Вопрос 30. Операционные системы: назначение, классификация, примеры.

Операционные системы относятся к системному программному обеспечению. Все программное обеспечение разделяется на системное и прикладное. К системному программному обеспечению принято относить такие программы и комплексы программ, которые являются общими, без которых невозможно выполнение или создание других программ. История появления и развития системного программного обеспечения началась с того момента, когда люди осознали, что любая программа требует операций ввода-вывода данных. Это произошло в далекие 50-е годы прошлого столетия. Собственно операционные системы появились чуть позже.

Операционная система (ОС) - это упорядоченная последовательность системных управляющих программ совместно с необходимыми информационными массивами, предназначенная для планирования исполнения пользовательских программ и управления всеми ресурсами вычислительной машины (программами, данными, аппаратурой, и др.) с целью предоставления возможности пользователям эффективно (в некотором смысле) решать задачи, сформулированные в терминах вычислительной системы.

Вообще, ОС - это довольно расплывчатое понятие, опирающееся на определенные традиции, параметры оборудования, размеры программ, реализующих определенные функции, а также распределение

- обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение

- обеспечивать работу с устройствами долговременной памяти, такими как магнитные диски, ленты, оптические диски и т.д.

Существуют ОС, функции которых этим и исчерпываются. Одна из хорошо известных систем такого типа - дисковая операционная система MS DOS.

Более развитые ОС предоставляют также следующие возможности:

параллельное (точнее, псевдопараллельное, если машина имеет только один процессор) исполнение нескольких задач

распределение ресурсов компьютера между задачами

организация взаимодействия задач друг с другом

взаимодействие пользовательских программ с нестандартными внешними устройствами

организация межмашинного взаимодействия и разделения ресурсов

защита системных ресурсов, данных и программ пользователя, исполняющихся процессов и самой себя от ошибочных и зловредных действий пользователей и их программ

Назначение операционной системы

Операционная система (ОС) - это комплекс программного обеспечения, предназначенный для снижения стоимости программирования, упрощения доступа к системе, повышения эффективности работы.

Цель создания операционной системы - получить экономический выигрыш при использовании системы, путем увеличения производительности труда программистов и эффективности работы оборудования.

Функции операционной системы:

- связь с пользователем в реальном времени для подготовки устройств к работе, переопределение конфигурации и изменения состояния системы.

- выполнение операций ввода-вывода; в частности, в состав операционной системы входят программы обработки прерываний от устройств ввода-вывода, обработки запросов к устройствам ввода-вывода и распределения этих запросов между устройствами.

- управление памятью, связанное с распределением оперативной памяти между прикладными программами.

- управление файлами; основными задачами при этом являются обеспечение защиты, управление выборкой и сохранение секретности хранимой информации.

- обработка исключительных условий во время выполнения задачи

- появление арифметической или машинной ошибки, прерываний, связанных с неправильной адресацией или выполнением привилегированных команд.

- вспомогательные, обеспечивающие организацию сетей, использование служебных программ и языков высокого уровня.

Вариантов классификации ОС может быт очень много, они зависят от признака, по которому одна ОС отличается от другой: 
- по назначению; 
- по режиму обработки; 
- по способу взаимодействия с системой; 
- по способу построения. 
Основным предназначением ОС является: 
- организация эффективных и надежных вычислений; 
- создание различных интерфейсов для взаимодействия с этими вычислениями и самой вычислительной системой. 
ОС разделяют по назначению: 
- ОС общего назначения; 
- ОС специально назначения. 
ОС специального назначения подразделяются на следующие: 
- для переносимых компьютеров и встроенных систем; 
- для организации и ведения баз данных; 
- для решения задач реального времени и т.д. 
ОС разделяют по режиму обработки задач: 
- однопрограммный режим; 
- мультипрограммный режим. 
Мультипрограммирование – способ организации вычислений, когда на однопроцессной вычислительной системе создается видимость одновременного выполнения нескольких задач. Любая задержка в выполнении одной программы используется для выполнения других программ. 
Мультипрограммный и многозадачный режимы близки по смыслу, но синонимами не являются. 
Мультипрограммный режим обеспечивает параллельное выполнение нескольких приложений, а программисты, создающие эти приложения, не должны заботиться о механизме организации их параллельной работы. Эти функции выполняет ОС, которая распределяет между выполняющимися приложениями ресурсы вычислительной системы, обеспечивает необходимую синхронизацию вычислений и взаимодействие. 
Мультизадачный режим предполагает, что забота о параллельном выполнении и взаимодействии приложений ложится на прикладных программистов. 
Современные ОС для ПК реализуют и мультипрограммный, и многозадачный режимы. 
По организации работы в диалоговом режиме ОС делятся на следующие: 
- однопользовательские (однотерминальные); 
- мультитерминальные. 
В мультитерминальных ОС с одной вычислительной системой одновременно могут работать несколько пользователей, каждый со своего терминала, при этом у пользователей возникает иллюзия, что у него имеется своя собственная вычислительная система. Для организации мультитерминального доступа необходим мультипрограммный режим работы вычислительной системы. 
Основная особенность операционных систем реального времени (ОСРВ) – обеспечение обработки поступающих заданий в течение заданных интервалов времени, которые нельзя превышать. Поток заданий не является планомерным и не регулируется оператором, т.е. задания поступают в непредсказуемые моменты времени и без всякой очередности. В ОСРВ в общем случае отсутствуют накладные расходