësi tjetër. Natyrisht, kjo situatë kërkon disa studentë në dhomë. Po kështu, multiprogramimi kërkon shumë programe në memorie në të njëjtën kohë. Në këtë rast, çdo program ngarkohet në pjesën e tij të RAM-it, të quajtur seksion, dhe nuk duhet të ndikojë në ekzekutimin e një programi tjetër. (Studentët ulen në tavolina të veçanta dhe nuk e nxisin njëri-tjetrin.)

Ardhja e multiprogramimit kërkon një revolucion të vërtetë në hartimin e sistemit kompjuterik. Mbështetja e harduerit luan një rol të veçantë këtu (shumë risi harduerike u shfaqën në fazën e mëparshme të evolucionit), tiparet më domethënëse të të cilave janë renditur më poshtë.

Zbatimi i mekanizmave mbrojtës. Programet nuk duhet të kenë akses autonome në shpërndarjen e burimeve, gjë që rezulton në komanda të privilegjuara dhe të paprivilegjuara. Komandat e privilegjuara, si komandat I/O, mund të ekzekutohen vetëm sistemi operativ... Thuhet se ajo operon në mënyrë të privilegjuar. Transferimi i kontrollit nga programi aplikativ në OS shoqëruar me një ndryshim të kontrolluar regjimi. Përveç kësaj, është një mbrojtje e kujtesës për të izoluar programet konkurruese të përdoruesve nga njëri-tjetri, dhe OS- nga programet e përdoruesve.

Disponueshmëria ndërpret... E jashtme ndërprerjet njoftoj OS që ka ndodhur një ngjarje asinkrone, si p.sh. një operacion I/O i përfunduar. e brendshme ndërprerjet(tani është zakon t'i thërrasim ato situata të jashtëzakonshme) lindin kur ekzekutimi i programit ka çuar në një situatë që kërkon ndërhyrje OS si pjestimi me zero ose tentativa për shkelje të sigurisë.

Zhvillimi i paralelizmit në arkitekturë. Qasja direkte e memories dhe organizimi i kanaleve I/O lejuan lirimin e qendrës CPU nga operacionet rutinë.

Jo më pak i rëndësishëm në organizimin e multiprogramimit është roli sistemi operativ... Ajo është përgjegjëse për operacionet e mëposhtme.

Organizimi i ndërfaqes ndërmjet programit aplikativ dhe OS me ndihme thirrjet e sistemit.

Radha dhe shpërndarja e punës në kujtesë procesor një nga detyrat që kërkon përdorimin e planifikimit procesor.

Kalimi nga një punë në tjetrën kërkon ruajtjen e përmbajtjes së regjistrave dhe strukturave të të dhënave të kërkuara për të përfunduar punën, me fjalë të tjera, kontekstin për të siguruar që llogaritja të vazhdojë si duhet.

Meqenëse memoria është një burim i kufizuar, nevojiten strategji të menaxhimit të memories, domethënë kërkohet të thjeshtohen proceset e shpërndarjes, zëvendësimit dhe marrjes së informacionit nga memorja.

Organizimi i ruajtjes së informacionit në media të jashtme në formën e skedarëve dhe sigurimi i aksesit në një skedar specifik vetëm për kategori të caktuara përdoruesish.

Meqenëse programet mund të kenë nevojë të bëjnë një shkëmbim të autorizuar të të dhënave, është e nevojshme t'u sigurohen atyre mjete komunikimi.

Për shkëmbim të saktë të të dhënave, është e nevojshme të lejohet situatat e konfliktit që lindin gjatë punës me burime të ndryshme dhe parashikojnë koordinimin e programeve të veprimeve të tyre, d.m.th. të sigurojë sistemin me lehtësi sinkronizimi.

Sistemet multiprogramuese kanë dhënë mundësinë për më shumë përdorim efektiv burimet e sistemit (për shembull, procesor, memorie, pajisje periferike), por ato mbetën për një kohë të gjatë grumbull... Përdoruesi nuk mund të ndërvepronte drejtpërdrejt me detyrën dhe duhej të parashikonte të gjitha situatat e mundshme me ndihmën e kartave të kontrollit. Korrigjimi i programeve kërkonte ende kohë dhe kërkonte ekzaminimin e printimeve me shumë faqe të memories dhe regjistrave, ose përdorimin e printimit të korrigjimit.

Ardhja e ekraneve me rreze katodike dhe rimendimi i përdorimit të tastierave kanë nxjerrë në pah një zgjidhje për këtë problem. Sistemet e ndarjes së kohës u bënë një shtrirje logjike e sistemeve multiprogramuese, ose sistemet e ndarjes së kohës 1) ... Në to CPU kalon midis detyrave jo vetëm gjatë operacioneve I/O, por thjesht pas një kohe të caktuar. Këto ndërrime ndodhin aq shpesh sa përdoruesit mund të ndërveprojnë me programet e tyre gjatë kohës që ato janë duke u ekzekutuar, domethënë në mënyrë interaktive. Si rezultat, bëhet e mundur që disa përdorues të punojnë njëkohësisht në një sistem kompjuterik. Çdo përdorues duhet të ketë të paktën një program në memorie për këtë. Për të reduktuar kufizimet në numrin e përdoruesve që punojnë, u prezantua ideja e gjetjes së plotë. program i ekzekutueshëm në RAM. Pjesa kryesore e programit ndodhet në disk, dhe fragmenti që duhet të ekzekutohet në këtë moment mund të ngarkohet në RAM, dhe ai i panevojshëm mund të shkarkohet përsëri në disk. Kjo zbatohet duke përdorur mekanizmin e memories virtuale. Avantazhi kryesor i një mekanizmi të tillë është krijimi i iluzionit të memories së pakufizuar të aksesit të rastësishëm të kompjuterit.

V sistemet e ndarjes së kohës përdoruesi ishte në gjendje të korrigjonte në mënyrë efikase programin në një mënyrë interaktive dhe të shkruante informacione në disk pa përdorur karta me grushta, por direkt nga tastiera. Shfaqja e skedarëve on-line çoi në nevojën për të zhvilluar sisteme të avancuara të skedarëve.

Paralelisht me evolucionin e brendshëm të sistemeve kompjuterike, ndodhi edhe evolucioni i jashtëm i tyre. Deri në fillim të kësaj periudhe, sistemet kompjuterike ishin, si rregull, të papajtueshme. Secili kishte të vetin sistemi operativ, sistemi i tij komandues, etj. Si rezultat, një program që funksionon me sukses në një lloj makinerie duhej të rishkruhej plotësisht dhe të korrigjohej për të ekzekutuar në një lloj tjetër makinerie. Në fillim të periudhës së tretë, ideja e krijimit të familjeve të makinerive të pajtueshme me softuer që funksionojnë nën kontrollin e të njëjtit sistemi operativ... Familja e parë e softuerëve kompjuterë të përputhshëm ndërtuar mbi qarqe të integruara, u bë seria e makinerive IBM / 360. E zhvilluar në fillim të viteve 1960, kjo familje ia kaloi ndjeshëm makinerive të gjeneratës së dytë për sa i përket çmimit / performancës. Kjo u pasua nga një linjë kompjuterash PDP të papajtueshme me linjën IBM, dhe PDP-11 u bë modeli më i mirë në të.

Forca e “një familjeje” ishte edhe dobësia e saj. Mundësitë e gjera të këtij koncepti (prania e të gjitha modeleve: nga mini-kompjuterët tek makinat gjigante; një bollëk pajisjesh periferike të ndryshme; mjedise të ndryshme; përdorues të ndryshëm) krijuan një kompleks dhe të rëndë. sistemi operativ... Miliona rreshta Assembler, të shkruara nga mijëra programues, përmbanin shumë gabime, të cilat shkaktuan një rrjedhë të vazhdueshme botimesh rreth tyre dhe përpjekje për t'i rregulluar ato. Vetëm në sistemi operativ OS / 360 përmbante mbi 1000 gabime të njohura. Ende ideja e standardizimit sistemet operative u prezantua gjerësisht në mendjet e përdoruesve dhe më pas u zhvillua në mënyrë aktive.

Periudha e katërt (nga viti 1980 e deri më sot). Kompjuterët personalë. Sisteme klasike, të lidhura në rrjet dhe të shpërndara

Periudha tjetër në evolucionin e sistemeve kompjuterike shoqërohet me shfaqjen e të mëdhave qarqe të integruara(BIS). Gjatë këtyre viteve, pati një rritje të mprehtë të shkallës së integrimit dhe një ulje të kostos së mikroqarqeve. Kompjuteri, i cili nuk ndryshon në arkitekturë nga PDP-11, u bë i disponueshëm për një individ, dhe jo për një departament të një ndërmarrje ose universiteti, për sa i përket çmimit dhe lehtësisë së përdorimit. Epoka e kompjuterëve personalë ka ardhur. Fillimisht, kompjuterët personalë ishin të destinuar për t'u përdorur nga një përdorues në një modalitet të vetëm programi, gjë që shkaktoi degradimin e arkitekturës së këtyre kompjuterëve dhe të tyre. sistemet operative(në veçanti, nevoja për të mbrojtur skedarët dhe kujtesën, planifikimin e detyrave, etj. është zhdukur).

Kompjuterët filluan të përdoren jo vetëm nga specialistë, gjë që kërkonte zhvillimin e softuerit "miqësor".

Sidoqoftë, kompleksiteti në rritje dhe shumëllojshmëria e detyrave të zgjidhura në kompjuterët personalë, nevoja për të përmirësuar besueshmërinë e punës së tyre çoi në ringjalljen e pothuajse të gjitha tipareve karakteristike të arkitekturës së sistemeve të mëdha informatike.

Në mesin e viteve 80, rrjetet e kompjuterëve filluan të zhvillohen me shpejtësi, duke përfshirë ato personale. rrjeti ose sistemet operative të shpërndara.

V sistemet operative të rrjetit përdoruesit mund të aksesojnë burimet e një tjetri kompjuter rrjeti, vetëm ata duhet të jenë të vetëdijshëm për praninë e tyre dhe të jenë në gjendje ta bëjnë atë. Çdo makinë në rrjet drejton lokalin e vet sistemi operativ i ndryshëm nga sistemi operativ një kompjuter autonom me fonde shtesë ( mbështetje softuerike për pajisjet e ndërfaqes së rrjetit dhe aksesin në burimet në distancë), por këto shtesa nuk e ndryshojnë strukturën sistemi operativ.

Sistemi i shpërndarë përkundrazi, duket si një sistem i zakonshëm autonom. Përdoruesi nuk e di dhe nuk duhet ta dijë se ku ruhen skedarët e tij - në një makinë lokale ose të largët - dhe ku ekzekutohen programet e tij. Ai mund të mos e dijë fare nëse kompjuteri i tij është i lidhur me rrjetin. Struktura e brendshme sistemi operativ i shpërndarë ka dallime të konsiderueshme nga sistemet autonome.

Më tej autonome OS ne do ta quajmë klasik sistemet operative.

Pasi kemi shqyrtuar fazat e zhvillimit të sistemeve kompjuterike, mund të dallojmë gjashtë funksione kryesore që janë kryer nga klasikët OS në procesin e evolucionit:

Planifikimi i detyrave dhe përdorimi procesor.

Sigurimi i programeve me mjete komunikimi dhe sinkronizimi.

Menaxhimi i memories.

Menaxhimi i sistemit të skedarëve.

Kontrolli I/O.

Siguria

Secili nga funksionet e mësipërme zakonisht zbatohet si një nënsistem, i cili është komponent strukturor OS... Në secilin sistemi operativ këto funksione, natyrisht, u zbatuan në mënyrën e tyre, në sasi të ndryshme. Ato nuk ishin konceptuar fillimisht si pjesë përbërëse. sistemet operative, por u shfaq në procesin e zhvillimit, pasi sistemet kompjuterike u bënë më të përshtatshme, efikase dhe të sigurta. Evolucioni i sistemeve kompjuterike njerëzore ka ndjekur këtë rrugë, por askush nuk e ka vërtetuar ende se kjo është mënyra e vetme e mundshme e zhvillimit të tyre. OS ekzistojnë sepse më ky moment ekzistenca e tyre është një mënyrë e zgjuar për të përdorur sistemet kompjuterike. konsiderata parimet e përgjithshme dhe algoritme për zbatimin e funksioneve të tyre dhe përbën përmbajtjen e pjesës më të madhe të kursit tonë, në të cilin nënsistemet e listuara do të përshkruhen në mënyrë sekuenciale.

Konceptet bazë, konceptet e OS

Në procesin e evolucionit, janë shfaqur disa koncepte të rëndësishme që janë bërë pjesë përbërëse e teorisë dhe praktikës. OS... Konceptet e diskutuara në këtë pjesë do të ndeshen dhe shpjegohen gjatë gjithë kursit. Këtu jepet një përshkrim i shkurtër.

Thirrjet e sistemit

Në çdo sistemi operativ mbështetet një mekanizëm që lejon programet e përdoruesve të aksesojnë shërbimet e kernelit OS... V sistemet operative kompjuteri më i famshëm sovjetik BESM-6, mjetet përkatëse të "komunikimit" me kernelin quheshin ekstrakode, në sistemet operative IBM i quajti ato makro të sistemit, etj. V OS Unix i quan mjete të tilla thirrjet e sistemit.

Thirrjet e sistemit (thirrjet e sistemit) është ndërfaqja ndërmjet sistemi operativ dhe një program përdoruesi. Ata krijojnë, fshijnë dhe përdorin objekte të ndryshme, kryesore prej të cilave janë proceset dhe skedarët. Programi i përdoruesit kërkon shërbim nga sistemi operativ duke zbatuar thirrje sistemi... Ka librari procedurash që ngarkojnë regjistrat e makinerive me parametra të caktuar dhe i kryejnë ndërpresprocesor, pas së cilës kontrolli i transferohet mbajtësit të kësaj telefononi të përfshira në kernel sistemi operativ... Qëllimi i bibliotekave të tilla është të bëjnë thirrje sistemi të ngjashme me të zakonshmet telefononi nënprogramet.

Dallimi kryesor është se për thirrje sistemi detyra kalon në modalitetin e privilegjuar ose kernel. Kështu që thirrjet e sistemit ndonjëherë quhet edhe softuer ndërprerjet, ndryshe nga hardueri ndërpret, të cilat më shpesh quhen thjesht ndërprerjet.

Kodi i kernelit funksionon në këtë modalitet. sistemi operativ, dhe ekzekutohet në hapësirën e adresave dhe në kontekstin e detyrës që e ka thirrur. Pra, kerneli sistemi operativ ka akses të plotë në kujtesën e programit të përdoruesit dhe kur thirrje sistemi mjafton të barten adresat e një ose disa zonave të memories me parametra telefononi dhe adresat e një ose më shumë zonave të kujtesës për rezultate telefononi.

Shumica thirrja e sistemeve operative kryer nga ekipi i softuerit ndërprerjet(INT). Software ndërpresËshtë një ngjarje sinkrone që mund të përsëritet kur ekzekutohet i njëjti kod programi.

Ndërpret

Ndërprisni (ndërprerja e harduerit) është një ngjarje e krijuar nga një e jashtme (në lidhje me procesor) pajisje. Përmes harduerit ndërpret pajisja ose informon qendrën CPU tregon se ka ndodhur një ngjarje që kërkon një përgjigje të menjëhershme (për shembull, përdoruesi shtypi një buton), ose raporton përfundimin e një operacioni asinkron I / O (për shembull, leximi i të dhënave nga disku në memorien kryesore ka përfunduar). Lloji i rëndësishëm hardware ndërpret–ndërprerjet kohëmatës që gjenerohen periodikisht në një interval kohor të caktuar. Ndërpret kohëmatës i përdorur sistemi operativ gjatë planifikimit të proceseve. Çdo lloj hardueri ndërpret Ajo ka numrin e vet, duke identifikuar në mënyrë unike burimin ndërprerjet... Hardware ndërpres- kjo është një ngjarje asinkrone, domethënë ndodh pavarësisht se çfarë kodi po ekzekutohet procesor Aktualisht. Hardware përpunues ndërprerjet nuk duhet të marrë parasysh se cili proces është në vazhdim.

Situata të jashtëzakonshme

Situatë e jashtëzakonshme (përjashtim) - një ngjarje që ndodh si rezultat i një përpjekjeje për të ekzekutuar program ekipor, e cila për disa arsye nuk mund të plotësohet. Shembuj të komandave të tilla përfshijnë përpjekjen për të hyrë në një burim pa privilegje të mjaftueshme ose akses në një faqe të memories që mungon. Situata të jashtëzakonshme si thirrjet e sistemit janë ngjarje sinkrone që ndodhin në kontekstin e detyrës aktuale. Situata të jashtëzakonshme mund të ndahet në të rregullueshme dhe të pariparueshme. Të rikuperueshme përfshijnë të tilla situata të jashtëzakonshme, si mungesa e informacionit të nevojshëm në RAM. Pas eliminimit të shkakut, i korrigjueshëm situatë e jashtëzakonshme programi mund të vazhdojë të funksionojë. Ndodhja në rrjedhën e punës sistemi operativ e korrigjueshme situata të jashtëzakonshme konsiderohet normale. E pandreqshme situata të jashtëzakonshme më shpesh ndodhin si rezultat i gabimeve në programe (për shembull, pjesëtimi me zero). Zakonisht në raste të tilla sistemi operativ reagon duke e ndërprerë programin që thirri situatë e jashtëzakonshme.

Skedarët janë krijuar për të ruajtur informacionin mbi media e jashtme, domethënë pranohet që informacioni i regjistruar, për shembull, në një disk, duhet të jetë brenda një skedari. Zakonisht, një skedar kuptohet si një pjesë e emërtuar e një hapësire në një medium ruajtjeje.

Qëllimi kryesor i sistemit të skedarëve është të fshehë veçoritë I/O dhe t'i japë programuesit një model të thjeshtë abstrakt të skedarëve të pavarur të pajisjes. Ekziston gjithashtu një kategori e gjerë për leximin, krijimin, fshirjen, shkrimin, hapjen dhe mbylljen e skedarëve. thirrjet e sistemit(krijoni, fshini, hapni, mbyllni, lexoni, etj.). Përdoruesit janë të njohur me konceptet që lidhen me organizimin e sistemit të skedarëve si drejtoria, direktoria aktuale, direktoria rrënjësore, shtegu. Për të manipuluar këto objekte në sistemi operativ atje jane thirrjet e sistemit... Sistemi i skedarëve OS përshkruar në leksionet 11–12.

Proceset, fijet

Koncepti i procesit në OS një nga më themeloret. Proceset diskutohen në detaje në leksionet 2-7. Ai gjithashtu përshkruan fijet, ose proceset e lehta.

Karakteristikat arkitekturore të OS

Deri më tani, ne kemi folur për të shikuar OS nga jashtë, për atë që po bëjnë OS... Kursi ynë i mëtejshëm do t'i kushtohet mënyrës se si ata e bëjnë atë. Por ne nuk kemi thënë ende asgjë se çfarë janë ato nga brenda, çfarë qasjesh ekzistojnë për ndërtimin e tyre.

Bërthama monolit

Në fakt, sistemi operativËshtë një program i zakonshëm, kështu që do të ishte logjike të organizohej në të njëjtën mënyrë si shumica e programeve, domethënë të përbëhet nga procedura dhe funksione. Në këtë rast, komponentët sistemi operativ nuk janë module të pavarura, por pjesë përbërëse një program i madh... Një strukturë e tillë sistemi operativ thirrur bërthama monolit(bërthama monolit). Bërthama monolitështë një grup procedurash, secila prej të cilave mund të thërrasë secilën. Të gjitha procedurat funksionojnë në modalitetin e privilegjuar. Në këtë mënyrë, bërthama monolit - kjo është një skemë e tillë sistemi operativ, në të cilin të gjithë komponentët e tij janë pjesë përbërëse të një programi, përdorni strukturat e përgjithshme të dhënat dhe ndërveprojnë me njëri-tjetrin me thirrje të procedurës direkte. Për monolit sistemi operativ kerneli është i njëjtë si i gjithë sistemi.

Ne shume sistemet operative Me bërthama monolit montimi i kernelit, domethënë përpilimi i tij, kryhet veçmas për secilin kompjuter në të cilin është instaluar. sistemi operativ... Në këtë rast, ju mund të zgjidhni një listë të protokolleve të harduerit dhe softuerit, mbështetja për të cilat do të përfshihet në kernel. Meqenëse kerneli është një program i vetëm, rikompilimi është e vetmja mënyrë shtoni komponentë të rinj në të ose përjashtoni ato të papërdorura. Duhet të theksohet se prania e përbërësve të tepërt në kernel është shumë e padëshirueshme, pasi kerneli është gjithmonë plotësisht i vendosur në RAM. Përveç kësaj, eliminimi i komponentëve të panevojshëm përmirëson besueshmërinë. sistemi operativ përgjithësisht.

Bërthama monolit– mënyra më e vjetër organizimi sistemet operative... Një shembull i sistemeve me bërthama monolitështë shumica e sistemeve Unix.

Edhe në sistemet monolitike, mund të dallohen disa struktura. Ashtu si në një bllok betoni, mund të dalloni përfshirjet e zhavorrit, dhe brenda bërthama monolit ndërthurur me procedurat e shërbimit që korrespondojnë me thirrjet e sistemit... Procedurat e shërbimit ekzekutohen në modalitetin e privilegjuar, ndërsa programet e përdoruesve ekzekutohen në modalitetin e paprivilegjuar. Për të kaluar nga një nivel privilegji në tjetrin, ndonjëherë mund të përdoret një program shërbimi kryesor për të përcaktuar se cili thirrje sistemiështë bërë, korrektësia e të dhënave hyrëse për këtë telefononi dhe transferimi i kontrollit në procedurën përkatëse të shërbimit me kalimin në mënyrën e privilegjuar të funksionimit. Ndonjëherë dallohen edhe një grup shërbimesh softuerësh që ndihmojnë në kryerjen e procedurave të shërbimit.

Sistemet me shtresa

Duke vazhduar strukturimin, është e mundur të ndahet i gjithë sistemi kompjuterik në një numër nivelesh më të vogla me lidhje të mirëpërcaktuara ndërmjet tyre, në mënyrë që objektet e nivelit N të mund të thërrasin vetëm objekte të nivelit N-1. Niveli më i ulët në sisteme të tilla është zakonisht hardueri, dhe niveli më i lartë është ndërfaqja e përdoruesit. Sa më i ulët të jetë niveli, aq më shumë komanda dhe veprime të privilegjuara mund të kryejë moduli në këtë nivel. Për herë të parë kjo qasje u aplikua gjatë krijimit të sistemit THE (Technishe Hogeschool Eindhoven) nga Dijkstra dhe studentët e tij në vitin 1968. Ky sistem kishte këto nivele:

Oriz. 1.2. Sistemi me shtresa THE

Sistemet e fryrjes janë zbatuar mirë. Kur përdorni operacionet e shtresës së poshtme, nuk keni nevojë të dini se si zbatohen ato, thjesht duhet të kuptoni se çfarë bëjnë ato. Sistemet e fryrjes janë testuar mirë. Korrigjimi fillon nga shtresa e poshtme dhe bëhet në shtresa. Kur ndodh një gabim, mund të jemi të sigurt se ai është në shtresën e testuar. Sistemet e fryrjes mund të modifikohen lehtësisht. Nëse është e nevojshme, mund të zëvendësoni vetëm një shtresë pa prekur pjesën tjetër. Por sistemet me shtresa janë të ndërlikuara për t'u dizajnuar: është e vështirë të përcaktohet saktë renditja e shtresave dhe çfarë i përket cilës shtresë. Sistemet e fryrjes janë më pak efikase se sistemet monolitike. Kështu, për shembull, për të kryer operacionet I/O, programi i përdoruesit do të duhet të përshkojë në mënyrë sekuenciale të gjitha shtresat nga lart në fund.

Makinat virtuale

Në fillim të leksionit, folëm për shikimin sistemi operativ Si me radhë Makine virtuale kur përdoruesi nuk ka nevojë të dijë detajet e strukturës së brendshme të kompjuterit. Punon në skedarë, jo koka magnetike dhe motori; funksionon me RAM të madh virtual, jo të kufizuar real; atij nuk i intereson shumë nëse ai është përdoruesi i vetëm në makinë apo jo. Le të shqyrtojmë një qasje paksa të ndryshme. Le sistemi operativ zbaton Makine virtuale për çdo përdorues, por duke mos e thjeshtuar jetën e tij, por, përkundrazi, duke e ndërlikuar atë. Secila e tillë Makine virtuale i shfaqet përdoruesit si metal i zhveshur - një kopje e të gjithë harduerit në sistemin kompjuterik, duke përfshirë CPU, komandat e privilegjuara dhe të paprivilegjuara, pajisjet I/O, ndërprerjet etj. Dhe ai ka mbetur vetëm me këtë hekur. Kur përpiqeni t'i referoheni të tillëve harduer virtual në nivelin e komandave të privilegjuara në fakt ndodh thirrje sistemi reale sistemi operativ, i cili kryen të gjitha veprimet e nevojshme. Kjo qasje i lejon çdo përdoruesi të ngarkojë të tyren sistemi operativ në Makine virtuale dhe bëj çfarë të dojë zemra jote me të.

Oriz. 1.3. Varianti i makinës virtuale

E para sistem real i këtij lloji ishte CP / CMS, ose VM / 370 siç quhet tani, për familjen e makinave IBM / 370.

Disavantazhi i një të tillë sistemet operativeështë një ulje e efikasitetit makina virtuale krahasuar me një kompjuter të vërtetë, dhe ato priren të jenë shumë të mëdha. Avantazhi qëndron në përdorimin në një sistem kompjuterik të programeve të shkruara për të ndryshme sistemet operative.

Arkitektura e mikrokernelit

Tendenca aktuale në zhvillim sistemet operative konsiston në transferimin e një pjese të konsiderueshme të kodit të sistemit në nivelin e përdoruesit dhe në të njëjtën kohë minimizimin e kernelit. Bëhet fjalë për një qasje për të ndërtuar një kernel të quajtur arkitektura e mikrokernelit (arkitektura e mikrokernelit) sistemi operativ kur shumica e komponentëve të tij janë programe të pavarura. Në këtë rast, ndërveprimi ndërmjet tyre siguron modul i veçantë një bërthamë e quajtur mikrokernel. Mikrokerneli funksionon në një mënyrë të privilegjuar dhe siguron ndërveprim midis programeve, planifikimin e përdorimit procesor, përpunim primar ndërpret, operacionet I/O dhe menaxhimi bazë i memories.

Oriz. 1.4. Arkitektura e mikrokernelit të sistemit operativ

Pjesa tjetër e komponentëve të sistemit ndërveprojnë me njëri-tjetrin duke kaluar mesazhe përmes mikrokernelit.

Avantazhi kryesor arkitektura e mikrokernelit- shkallë e lartë e modularitetit të kernelit sistemi operativ... Kjo e bën shumë më të lehtë shtimin e komponentëve të rinj në të. Në mikronukleus sistemi operativështë e mundur, pa ndërprerë funksionimin e tij, të ngarkohen dhe shkarkohen drejtuesit e rinj, sistemet e skedarëve etj. Procesi i korrigjimit të komponentëve të kernelit është thjeshtuar shumë, pasi një version të ri drejtuesit mund të ngarkohen pa rifilluar të gjithë sistemi operativ... Komponentët e bërthamës sistemi operativ nuk ndryshojnë rrënjësisht nga programet e përdoruesve, kështu që mund të përdorni mjetet e zakonshme për t'i korrigjuar ato. Arkitektura e mikrokernelit përmirëson besueshmërinë e sistemit sepse një gabim në nivelin e programit të paprivilegjuar është më pak i rrezikshëm se një përplasje në nivelin e modalitetit të kernelit.

Ne te njejten kohe Arkitektura e sistemit operativ të mikrokernelit prezanton shpenzimet shtesë të mesazheve që ndikojnë ndjeshëm në performancën. Tek mikronukleusi sistemi operativ shpejtësia nuk ishte inferiore sistemet operative në bazë bërthama monolit, kërkohet të projektohet me shumë kujdes ndarja e sistemit në komponentë, duke u përpjekur të minimizohet ndërveprimi ndërmjet tyre. Kështu, vështirësia kryesore në krijimin e mikrokernelit sistemet operative- nevoja për një dizajn shumë të saktë.

Sisteme të përziera

Të gjitha qasjet e konsideruara për ndërtimin sistemet operative kanë avantazhet dhe disavantazhet e veta. Në shumicën e rasteve, moderne OS përdorni kombinime të ndryshme të këtyre qasjeve. Kështu, për shembull, kerneli sistemi operativ Linux është një sistem monolit me elementë arkitektura e mikrokernelit... Kur përpiloni një kernel, mund të aktivizoni ngarkimin dhe shkarkimin dinamik të shumë komponentëve të kernelit - të ashtuquajturat module. Kur ngarkohet një modul, kodi i tij ngarkohet në nivelin e sistemit dhe lidhet me pjesën tjetër të kernelit. Çdo funksion i eksportuar nga bërthama mund të përdoret brenda modulit.

Një shembull tjetër i një qasjeje të përzier është aftësia për të kandiduar sistemi operativ Me bërthama monolit nën kontrollin e një mikrokerneli. Kështu funksionojnë 4.4BSD dhe MkLinux, të cilat bazohen në mikrokernelin Mach. Mikrokerneli ofron menaxhim të memories virtuale dhe drejtues të nivelit të ulët. Të gjitha funksionet e tjera, duke përfshirë ndërveprimin me programet aplikative, kryhen bërthama monolit... Kjo qasje u formua si rezultat i përpjekjeve për të përfituar arkitektura e mikrokernelit duke e mbajtur kodin sa më mirë të debuguar bërthama monolit.

Elementet më të afërta arkitektura e mikrokernelit dhe elementet bërthama monolit të ndërthurura në bërthamën e Windows NT. Edhe pse Windows NT shpesh përmendet si një mikrokernel sistemi operativ, kjo nuk është plotësisht e vërtetë. Mikrokerneli NT është shumë i madh (mbi 1 MB) për të mbajtur prefiksin "micro". Komponentët e kernelit të Windows NT qëndrojnë në memorien parandaluese dhe komunikojnë me njëri-tjetrin duke kaluar mesazhe, siç duhet të jetë në mikrokernelet. sistemet operative... Në të njëjtën kohë, të gjithë komponentët e kernelit punojnë në të njëjtën hapësirë ​​adresash dhe përdorin në mënyrë aktive strukturat e zakonshme të të dhënave, gjë që është tipike sistemet operative Me bërthama monolit... Sipas ekspertëve të Microsoft, arsyeja është e thjeshtë: një dizajn thjesht mikrokernel është komercialisht i padobishëm sepse është i paefektshëm.

Kështu, Windows NT me të drejtë mund të quhet hibrid sistemi operativ.

Klasifikimi i OS

Ekzistojnë disa skema klasifikimi sistemet operative... Më poshtë është një klasifikim sipas disa kritereve nga këndvështrimi i përdoruesit.

Zbatimi i multitasking

Nga numri i detyrave të kryera njëkohësisht OS mund të ndahet në dy klasa:

multitasking(Unix, OS / 2, Windows);

me një detyrë të vetme (p.sh. MS-DOS).

OS me shumë detyra duke zgjidhur problemet e shpërndarjes së burimeve dhe konkurrencës, zbaton plotësisht modalitetin shumë-programor në përputhje me kërkesat e seksionit "Konceptet themelore, konceptet OS".

Multitasking, i cili mishëron idenë e ndarjes së kohës, quhet parandalues. Secilit program i ndahet një kuant procesor koha pas së cilës kontrolli transferohet në një program tjetër. Programi i parë thuhet se do të zëvendësohet. Në modalitetin e zhvendosjes, ato funksionojnë programe me porosi më komerciale OS.

Ne disa OS(Windows 3.11, për shembull) një program përdoruesi mund të monopolizojë CPU, domethënë, punoni në një mënyrë jo parandaluese. Si rregull, në shumicën e sistemeve, vetë kodi nuk duhet të zëvendësohet. OS... Programet përgjegjëse, veçanërisht detyrat në kohë reale, gjithashtu nuk zëvendësohen. Për më shumë detaje, shihni leksionin e planifikimit të punës. procesor.

Shembujt e dhënë mund të përdoren për të gjykuar klasifikimin e përafërt. Pra, në OS MS-DOS mund të organizojë nisjen e një detyre për fëmijë dhe praninë e dy ose më shumë detyrave në memorie në të njëjtën kohë. Megjithatë, kjo OS tradicionalisht konsiderohet si një detyrë e vetme, kryesisht për shkak të mungesës së mekanizmave mbrojtës dhe aftësive të komunikimit.

Mbështetje për shumë lojtarë

Nga numri i përdoruesve të njëkohshëm OS mund të ndahet në:

me një përdorues (MS-DOS, Windows 3.x);

multiplayer(Windows NT, Unix).

Dallimi më domethënës midis këtyre OSështë disponueshmëria e sistemet me shumë përdorues mekanizmat për mbrojtjen e të dhënave personale të çdo përdoruesi.

Multiprocessing

Deri vonë, sistemet kompjuterike kishin një qendër CPU... Si rezultat i kërkesave për rritjen e produktivitetit, sistemet multiprocesorike i përbërë nga dy ose më shumë përpunuesit ekzekutimi i komandave për qëllime të përgjithshme paralelisht. Mbështetja e shumëpërpunimit është një veçori e rëndësishme OS dhe çon në ndërlikimin e të gjitha algoritmeve të menaxhimit të burimeve. Multiprocessing zbatohet në të tilla OS si Linux, Solaris, Windows NT dhe disa të tjerë.

OS me shumë procesor ndahet në simetrike dhe asimetrike. Në simetrike OS ne secilen procesor të njëjtat funksione thelbësore, dhe detyra mund të kryhet në cilindo procesor, pra përpunimi është tërësisht i decentralizuar. Për më tepër, secila prej përpunuesit e gjithë memoria është e disponueshme.

Në asimetrike Procesorët OS të pabarabartë. Zakonisht ekziston një kryesor CPU(zot) dhe vartësit (skllav), ngarkesa dhe natyra e punës së të cilave përcaktohet nga mjeshtri CPU.

Sistemet në kohë reale

Në kategorinë OS me shumë detyra, si dhe sistemet e grupeve dhe sistemet e ndarjes së kohës përfshihen gjithashtu sistemet në kohë reale nuk është përmendur deri më tani.

Ato përdoren për të kontrolluar të ndryshme objektet teknike ose proceset teknologjike... Sisteme të tilla karakterizohen nga një jashtëzakonisht kohë e vlefshme reagimet ndaj një ngjarjeje të jashtme gjatë së cilës duhet të ekzekutohet programi që kontrollon objektin. Sistemi duhet të përpunojë të dhënat hyrëse më shpejt se sa mund të arrijë, dhe nga burime të shumta në të njëjtën kohë.

Kufizime të tilla të forta ndikojnë në arkitekturë sistemet në kohë reale për shembull, mund t'u mungojë memoria virtuale, mbështetja e së cilës jep vonesa të paparashikueshme në ekzekutimin e programit. (Shih gjithashtu temat që lidhen me planifikimin e procesit dhe zbatimin e memories virtuale.)

Klasifikimi i dhënë OS nuk është gjithëpërfshirës. Më në detaje, veçoritë e përdorimit të modernes OS konsideruar në [ Olifer, 2001].

konkluzioni

Ne kemi shqyrtuar pikëpamje të ndryshme për atë që është sistemi operativ; studioi historinë e zhvillimit sistemet operative; zbuloi se cilat funksione kryhen zakonisht OS; më në fund, ne kuptuam se çfarë qasjesh ekzistojnë për ndërtimin sistemet operative... Leksioni i ardhshëm do t'i kushtohet sqarimit të konceptit të "procesit" dhe çështjeve të planifikimit të procesit.

Shtojca 1.

Disa informacione rreth arkitekturës së kompjuterit

Komponentët kryesorë harduerikë të një kompjuteri janë: memoria kryesore, qendrore CPU dhe periferikësh. Për të shkëmbyer të dhëna me njëri-tjetrin, këta komponentë lidhen me një grup telash të quajtur shtyllë (shih. Figura 1.5).

Oriz. 1.5. Disa komponentë kompjuteri

Memoria kryesore përdoret për ruajtjen e programeve dhe të dhënave në formë binare dhe është e organizuar si një grup i renditur qelizash, secila prej të cilave ka një adresë dixhitale unike. Në mënyrë tipike, madhësia e qelizës është një bajt. Operacione tipike në memorien kryesore - leximi dhe shkrimi i përmbajtjes së një qelize me një adresë specifike.

Operacione të ndryshme me të dhëna kryhen nga një pjesë e izoluar e kompjuterit, e quajtur qendrore procesor(CPU). CPU gjithashtu ka qeliza për ruajtjen e informacionit të quajtur regjistra. Ato ndahen në regjistra për qëllime të përgjithshme dhe regjistra të specializuar. Në kompjuterët modernë, madhësia e një regjistri është zakonisht 4-8 bajt. Regjistrat për qëllime të përgjithshme përdoren për ruajtjen e përkohshme të të dhënave dhe rezultateve të operacioneve. Për të përpunuar informacionin, zakonisht organizohet transferimi i të dhënave nga qelizat e memories në regjistrat me qëllime të përgjithshme, operacioni kryhet nga qendra procesor dhe transferimi i rezultateve të operacionit në memorien kryesore.

Për të kontrolluar punën përdoren regjistra të specializuar procesor... Më të rëndësishmet janë: numëruesi i programit, regjistri i komandës dhe regjistri që përmban informacione për gjendjen e programit.

Programet ruhen si një sekuencë e udhëzimeve të makinës për t'u ekzekutuar nga një qendër CPU... Çdo komandë përbëhet nga një fushë operacioni dhe fusha operand, domethënë të dhënat mbi të cilat kryhet ky operacion. I gjithë grupi i udhëzimeve të makinës quhet gjuha e makinës.

Programi ekzekutohet si më poshtë. Instruksioni i makinës i treguar nga numëruesi i programit lexohet nga memoria dhe kopjohet në regjistrin e instruksioneve. Këtu deshifrohet dhe më pas ekzekutohet. Pasi komanda të ekzekutohet, numëruesi i programit tregon komandën tjetër. Këto veprime, të quajtura një cikël makinerie, përsëriten më pas.

Ndërveprimi me pajisjet periferike

Pajisjet periferike janë krijuar për të futur dhe nxjerrë informacion. Çdo pajisje zakonisht përmban një kompjuter të specializuar të quajtur kontrollues ose përshtatës. Kur kontrolluesi futet në lidhësin e ndezur motherboard, lidhet me autobusin dhe merr një numër (adresë) unik. Më pas kontrolluesi monitoron sinjalet në autobus dhe i përgjigjet sinjaleve që i drejtohen atij.

Çdo operacion I/O përfshin dialog ndërmjet CPU-së dhe kontrolluesit të pajisjes. Kur procesor ekziston një komandë e lidhur me I/O, e cila është pjesë e një programi, e ekzekuton atë duke dërguar sinjale në kontrolluesin e pajisjes. Ky është i ashtuquajturi I/O i programueshëm.

Nga ana tjetër, çdo ndryshim me pajisjet e jashtme do të rezultojë në transmetimin e sinjalit nga pajisja në CPU. Nga perspektiva e CPU-së, kjo është një ngjarje asinkrone dhe kërkon përgjigjen e saj. Për të zbuluar një ngjarje të tillë, midis cikleve të makinës CPU anketon një regjistër të veçantë që përmban informacion në lidhje me llojin e pajisjes që gjeneroi sinjalin. Nëse shfaqet një sinjal, CPU-ja ekzekuton një program specifik për pajisjen, detyra e të cilit është t'i përgjigjet kësaj ngjarjeje në një mënyrë të përshtatshme (për shembull, të vendosë një karakter të futur nga tastiera në një buffer të veçantë). Një program i tillë quhet program përpunues. ndërprerjet, dhe vetë ngjarja ndërprerje sepse prish punën e planifikuar procesor... Pas përfundimit të përpunimit procesori i ndërprerjes kthehet në ekzekutimin e programit. Këto veprime të kompjuterit quhen I/O using ndërpret.

Në kompjuterët modernë ekziston edhe mundësia e ndërveprimit të drejtpërdrejtë ndërmjet kontrolluesit dhe memories kryesore, duke anashkaluar CPU-në, të ashtuquajturin mekanizëm të qasjes direkte në memorie.

1) Evolucioni real i sistemeve operative nuk vazhdoi aq pa probleme dhe sistematikisht siç u paraqit në këtë përmbledhje. Për shembull, sistemi i parë i ndarjes së kohës Joss u zbatua në një makinë me tub Joniac pa ndonjë mbështetje harduerike.

Leksioni numër 1.

SISTEMET DHE MJEDISET OPERATIVE.

Nën sistemi operativ zakonisht kuptojnë një kompleks programesh kontrolli dhe përpunimi, i cili, nga njëra anë, vepron si një ndërfaqe ndërmjet harduerit të kompjuterit dhe përdoruesit, dhe nga ana tjetër, ka për qëllim përdorimin më efikas të burimeve të sistemit informatikë dhe organizimin e llogaritjeve të besueshme. .

Çdo komponent i softuerit aplikativ domosdoshmërisht funksionon nën sistemet operative. Diagrami tregon një procedurë të përgjithësuar të softuerit.

Mund të shihet se asnjë nga komponentët e softuerit, me përjashtim të vetë sistemit operativ, nuk ka qasje të drejtpërdrejtë në harduerin e kompjuterit. Edhe përdoruesi ndërvepron me programet e tij përmes ndërfaqes. Çdo komandë e tyre, përpara se të futet në programet aplikative, kalon nëpër sistemet operative, funksionet kryesore që kryhen nga sistemi operativ janë:

1) pranimi nga përdoruesi i detyrave ose komandave të formuluara në gjuhën e duhur dhe përpunimi i tyre;

2) marrjen dhe ekzekutimin e një programi të kërkesës për fillimin / pezullimin e programeve të tjera;

4) inicializimi i programeve (transferimi i kontrollit në të), si rezultat i të cilit procesori përdor programin;

5) identifikimin e programeve;

6) sigurimi i funksionimit të sistemit të menaxhimit të skedarëve të bazës së të dhënave, i cili mund të rrisë në mënyrë dramatike efikasitetin e softuerit;

7) sigurimi i një regjimi multiprogramimi, d.m.th. ekzekutimi i dy ose më shumë programeve në një procesor, duke krijuar pamjen e ekzekutimit të tyre të njëkohshëm;

8) sigurimin e funksionit të organizimit dhe menaxhimit të të gjitha operacioneve hyrëse dhe dalëse;

9) përmbushja e kufijve të ngushtë kohorë në kohë reale;

10) alokimi i memories:

a) organizimi i memories virtuale;

b) në shumicën e sistemeve moderne.

11) planifikimi dhe dërgimi në përputhje me detyrën;

12) organizimi i mesazheve m-ma dhe shkëmbimi i të dhënave ndërmjet programeve që funksionojnë;

13) mbrojtja e një programi nga ndikimi i programeve të tjera, duke siguruar ruajtjen e të dhënave;

14) ofrimi i shërbimeve në rast të dështimit të pjesshëm të sistemit;

15) sigurimi i funksionimit të një sistemi programesh me ndihmën e të cilit përdoruesit përgatisin programet e tyre.

Si rregull, të gjitha sistemet operative moderne kanë një sistem të menaxhimit të kujtesës. Caktuar SPC-organizata e aksesit më të përshtatshëm për këto organizata si një skedar. Një numër i sistemeve operative ju lejojnë të punoni me shumë sisteme skedarësh në të njëjtën kohë. Në këtë rast, flitet për një sistem skedarësh të montuar, d.m.th. mund të instalohet memorie shtesë.

Ekzistojnë sistemet operative më të thjeshta që mund të funksionojnë pa sisteme skedarësh ose vetëm në njërën anë të sistemeve të skedarëve. Çdo sistem i menaxhimit të skedarëve është krijuar për të punuar me një sistem operativ specifik dhe një sistem skedar specifik.

Për shembull, sistemi i famshëm i skedarëve YNDYRA.

Alokimi

Ka shumë zbatime si një sistem i menaxhimit të skedarëve, për shembull YNDYRA 16 nën sistem ZNJ- DOS ose Super YNDYRA për OS/2 ose YNDYRA për Dritaret.

Për të punuar me skedarë të organizuar sipas disa sistemeve të skedarëve, duhet të organizohet një sistem përkatës i menaxhimit të skedarëve për çdo sistem operativ. Do të funksionojë vetëm në sistemin operativ për të cilin është krijuar. Për lehtësinë e përdorimit, predha shtesë të ndërfaqes mund të përdoren me sistemin operativ. Qëllimi i tyre kryesor është ose të zgjerojnë aftësitë e sistemit operativ, ose të ndryshojnë aftësitë e integruara në sistem. Një shembull klasik i predhave të përparme është:

X Dritaret në sistemet familjare Unix;

KDE - K Mjedisi i Desktopit;

PM Shell;

Desktop i objektit.

Ekzistojnë opsione të ndryshme të ndërfaqes për familjen e sistemit operativ Dritaret, të cilat zëvendësojnë eksplorues, në dosje sistemi. ini.

Në sistemin operativ, vetëm guaska e ndërfaqes është e zëvendësueshme. Mjedisi i funksionimit përcaktohet nga ndërfaqet programuese.

Aplikacion

Ndërfaqja

API – ndërfaqja e programimit të aplikacionit, përfshin procesin, memorien dhe kontrollin I/O.

Një numër sistemesh operative mund të ekzekutojnë një numër programesh të dizajnuara për të ekzekutuar në sisteme të tjera operative. Një mjedis i përshtatshëm organizohet brenda një makinerie të caktuar. Në mënyrë të ngjashme, në Linux ju mund të krijoni kushte për ekzekutimin e programeve të shkruara për Windows 98.

Nën shërbimet komunale kuptoni sisteme të veçanta programimi me të cilat mund të servisoni sistemin operativ, të kryeni përpunimin e të dhënave, të optimizoni të dhënat në media dhe të kryeni punë të mirëmbajtjes në sistemin operativ.

Shërbimet përfshijnë një program për ndarjen e një disku në disqe magnetike në ndarje dhe një program formatimi, një program për transferimin e skedarëve bazë të sistemit nga vetë sistemi operativ. Shërbimet mund të funksionojnë vetëm në sistemin e duhur operativ.

Leksioni numër 2.

KONCEPTI I MJEDISIT OPERATOR.

Sistemi operativ kryen funksionet e kontrollit të proceseve llogaritëse në sistemin informatikë, shpërndan burimet e sistemit informatikë midis proceseve të ndryshme kompjuterike dhe formon një mjedis softuerësh në të cilin ekzekutohen programet e aplikimit të përdoruesit. Ky mjedis quhet salla e operacionit.

Çdo program merret me disa të dhëna fillestare, të cilat i përpunon dhe gjeneron disa rezultate, d.m.th. rezultatet e llogaritjes. Në shumicën dërrmuese të rasteve, të dhënat e burimit bien në RAM-in e pajisjeve të jashtme (periferike).

Rezultatet e llogaritjes dërgohen gjithashtu në pajisje të jashtme. Programimi i operacioneve I/O është detyra më e vështirë. Kjo është arsyeja pse zhvillimi i sistemit operativ ka ecur në rrugën e nxjerrjes në pah të operacioneve më të zakonshme dhe krijimit të moduleve përkatëse për to, të cilat mund të përdoren më tej në programet e krijuara rishtazi. // Në fund të fundit, u krijua një situatë kur, kur krijoheshin programe makinerish binare ... //

Programuesit mund të mos dinë fare shumë detaje të menaxhimit të burimeve të sistemit kompjuterik, por duhet t'i referohen disa nënsistemeve softuerike me rezultate të përshtatshme dhe të marrin funksionet e nevojshme të shërbimit. Ky nënsistem softuerësh është sistemi operativ, dhe grupi i funksioneve të shërbimit të tij çoi në thirrjen drejt tij dhe formon konceptin bazë, i cili quhet mjedis operativ, d.m.th. termi mjedis operativ i referohet programeve të nevojshme të ndërfaqes së përdoruesit për të hyrë në sistemin operativ për të marrë një shërbim specifik. Ekzistenca paralele e termave "sistem operativ" dhe "mjedis operativ" është për shkak të faktit se një sistem operativ mund të mbështesë mjedise të shumta operative. Për shembull, sistemi operativ OS/2 Deformoj mund të ekzekutojë programet e mëposhtme:

i ashtuquajturi vendas ( Vendas) programet e krijuara duke marrë parasysh ndërfaqen e funksionimit 32-bit;

Programet 16-bit të krijuar për OS/2 gjenerata e parë;

Programet 16-bit të krijuar për ZNJ- DOS PS dhe DOS.

Programet 16-bit për mjedisin operativ Dritaret.

Vetë guaska operative Dritaret 3. X dhe tashmë në të, programet e krijuara për të.

QËLLIMI DHE FUNKSIONET E SISTEMIT OPERATIV.

Sistemi operativ -është një program që kontrollon funksionimin e një programi përdoruesi dhe sistemet e aplikacionit, dhe vepron si një ndërfaqe ndërmjet aplikacioneve dhe pajisjeve kompjuterike. Qëllimi i tij mund të ndahet në tre komponentë kryesorë:

Komoditeti: sistemi operativ e bën ekzekutimin e kompjuterit të thjeshtë dhe të përshtatshëm;

efikasiteti: sistemi operativ lejon përdorimin efikas të burimeve të sistemit kompjuterik;

mundësi zhvillimi: sistemi operativ duhet të lejojë zhvillimin e testimit të aplikacioneve të reja dhe funksioneve të sistemit pa ndërprerë funksionimin normal të sistemit kompjuterik.

SISTEMI OPERATIV SI NDËRFAQJE MIDIS PËRDORËSIT DHE KOMPJUTERIT.

Përdoruesi, si rregull, nuk është i interesuar për detajet e pajisjes harduerike të kompjuterit, ai e sheh atë si një grup aplikacionesh. Aplikacioni mund të shkruhet në cilëndo nga gjuhët e programimit. Për të thjeshtuar këtë detyrë, ekziston një grup programet e sistemit, disa prej të cilave quhen shërbime, me ndihmën e tyre shpesh zbatohet ekzekutimi i funksioneve që ndihmojnë në krijimin e programeve me porosi për të punuar me skedarë dhe kontrollin e pajisjeve hyrëse/dalëse. Programuesi përdor këto mjete për të zhvilluar këto programe dhe aplikacionet thërrasin shërbimet në kohën e ekzekutimit për të kryer funksione specifike. Më të rëndësishmit nga programet e sistemit janë sistemet operative, të cilat fshehin detajet e harduerit nga programuesi dhe ofrojnë një ndërfaqe të përshtatshme për ekzekutimin e sistemit të mjedisit operativ. Mund të përfshijë disa ndërfaqe:

zakon;

program

Për shembull, sistemi Linux ato. për përdoruesin si komanda të përparme (predha të ndryshme): C-Shell, K-Shell, B-Shell, bash-shell.

LLOJI I NDËRFEJES Mesnata komandant.

Pra, ndërfaqet grafike ( X Dritaret). Mund të ketë menaxherë të ndryshëm të dritareve ( KDE Grome).

Në lidhje me ndërfaqet softuerike, sistemi operativ Dritaret programet mund të kenë akses si në sistemin operativ për shërbimet dhe funksionet e duhura, ashtu edhe në nënsistemin grafik. Për sa i përket arkitekturës së procesorit, programi i dytë i krijuar për të ekzekutuar Linux përdor të njëjtat komanda dhe formate të dhënash si një program i krijuar për të punuar në mjedis Dritaret. Sidoqoftë, në rastin e parë, ka një referencë për mjedisin operativ, në të dytën - në një tjetër. Kështu, mjedisi operativ është softueri i sistemit në të cilin mund të ekzekutohen programet e krijuara sipas rregullave të funksionimit të këtij mjedisi.

Sistemet tipike operative ofrojnë shërbimet e mëposhtme:

zhvillimin e softuerit... Sistemi operativ i ofron programuesit një sërë mjetesh dhe shërbimesh, si redaktorë dhe korrigjues. Këto shërbime, të zbatuara në formën e shërbimeve softuerike që mbështesin sistemet operative, megjithëse nuk janë pjesë e thelbit të tij, programe të tilla quhen mjetet e zhvillimit të aplikacioneve;

ekzekutimi i programeve. Kërkohen një sërë hapash për të nisur programin. Është e nevojshme të ngarkoni komandat dhe të dhënat në memorien kryesore, të inicializoni pajisjet. Sistemi operativ kryen punë rutinë;

qasje në pajisjet hyrëse/dalëse... Çdo pajisje I/O ka nevojë për grupin e vet të komandave ose sinjalin e monitoruar për të kontrolluar funksionimin e çdo pajisjeje I/O. Sistemi operativ i siguron përdoruesit një ndërfaqe të qëndrueshme që zbulon të gjitha këto detaje dhe i siguron programuesit akses në pajisjet I/O duke përdorur komanda të thjeshta lexim dhe shkrim;

kontrolloni aksesin në skedarë... Kur punoni me skedarë, menaxhimi i anës së tij të sistemit operativ synon jo vetëm të kuptojë natyrën e pajisjeve hyrëse/dalëse dhe njohuritë për strukturat e të dhënave të regjistruara në skedarë. Sistemet operative me shumë përdorues ofrojnë gjithashtu mekanizma sigurie për aksesimin e skedarëve;

sistemet e aksesit... Sistemi operativ kontrollon aksesin në sistemin publik informatik në tërësi, si dhe në burimet individuale të sistemit. Ai duhet të sigurojë mbrojtjen e burimeve dhe të dhënave nga përdorimi i paautorizuar, si dhe të zgjidhë situatat e konfliktit;

zbulimi dhe trajtimi i gabimeve... Gjatë funksionimit të sistemit kompjuterik, ndodhin dështime të ndryshme, duke përfshirë të brendshme dhe gabimet e jashtme që kanë lindur në harduer, për shembull, gabimet e kujtesës, dështimi ose dështimi i pajisjeve, gabimet e softuerit janë gjithashtu të mundshme: tejmbushja aritmetike, një përpjekje për të hyrë në një qelizë memorie, qasja në të cilën niset dhe pamundësia e ekzekutimit të një kërkese aplikacioni. Në secilin prej këtyre rasteve, sistemi operativ duhet të ndërmarrë një veprim që minimizon ndikimin e gabimit në aplikacion. Reagimi i sistemit operativ ndaj një gabimi mund të jetë i ndryshëm: nga një mesazh i thjeshtë gabimi në një ndalim urgjent të programit;

kontabiliteti për përdorimin e burimeve... Një sistem i mirë operativ duhet të ketë një mjet për të llogaritur përdorimin e burimeve të ndryshme dhe për të shfaqur parametrat e prodhuesit. Ky informacion është jashtëzakonisht i rëndësishëm për përmirësimin dhe akordimin e mëtejshëm të sistemit për të përmirësuar performancën.

SISTEMI OPERATIV SI KONTROLLUES I BURIMEVE.

Një kompjuter është një grup burimesh që mbështesin ekzekutimin e detyrave, akumulimin, ruajtjen, lëvizjen dhe përpunimin e të dhënave, dhe gjithashtu kontrollon funksionimin e këtyre dhe funksioneve të tjera. Është sistemi operativ që menaxhon burimet e kompjuterit dhe kontrollon funksionet e tij themelore. Sidoqoftë, ky kontroll ka karakteristikat e mëposhtme:

funksionet e sistemit operativ funksionojnë në të njëjtën mënyrë si të gjithë programet e tjera, d.m.th. ato zbatohen si programe të veçanta ose një grup programesh, procese që ekzekutojnë;

sistemi operativ duhet të transferojë kontrollin në procese të tjera dhe të presë që procesori ta lejojë atë të kryejë përsëri detyrat e tij.

Një sistem operativ është, në thelb, një grup programesh kompjuterike, si çdo program tjetër, ai i jep komanda procesorit. Dallimi kryesor është qëllimi i këtij programi.

Sistemi operativ është // i aftë për //: si të përdoren të tjerët burimet e sistemit, dhe si të ndani kohën kur përdorni programe të tjera, por për këtë, procesori duhet të pezullojë punën me të dhe të shkojë në ekzekutimin e programeve të tjera.

Kështu, sistemi operativ ia lëshon kontrollin procesorit në mënyrë që ai të mund të bëjë disa punë të dobishme dhe më pas rifillon kontrollin aq sa për të përgatitur procesorin për punën e radhës.

Një pjesë e sistemit operativ ndodhet në RAM (kryesore, bazë). Kjo pjesë përfshin thelbin ( Kernel), i cili përmban pjesën kryesore të funksioneve më të përdorura, ka edhe disa komponentë të tjerë të sistemit operativ që përdoren në një kohë të caktuar.

Pjesa tjetër përmban programe të tjera dhe të dhëna të përdoruesit. Vendosja e këtyre të dhënave në RAM menaxhohet së bashku nga sistemi operativ dhe pajisja e procesorit që përdoret për të menaxhuar memorien. Sistemi operativ vendos kur programi ekzekutues mund të ngatërrojë pajisjet I/O që i nevojiten dhe kontrollon aksesin e skedarëve.

Procesori është gjithashtu një burim të cilit sistemi operativ duhet të përcaktojë se sa kohë duhet t'i kushtojë ekzekutimit të një programi të caktuar përdoruesi. Sistemet multiprocesorike: duhet të merret një vendim për çdo proces.

MUNDËSITË E ZHVILLIMIT TË SISTEMIT OPERATIV.

Shumica e sistemeve operative po evoluojnë vazhdimisht. Kjo ndodh për arsyet e mëposhtme:

a ) përditësimi dhe shfaqja e llojeve të reja të harduerit;

b) shërbime të reja... Mjetet e reja të monitorimit dhe vlerësimit të performancës mund të shtohen në sistemin operativ për të ruajtur efikasitetin e lartë operacional me mjetet ekzistuese të përdoruesit;

v) korrigjim... Çdo sistem operativ ka gabime. Herë pas here ato zbulohen dhe korrigjohen. Nevoja për ndryshime të rregullta në sistemet operative, kufizime të caktuara vendosen në pajisje. Natyrisht, këto sisteme duhet të kenë një dizajn modular, të përcaktuar qartë nga ndërveprimi i moduleve. Për programet e mëdha, dokumentacioni i mirë dhe i plotë është thelbësor.

Konventat e pranuara:

I / O - hyrje / dalje;

AO - pajisje;

DB - baza e të dhënave;

RAM - memorie me akses të rastësishëm;

OS - sistemi operativ;

ROM - memorie vetëm për lexim;

PC - kompjuter personal;

Software - softuer;

РВ - në kohë reale;

SU - sistemi i kontrollit;

DBMS - sistemi i menaxhimit të bazës së të dhënave;

UVV - pajisje hyrëse/dalëse;

FS - sistemi i skedarëve;

CPU - procesor ( CPU).

Klasifikimi i grerëzave

Zhvillimi i kompjuterëve çoi në zhvillimin e OS. Tani ka mbi 100 sisteme operative.

Është e zakonshme që OS të ndahet në shtatë nivele sipas qëllimit.

1. Mainframe (mainframe)

Ata kanë aftësi të ndryshme I/O nga PC-të. Mainframes zakonisht përmbajnë mijëra disqe dhe terabajt RAM. Ato përdoren në formën e serverëve të fuqishëm në internet, serverëve për faqet tregtare në shkallë të gjerë dhe serverëve për transaksione biznesi. Sistemet operative Mainframe janë të orientuara drejt trajtimit të shumë punëve të njëkohshme, shumica e të cilave kërkojnë sasi e madhe Operacionet I/O. Ato zakonisht përfshijnë tre lloje shërbimesh:

përpunimi në grup. Sistemi kryen detyra standarde pa praninë e përdoruesve. Në modalitetin e grupit, pretendimet e kompanive të sigurimit përpunohen dhe hartohen raporte për shitjet në dyqan;

përpunimi i transaksioneve (operacionet në grup: përpunimi dhe regjistrimi i të dhënave). Sistemi i përpunimit të transaksioneve menaxhon një numër shumë të madh kërkesash të vogla (për shembull, ai kontrollon procesin e punës në një bankë, rezervon bileta ajrore). Çdo kërkesë individuale është e vogël, por sistemi duhet t'i përgjigjet mijëra kërkesave në sekondë;

ndarjen e kohës. Sistemet e ndarjes së kohës lejojnë përdorues të shumtë në distancë të kryejnë detyrat e tyre në të njëjtën makinë, për shembull, të punojnë me një bazë të dhënash të madhe. Të gjitha këto funksione janë të lidhura ngushtë dhe shpesh sistemi operativ mainframe i kryen të gjitha. Një shembull i një OS për një mainframe është OS / 390 (nga IBM).

2. OS server (rrjeti).

Ato funksionojnë në serverë, të cilët janë ose PC shumë të mëdhenj, stacione pune, ose edhe mainframe. Ata u shërbejnë përdoruesve të shumtë në të njëjtën kohë dhe i lejojnë ata të ndajnë burimet e softuerit dhe harduerit. Serverët ofrojnë mundësinë për të punuar me printera, skedarë dhe internet. ISP-të zakonisht drejtojnë shumë serverë për të mbështetur klientë të shumtë që hyjnë njëkohësisht në rrjet. Serverët ruajnë faqet e internetit dhe përpunojnë kërkesat e hyrjes. Sistemet operative tipike të serverëve: Windows 2000 dhe Unix. Për këto qëllime tani ka filluar të përdoret sistemi operativ Linux.

3. OS me shumë procesor (grupe)

Mënyra më e përdorur për të rritur fuqinë e një kompjuteri është kombinimi i CPU-ve në një sistem. Në varësi të llojit të lidhjes së CPU-së dhe ndarjes së punës, sisteme të tilla quhen kompjuterë paralelë, multikompjuterë ose sisteme multiprocesorike. Ata kërkojnë sisteme të veçanta operative, por zakonisht këto sisteme operative janë variante të sistemeve operative të serverëve me aftësi të veçanta komunikimi.

4. OS PC

Detyra e këtyre sistemeve operative është të ofrojnë një ndërfaqe miqësore për përdoruesit për një përdorues të vetëm. Sisteme të tilla operative përdoren gjerësisht për të punuar me tekst, spreadsheets dhe akses në internet. Shembuj të gjallë: Windows 98, 2000, MacOS, Linux.

Parametri kryesor i sistemit operativ RT është koha. Për shembull, në një sistem kontrolli prodhimi, kompjuterët që operojnë në modalitetin RT mbledhin të dhëna mbi procesin industrial dhe i përdorin ato për të kontrolluar makinat. Procese të tilla duhet të plotësojnë kërkesat strikte kohore. Pra, nëse një makinë lëviz përgjatë një rripi transportues, atëherë çdo veprim duhet të kryhet në një pikë të përcaktuar rreptësisht në kohë. Nëse roboti i saldimit bashkon shtresën shumë herët / vonë, do të shkaktojë dëme të pariparueshme. Nëse ndonjë veprim duhet të ndodhë në një moment në kohë ose brenda një intervali të caktuar kohe, atëherë flasim për një sistem të ngurtë të RT. Ekziston një sistem fleksibël RT në të cilin vonesat e rastësishme në ekzekutimin e operacioneve janë të lejueshme. Bën në këtë kategori audio dixhitale dhe sistemet multimediale. Shembuj të OS: VxWorks, QNX.

6. Sistemi operativ i integruar

Një kompjuter xhepi, ose PDA (Personal Digital Assistant), është një kompjuter i vogël që futet në një xhep të pantallonave tuaja dhe kryen disa funksione (fletore, bllok shënimesh). Shembuj të OS: PalmOS, Windows CE (Consumer Electronics).

7.Smart Card OS (kartat inteligjente janë karta inteligjente)

Sistemet më të vogla operative funksionojnë në Smart Cards, të cilat janë pajisje me një CPU. Këto sisteme operative janë subjekt i kufizimeve jashtëzakonisht të forta të CPU-së dhe fuqisë së kujtesës. Disa prej tyre mund të menaxhojnë vetëm një operacion, por OS të tjera në të njëjtat karta inteligjente kryejnë funksione komplekse. Disa sisteme operative janë të orientuara drejt Java, d.m.th. ROM përmban interpretuesin e makinës virtuale Java (ROM - Read Only Memory). Apletet Java ngarkohen në kartë dhe ekzekutohen nga përkthyesi JVM (Java Virtual Machine). Disa nga këto karta mund të ekzekutojnë shumë aplikacione Java në të njëjtën kohë, duke çuar në kryerjen e shumë detyrave dhe planifikimin. Ekziston edhe nevoja për mbrojtje. Këto detyra zakonisht kryhen nga një sistem operativ jashtëzakonisht primitiv.

7.1. Konceptet bazë të sistemit operativ

Një nga komponentët e informatikës është - softuer (softuer), e cila është heterogjene dhe ka një strukturë komplekse që përfshin disa nivele: sistem, shërbim, instrumental, aplikativ.

Në niveli më i ulët Ekzistojnë komplekse programesh që kryejnë funksione ndërfaqesh (ndërmjetësues midis një personi dhe një kompjuteri, harduer dhe softuer, midis programeve që funksionojnë njëkohësisht) për shpërndarjen e burimeve të ndryshme kompjuterike. Programet në këtë nivel quhen sistematike.Çdo program përdoruesi ekzekutohet nën kontrollin e komplekseve softuerike të quajtura sistemet operative.

Niveli tjetër është softuer shërbimi. Programet në këtë nivel quhen shërbime dhe kryejnë funksione të ndryshme ndihmëse. Ajo mund të jetë programet diagnostike përdoret në shërbim pajisje të ndryshme(floppy dhe hard disk), programet e testimit që përfaqëson një kompleks programesh Mirëmbajtja, arkivues, antivirus, etj. Shërbimet priren të funksionojnë nën kontrollin e sistemit operativ (megjithëse ato mund të kenë akses direkt në harduer), kështu që ato konsiderohen si një shtresë më e lartë. Në disa klasifikime, sistemi dhe nivelet e shërbimit kombinohen në një klasë - softuerin e sistemit.

Softuer instrumental paraqet komplekse programesh për krijimin e programeve të tjera. Procesi i krijimit të programeve të reja në gjuhën e udhëzimeve të makinës është shumë kompleks dhe i mundimshëm, prandaj është produktiviteti i ulët. Në praktikë, shumica e programeve shkruhen në gjuhë programimi formale, të cilat janë më afër atyre matematikore, prandaj janë më të lehta dhe më produktive për t'u punuar me to, dhe përkthimi i programeve në gjuhën e kodeve të makinës kryhet nga një kompjuter duke përdorur instrumental. software. Programet softuerike të veglave kontrollohen nga programet e sistemit dhe për këtë arsye janë në një nivel më të lartë.

Softuer aplikimi- klasa më e madhe e programeve për sa i përket vëllimit, këto janë programe të përdoruesve fundorë. Ka rreth gjashtë mijë profesione të ndryshme në botë, mijëra hobi të ndryshëm dhe shumica prej tyre aktualisht kanë produktet e tyre softuerike të aplikuara. Softueri aplikativ kontrollohet gjithashtu nga programet e sistemit dhe është në një nivel më të lartë.

Duke përmbledhur atë që u tha, ne mund të ofrojmë strukturën e mëposhtme të softuerit (Fig. 7.1).

Figura 7.1. Klasifikimi i softuerit

Klasifikimi i propozuar i softuerit është kryesisht arbitrar, pasi aktualisht produktet softuerike të shumë kompanive kanë filluar të kombinojnë elementë softuerësh nga klasa të ndryshme. Për shembull, sistemi operativ Windows, duke qenë një kompleks programesh të sistemit, përmban një bllok programesh të dobishme (defragmentim, kontroll, pastrim të diskut, etj.), si dhe përpunuesin e tekstit WordPad, redaktuesin grafik Paint, të cilat i përkasin klasa e programeve aplikative.

Sistemi operativ (OS) zë vendin qendror në strukturën e softuerit. Është “një sistem programesh i krijuar për të siguruar një nivel të caktuar efikasiteti të një sistemi kompjuterik dixhital për shkak të kontroll i automatizuar punën e tij dhe grupin e shërbimeve të ofruara për përdoruesit”.

Sistemi operativ (eng. sistemi operativ) është një kompleks bazë programesh kompjuterike që siguron një ndërfaqe me një përdorues, kontrollin e pajisjeve kompjuterike, punën me skedarët, hyrjen dhe daljen e të dhënave, si dhe ekzekutimin e programeve dhe shërbimeve të aplikimit.

OS lejon abstragimin nga detajet e zbatimit të harduerit, duke u ofruar zhvilluesve të softuerit minimal set i kërkuar funksione. Nga pikëpamja e banorëve të qytetit, përdoruesit e zakonshëm teknologji kompjuterike, OS përfshin programe ndërfaqja e përdoruesit.

Sistemi operativ - një program që ngarkohet kur kompjuteri është i ndezur. Kryen një dialog me përdoruesin, kontrollon kompjuterin, burimet e tij (RAM, hapësirën e diskut, etj.), lëshon programe të tjera aplikimi për ekzekutim. Sistemi operativ i siguron përdoruesit dhe programeve aplikative një mënyrë të përshtatshme për të komunikuar (ndërfaqe) me pajisjet e një kompjuteri personal.

Sistemet operative më të zakonshme: MS-DOS, OS / 2, UNIX, WINDOWS, LINUX, WINDOWS NT, ato kanë modifikime të ndryshme.

Funksionet kryesore (OS më i thjeshtë):

Akses i standardizuar në pajisjet periferike (pajisjet hyrëse-dalëse);

Menaxhimi i RAM-it (shpërndarja ndërmjet proceseve, memoria virtuale);

Kontrollimi i aksesit në të dhëna në media jo të paqëndrueshme (si p.sh HDD, CD, etj.), zakonisht duke përdorur sistemin e skedarëve;

Ndërfaqja e përdoruesit;

Operacionet e rrjetit, mbështetje për pirgun e protokollit

Funksionet shtesë:

Ekzekutimi paralel ose pseudoparalel i detyrave (multitasking);

Ndërveprimi ndërmjet proceseve: shkëmbimi i të dhënave, sinkronizimi i ndërsjellë;

Mbrojtja e vetë sistemit, si dhe e të dhënave dhe programeve të përdoruesve nga veprimet keqdashëse të përdoruesve ose aplikacioneve;

Diferencimi i të drejtave të aksesit dhe mënyra e funksionimit me shumë përdorues (autentifikimi, autorizimi).

Një program që fsheh të vërtetën rreth harduerit dhe paraqet një listë të thjeshtë skedarësh që mund të lexohen dhe shkruhen, d.m.th. ., sistemi operativ jo vetëm që eliminon nevojën për të punuar drejtpërdrejt me disqe dhe siguron një ndërfaqe të thjeshtë, të orientuar nga skedari, por gjithashtu fsheh shumë punë të bezdisshme me ndërprerje, numërues kohorë, organizim të kujtesës dhe elementë të tjerë të nivelit të ulët. Në secilin rast, procedura e ofruar nga OS është shumë më e thjeshtë dhe më e përshtatshme për t'u përdorur sesa veprimet e kërkuara nga pajisjet kryesore.

Nga këndvështrimi i përdoruesit, OS kryen funksionin e një makinerie virtuale, me të cilën është më e lehtë dhe më e lehtë për t'u punuar sesa drejtpërdrejt me harduerin që përbën një kompjuter të vërtetë, dhe për programet OS ai ofron një sërë aftësish që ata mund të përdorni duke përdorur komanda të veçanta të quajtura thirrjet e sistemit.

Koncepti i shikimit të OS kryesisht si një ndërfaqe miqësore për përdoruesit është një pamje nga lart-poshtë. Një pamje alternative nga poshtë lart ofron një kuptim të OS si një mekanizëm për kontrollin e të gjitha pjesëve të kompjuterit. Kompjuterët modernë përbëhen nga procesorë, memorie, disqe, pajisje rrjeti, printera dhe një mori pajisjesh të tjera. Në qasjen e dytë, puna e OS është të sigurojë një shpërndarje të organizuar dhe të kontrolluar të procesorëve, memories dhe pajisjeve hyrëse/dalëse midis programeve të ndryshme që konkurrojnë për të drejtën e përdorimit të tyre.

Llojet e sistemeve operative.

Historia e zhvillimit të OS shkon shumë vite më parë. Sistemet operative u shfaqën dhe u zhvilluan me përmirësimin e pajisjeve kompjuterike, kështu që këto ngjarje janë historikisht të lidhura ngushtë. Zhvillimi i kompjuterëve ka çuar në shfaqjen e një numri të madh të sistemeve të ndryshme operative, nga të cilat jo të gjithë janë të njohur gjerësisht.

Në fakt niveli i sipërm janë Sistemi operativ kryesor. Këto makina të mëdha mund të gjenden ende në organizata të mëdha. Mainframe-t ndryshojnë nga kompjuterët personalë në aftësitë e tyre I/O. Mainframe me mijëra disqe dhe terabyte të dhënash janë mjaft të zakonshme. Mainframes veprojnë si serverë dhe serverë të fuqishëm në internet ndërmarrjet e mëdha dhe korporatat. Sistemet operative Mainframe janë të fokusuara kryesisht në përpunimin e shumë punëve të njëkohshme, shumica e të cilave kërkojnë një sasi të madhe I/O. Ata zakonisht kryejnë tre lloje operacionesh: përpunimin e grupeve, përpunimin e transaksioneve (operacionet me shumicë) dhe ndarjen e kohës. Përpunimi i grupit kryen detyra standarde për përdoruesit ndërveprues. Sistemet e përpunimit të transaksioneve trajtojnë një numër shumë të madh kërkesash, siç janë rezervimet e linjave ajrore. Çdo kërkesë individuale është e vogël, por sistemi duhet t'i përgjigjet qindra e mijëra kërkesave në sekondë. Sistemet e ndarjes së kohës lejojnë përdorues të shumtë në distancë të kryejnë njëkohësisht detyrat e tyre në të njëjtën makinë, si p.sh. puna me një bazë të dhënash të madhe. Të gjitha këto funksione janë të lidhura ngushtë dhe sistemi operativ mainframe i trajton të gjitha. Një shembull i një sistemi operativ për një mainframe është OS / 390.

Më poshtë janë OS server. Serverët janë ose kompjuterë me shumë procesorë ose edhe mainframe. Këto sisteme operative u shërbejnë njëkohësisht shumë përdoruesve dhe i lejojnë ata të ndajnë burimet e softuerit dhe harduerit ndërmjet tyre. Serverët ofrojnë gjithashtu mundësinë për të punuar me printera, skedarë ose internet. ISP-të zakonisht drejtojnë serverë të shumtë në mënyrë që të mbështesin klientë të shumtë që hyjnë njëkohësisht në rrjet. Serverët ruajnë faqet e internetit dhe përpunojnë kërkesat hyrëse. UNIX dhe Windows 2000 janë sisteme tipike operative të serverëve. Tani për këtë qëllim është përdorur edhe sistemi operativ Linux.

Kategoria tjetër është OS për kompjuterë personalë. Detyra e tyre është të ofrojnë një ndërfaqe miqësore për përdoruesit për një përdorues të vetëm. Sisteme të tilla përdoren gjerësisht në puna e përditshme... Sistemet kryesore operative në këtë kategori janë sistemet operative të platformës Windows, sistemet operative Linux dhe sistemi operativ kompjuterik Macintosh.

Një lloj tjetër OS është sistemet në kohë reale. Parametri kryesor i sistemeve të tilla është koha. Për shembull, në prodhimin e sistemeve të kontrollit, kompjuterët në kohë reale mbledhin të dhëna për një proces industrial dhe i përdorin ato për të kontrolluar pajisjet. Procese të tilla duhet të plotësojnë kërkesat strikte kohore. Nëse, për shembull, një makinë po lëviz përgjatë një rripi transportieri, atëherë çdo veprim duhet të kryhet në një pikë të përcaktuar rreptësisht në kohë. Nëse roboti i saldimit saldon shtresën shumë herët ose shumë vonë, kjo do të shkaktojë dëme të pariparueshme në pjesën e punës. VxWorks dhe QNX janë sisteme operative në kohë reale.

Sistemet operative të integruara përdoret në kompjuterë xhepi dhe pajisje shtëpiake. Një kompjuter xhepi është një kompjuter i vogël që futet në një xhep dhe ka një grup të vogël funksionesh, si p.sh. Libri i telefonit dhe bllok shënimesh. Sisteme të integruara që kontrollojnë funksionimin e pajisjeve Pajisje shtëpiake, nuk konsiderohen kompjuterë, por kanë të njëjtat karakteristika si sistemet në kohë reale dhe në të njëjtën kohë kanë kufizime të veçanta në madhësi, memorie dhe fuqi, gjë që i bën ata një klasë më vete. Shembuj të sistemeve të tilla operative janë PalmOS dhe Windows CE (Consumer Electronics).

Sistemet operative më të vogla funksionojnë kartat inteligjente, e cila është një pajisje me madhësinë e një karte krediti dhe që përmban një njësi qendrore përpunimi. Këto sisteme operative kanë kufizime shumë të ngushta të fuqisë së procesorit dhe kujtesës. Disa prej tyre mund të menaxhojnë vetëm një operacion, siç është pagesa elektronike, por sistemet e tjera operative kryejnë funksione më komplekse.

Klasifikimi i sistemeve operative.

Sistemet operative klasifikohen sipas:

Numri i përdoruesve të njëkohshëm: me një përdorues, me shumë përdorues;

Numri i proceseve të ekzekutuara në të njëjtën kohë nën kontrollin e sistemit: me një detyrë, me shumë detyra;

Numri i procesorëve të mbështetur: njëprocesor, multiprocesor;

Kodi i sistemit operativ bit: 8-bit, 16-bit, 32-bit, 64-bit;

Lloji i ndërfaqes: komanda (tekst) dhe i orientuar drejt objektit (grafik);

Lloji i aksesit të përdoruesit në kompjuter: me përpunim grupor, me ndarje kohore, në kohë reale;

Lloji i përdorimit të burimeve: rrjet, lokal.

Në përputhje me shenjën e parë të klasifikimit, sistemet operative me shumë përdorues, në ndryshim nga ato me një përdorues, mbështesin funksionimin e njëkohshëm të disa përdoruesve në një kompjuter në terminale të ndryshëm.

Karakteristika e dytë përfshin ndarjen e OS në multitasking dhe single-tasking. Koncepti i multitasking nënkupton mbështetje për ekzekutimin paralel të disa programeve që ekzistojnë brenda një sistemi kompjuterik në të njëjtën kohë. Sistemet operative me një detyrë të vetme mbështesin mënyrën e ekzekutimit të vetëm një programi në moment i veçantë koha.

Në përputhje me veçorinë e tretë, sistemet operative me shumë procesorë, në ndryshim nga ato me një procesor, mbështesin mënyrën e ndarjes së burimeve të disa procesorëve për zgjidhjen e një problemi të caktuar.

Karakteristika e katërt ndan sistemet operative në 8-, 16-, 32- dhe 64-bit. Kjo supozon se biti i sistemit operativ nuk mund të kalojë bitin e procesorit.

Në përputhje me veçorinë e pestë, OS-të ndahen në objekte të orientuara (zakonisht me një ndërfaqe grafike) dhe komanda (me një ndërfaqe të bazuar në tekst) sipas llojit të ndërfaqes së përdoruesit. Sipas veçorisë së gjashtë, OS ndahen në sisteme:

Përpunimi në grup, në të cilin nga programet që do të ekzekutohen, formohet një paketë (grumbull) detyrash, futet në kompjuter dhe kryhet sipas renditjes së përparësisë, mundësisht duke marrë parasysh përparësinë;

Ndarja e kohës (TSR), duke siguruar një mënyrë të njëkohshme dialogu (interaktive) të aksesit në një kompjuter për disa përdorues në terminale të ndryshëm, të cilëve u ndahen burimet e makinës nga ana tjetër, e cila koordinohet nga sistemi operativ në përputhje me një disiplinë të caktuar shërbimi. ;

Në kohë reale, duke siguruar një kohë të caktuar të garantuar të përgjigjes së makinës ndaj kërkesës së përdoruesit me kontrollin e çdo ngjarje, procesi ose objekti të jashtëm të kompjuterit.

Në përputhje me shenjën e shtatë të klasifikimit, sistemet operative ndahen në rrjet dhe lokal. Sistemet operative të rrjetit janë të dizajnuara për të menaxhuar burimet e kompjuterëve të lidhur në një rrjet me qëllim të ndarjes së të dhënave dhe ofrojnë mjete të fuqishme për të diferencuar aksesin në të dhëna në drejtim të garantimit të integritetit dhe sigurisë së tyre, si dhe shumë opsione shërbimi për përdorimin e burimeve të rrjetit. .

Në shumicën e rasteve, sistemet operative të rrjetit instalohen në një ose më shumë kompjuterë serverësh mjaft të fuqishëm të dedikuar vetëm për shërbimin e rrjetit dhe burimeve të përbashkëta. Të gjitha sistemet e tjera operative do të konsiderohen lokale dhe mund të përdoren në çdo Kompjuter personal si dhe në kompjuter të veçantë lidhur me rrjetin si stacion pune ose klient.

Komponentët e softuerit Sistemet operative sigurojnë kontrollin e llogaritjeve dhe zbatojnë funksione të tilla si planifikimi dhe shpërndarja e burimeve, kontrolli i input-outputit të informacionit, menaxhimi i të dhënave. Vëllimi i sistemit operativ dhe numri i programeve të tij përcaktohen kryesisht nga lloji i kompjuterëve të përdorur, kompleksiteti i mënyrave të funksionimit të kompjuterëve dhe avionëve, përbërja e mjeteve teknike, etj. Përdorimi i OS ju lejon të:

Rrit gjerësia e brezit Kompjuteri, d.m.th. një rritje në vëllimin e përgjithshëm të punës së kryer nga kompjuteri për njësi të kohës;

Reduktimi i kohës së përgjigjes së sistemit, d.m.th. zvogëlimi i intervalit kohor midis momenteve të marrjes së detyrave në kompjuter dhe momenteve të kohës për marrjen e rezultateve;

Monitorimi i performancës së harduerit dhe softuerit;

Ndihma e përdoruesve dhe operatorëve gjatë përdorimit të harduerit dhe softuerit, duke siguruar punën e tyre;

Menaxhimi i programeve dhe të dhënave gjatë kalkulimeve;

Sigurimi i përshtatjes së kompjuterit, fleksibiliteti i tij strukturor, i cili konsiston në aftësinë për të ndryshuar, rimbushur me pajisje dhe softuer të ri.

Një sistem operativ është një grup i mjeteve softuerike të sistemit dhe shërbimeve. Nga njëra anë, ai mbështetet në softuerin bazë kompjuterik të përfshirë në të Sistemi BIOS(sistemi bazë input-output); nga ana tjetër, ai vetë është shtylla kryesore e softuerit më shumë nivele të larta- aplikacionet e aplikuara dhe shumica e shërbimeve. Aplikacionet e sistemit operativ zakonisht quhen programe të dizajnuara për të punuar nën kontrollin e këtij sistemi.

Funksioni kryesor i të gjitha sistemeve operative është ndërmjetësues... Ai konsiston në ofrimin e disa llojeve të ndërfaqes:

Ndërfaqja ndërmjet përdoruesit dhe softuerit dhe harduerit të kompjuterit (ndërfaqja e përdoruesit);

Ndërfaqja ndërmjet softuerit dhe harduerit (ndërfaqja hardware-software);

Ndërfaqja ndërmjet llojeve të ndryshme të softuerit (ndërfaqja softuerike).

Edhe për një platformë harduerike, siç është IBM PC, ekzistojnë disa sisteme operative. Dallimet midis tyre konsiderohen në dy kategori: të brendshme dhe të jashtme. Dallimet e brendshme karakterizohen nga metodat e zbatimit të funksioneve kryesore. Dallimet e jashtme përcaktohen nga disponueshmëria dhe disponueshmëria e aplikacioneve të një sistemi të caktuar të nevojshëm për të përmbushur kërkesat teknike për një vend pune të caktuar.

Kriteret kryesore për qasjen ndaj zgjedhjes së një sistemi operativ:

Aktualisht, ekziston një numër i madh i sistemeve operative, dhe përdoruesi përballet me detyrën për të përcaktuar se cili sistem operativ është më i mirë se të tjerët (sipas një ose një kriteri tjetër). Natyrisht, nuk ka sisteme ideale, secila prej tyre ka avantazhet dhe disavantazhet e veta. Zgjedhja e një sistemi operativ, përdoruesi duhet të imagjinojë se si ky ose ai OS do t'i japë atij një zgjidhje për problemet e tij.

Për të zgjedhur një ose një tjetër OS, duhet të dini:

Cilat platforma harduerike dhe me çfarë shpejtësie funksionon OS;

Çfarë pajisje periferike mbështet OS;

Sa plotësisht i plotëson OS nevojat e përdoruesit, domethënë cilat janë funksionet e sistemit;

Cila është mënyra se si OS ndërvepron me përdoruesin, domethënë sa vizuale, e përshtatshme, e kuptueshme dhe e njohur për përdoruesin është ndërfaqja;

A ka sugjerime informative, udhëzues të integruar, etj .;

Cila është besueshmëria e sistemit, domethënë rezistenca e tij ndaj gabimeve të përdoruesit, dështimeve të pajisjeve, etj .;

Çfarë mundësish ofron OS për rrjetëzim;

A ofron OS përputhshmëri me sistemet e tjera operative;

Çfarë lloj mjetet ka një OS për zhvillimin e programeve aplikative;

A mbështet OS gjuhë të ndryshme kombëtare;

Cilat paketa të njohura aplikacionesh mund të përdoren kur punoni me këtë sistem;

Si kryhet mbrojtja e informacionit dhe vetë sistemit në OS.

1. Koncepti i OS. Funksionet kryesore të OS.

OS zakonisht kuptohet si një grup programesh kontrolli që hyjnë si një ndërfaqe midis pajisjeve kompjuterike dhe janë të dizajnuara për përdorimin më efikas të burimeve të sistemit informatikë, organizimin e llogaritjeve të besueshme. Çdo komponent i softuerit funksionon nën kontrollin e OS dhe asnjë nga komponentët e softuerit, me përjashtim të vetë OS, nuk ka qasje të drejtpërdrejtë në harduer.

Funksionet kryesore të OS janë:

1. Marrja e detyrave ose komandave nga përdoruesi.

2. Pritja dhe ekzekutimi i kërkesave të programit për fillimin, ndalimin dhe ndalimin e programeve të tjera.

4. Inicimi i programit (transferimi i kontrollit tek ai, si rezultat i të cilit procesori ekzekuton programin).

5. Identifikimi i të gjitha programeve dhe të dhënave.

6. Sigurimi i funksionimit të sistemit të menaxhimit të skedarëve dhe DBMS. gjë që rrit efikasitetin e të gjithë softuerit.

7. Sigurimi i mënyrës së shumëprogramimit, pra ekzekutimi i 2 ose më shumë programeve në 1 procesor, duke dhënë pamjen e ekzekutimit të tyre të njëkohshëm.

8. Menaxhimi i operacioneve hyrëse/dalëse.

9. Kënaqja e kufizimeve të vështira në kohë reale.

10. Alokimi i memories, organizimi i memories virtuale.

11. Planifikimi dhe caktimi i detyrave në përputhje me strategjinë e përcaktuar dhe disiplinat e shërbimit.

12. Shkëmbimi i mesazheve dhe i të dhënave ndërmjet programeve në ekzekutim.

13. Mbrojtja e programeve nga ndikimi i njëri-tjetrit. duke garantuar sigurinë e të dhënave.

14. Ofrimi i shërbimeve në rast dështimi të sistemit.

15. Sigurimi i funksionimit të sistemeve të programimit.

2. Ndërpret. Ndërpreni trajtimin.

Ndërprerjet janë një mekanizëm që ju lejon të koordinoni funksionimin paralel të pajisjeve individuale të një sistemi kompjuterik dhe t'u përgjigjeni kushteve të veçanta që lindin gjatë funksionimit të procesorit. Ndërprerjet janë një transferim i detyruar i kontrollit nga një program që funksionon në sistem, dhe përmes tij në mbajtësin përkatës të ndërprerjeve, i cili ndodh në një ngjarje të caktuar. Qëllimi kryesor i futjes së ndërprerjeve është zbatimi i një mënyre funksionimi asinkron dhe paralelizimi i funksionimit të pajisjeve individuale të kompleksit llogaritës. Mekanizmi i ndërprerjes zbatohet në harduer dhe softuer.

Strukturat e sistemeve të ndërprerjes mund të jenë shumë të ndryshme, por të gjitha ato kanë një veçori të përbashkët - një ndërprerje çon në mënyrë të pashmangshme në një ndryshim në rendin e ekzekutimit të udhëzimeve nga procesori. Mekanizmi i trajtimit të ndërprerjeve përfshin elementët e mëposhtëm:

1. Vërtetimi i faktit të ndërprerjes (marrja dhe identifikimi i sinjalit të ndërprerjes).

2. Memorizimi i gjendjes së procesit të ndërprerë (gjendja e procesit përcaktohet nga vlera e numëruesit të komandës, përmbajtja e regjistrit të procesorit, specifikimi i mënyrës: përdorues ose i privilegjuar)

3. Kontrolli transferohet në harduer në rutinën e ndërprerjes. Në këtë rast, adresa fillestare e rutinës së trajtimit të ndërprerjeve futet në numëruesin e komandës dhe nga fjala e statusit në regjistrat përkatës. ???

4. Ruajtja e informacionit të programit të ndërprerë, i cili nuk mund të ruhej nga veprimet e pajisjeve.

5. Ndërpreni trajtimin. Puna mund të kryhet nga e njëjta nënrutinë në të cilën kontrolli u transferua në hapin e 3-të, por në OS, ky përpunim më së shpeshti zbatohet duke thirrur përkatësin. nënprogramet.

6. rikuperimi i informacionit në lidhje me procesin e ndërprerë.

7. Kthehuni te programi i ndërprerë.

3 hapat e parë zbatohen në harduer dhe pjesa tjetër janë në softuer.

Funksionet kryesore të mekanizmit të ndërprerjes janë:

1. Njohja ose klasifikimi i ndërprerjeve.

2. Transferimi i kontrollit te mbajtësi i ndërprerjeve.

3. Kthimi i saktë në programin e ndërprerë

Kalimi nga programi i ndërprerë te mbajtësi dhe mbrapa duhet të bëhet sa më shpejt që të jetë e mundur. Nje nga metoda të shpejtaështë përdorimi i sodit tavoline. lista e të gjitha ndërprerjeve të lejuara për kompjuterin dhe adresat, përkatësisht. trajtuesit. Për t'u kthyer saktë në programin e ndërprerë, përpara transferimit të kontrollit te mbajtësi, përmbajtja e regjistrave të procesorit ruhet ose në memorie direkte ose në stivën e sistemit.

Ndërprerja e shërbimit. Prania e një sinjali ndërprerjeje nuk duhet të shkaktojë ndërprerje të një programi që funksionon; procesori mund të ketë një sistem mbrojtjeje nga ndërprerja: çaktivizoni sistemin e ndërprerjes ose ndaloni ose maskoni sinjalet individuale të ndërprerjes. Kontrolli i programit me këto mjete lejon OS të rregullojë përpunimin e sinjaleve të ndërprerjes. Procesori mund të përpunojë ndërprerjet menjëherë pas mbërritjes së një ndërprerjeje, të shtyjë përpunimin e tyre për ca kohë dhe t'i injorojë plotësisht ato. Zakonisht, operacionet e ndërprerjes kryhen vetëm pasi të ketë përfunduar ekzekutimi i komandës aktuale. Meqenëse sinjalet e ndërprerjes ndodhin në kohë arbitrare, mund të ketë disa sinjale ndërprerje në kohën e ndërprerjes, të cilat mund të përpunohen vetëm në mënyrë sekuenciale. Për të trajtuar ndërprerjet në një mënyrë të arsyeshme, ato janë të prioritizuara. Programet, që kontrollojnë regjistrat specialë të maskës, ju lejojnë të zbatoni disiplina të ndryshme shërbimi:

1) me prioritet relativ. Në të njëjtën kohë, shërbimi nuk ndërpritet edhe nëse ka kërkesa me prioritete më të larta. pas përfundimit të shërbimit të kësaj kërkese Kërkesa (aktuale) me prioritet më të lartë shërbehet. Për të organizuar një disiplinë të tillë, është e nevojshme të aplikoni maska ​​për të gjitha ndërprerjet e tjera në programin e shërbimit për këtë kërkesë, ose thjesht të çaktivizoni sistemin e ndërprerjeve.

2) me prioritet absolut. Detyrat me prioritetin më të lartë shërbehen gjithmonë. Për të zbatuar këtë disiplinë, të gjitha ndërprerjet me përparësinë më të ulët maskohen kur kërkohet trajtimi i ndërprerjeve. Në këtë rast, një ndërprerje me shumë nivele është e mundur, domethënë një ndërprerje e mbajtësit të ndërprerjeve. Numri i niveleve të ndërprerjeve në këtë modalitet ndryshon dhe varet nga përparësia e kërkesës sipas parimit të stackit: LCFS - i fundit vjen i pari, domethënë një kërkesë me prioritet më të lartë mund të ndërpresë një kërkesë me prioritet më të ulët. Kur shfaqet një kërkesë për ndërprerje, sistemi i ndërprerjes identifikon sinjalin dhe nëse ndërprerjet janë të aktivizuara, atëherë kontrolli transferohet në atë përkatës. mbajtës i ndërprerjeve.

Seksionet e shërbimit, në të cilat ruhet konteksti i detyrës së ndërprerë dhe seksioni i fundit në të cilin konteksti rikthehet në mënyrë që sistemi i ndërprerjes të mos reagojë sërish ndaj sinjalit të kërkesës për ndërprerje. Ky sistem ndërprerje çaktivizon automatikisht ndërprerjet, ndaj është e nevojshme të ri-aktivizohet ky shërbim i ndërprerjeve në rutinat e ndërprerjeve. Pra, për kohëzgjatjen e seksionit qendror të përpunimit të ndërprerjeve, aktivizohen ndërprerjet, për kohëzgjatjen e funksionimit të seksionit përfundimtar, nënprogrami i përpunimit të ndërprerjeve duhet të çaktivizohet dhe pas rivendosjes së kontekstit të detyrës së ndërprerë, duhet të aktivizohet përsëri. Këto veprime duhet të kryhen në çdo përpunim të ndërprerjes. Në shumë sisteme operative, 1 seksion i përpunimit të ndërprerjeve ndahet në një modul të veçantë programi të quajtur. ndërpres mbikëqyrësin.

3. Cili është ndryshimi midis moduleve të softuerit të rihyrës dhe të rindërprerë. Si zbatohen ato.

1. Çfarë është një sistem i menaxhimit të skedarëve (FMS)?

Emërimi i SUF-së.

Organizimi i aksesit më të përshtatshëm në të dhënat e organizuara si skedarë. Në vend të aksesit të nivelit të ulët në të dhëna - duke treguar adresën fizike të çdo regjistrimi - përdoret qasja logjike, duke treguar emrin e skedarit dhe rekordin në të.

Një numër i sistemeve operative ju lejojnë të punoni me disa SUF, në këtë rast ata flasin për të montuar sistemet e skedarëve... Ka edhe sisteme operative që punojnë pa SUF, d.m.th. çdo sistem i menaxhimit të skedarëve nuk është i nevojshëm në vetvete, ai është krijuar për të punuar në një CO specifike dhe një sistem skedar specifik.

2. Ndërprerje të jashtme, të brendshme dhe softuerike.

Ndërprerjet që rrjedhin nga puna e zbritjes sistemet mund të ndahen në të jashtme dhe të brendshme. Ndërprerjet e jashtme shkaktohen nga ngjarje asinkrone që ndodhin jashtë procesit që ndërpritet. Shembull - interrupt timer, interrupt from pajisje të jashtme, ndërprerja e hyrjes / daljes, ndërprerja e rrymës, ndërprerja e panelit të operatorit, ndërprerja nga një procesor tjetër ose OS tjetër.

Ndërprerjet e brendshme shkaktohen nga ngjarje që lidhen me funksionimin e procesorit dhe janë sinkron me operacionet e tij. Për shembull: në rast të shkeljes së adresimit (kur specifikohet një adresë e ndaluar ose jo-ekzistente) ose akses në një segment ose faqe që mungon gjatë organizimit të memories virtuale; nëse ka një kombinim 2-shifror të papërdorur në fushën e kodit të operacionit; kur pjesëtohet me 0; tejmbushja ose zhdukja e rendit; kur zbulohen gabimet e barazisë, gabimet në funksionimin e pajisjeve të ndryshme të pajisjes me anë të kontrollit.

Softueri ndërpritet. Këto ndërprerje ndodhin në komandën përkatëse të ndërprerjes, domethënë në këtë komandë, procesori kryen të njëjtat veprime si gjatë ndërprerjeve normale të brendshme. Ky mekanizëm u prezantua posaçërisht në mënyrë që kalimi në modulet e programit të sistemit të ndodhë jo vetëm si një kalim në një nënprogram, por saktësisht në të njëjtën mënyrë si në ndërprerjet e zakonshme. Kjo siguron ndërrimi automatik procesori në modalitetin e privilegjuar me aftësinë për të ekzekutuar çdo komandë. Sinjalet që shkaktojnë ndërprerje gjenerohen jashtë procesorit ose në vetë procesorin dhe mund të ndodhin njëkohësisht. Zgjedhja e njërit prej tyre për përpunim bazohet në prioritetin e caktuar për çdo lloj ndërprerjeje. Kontabiliteti i prioritetit të ndërprerjeve mund të ndërtohet mjete teknike, dhe gjithashtu të përcaktohet nga OS.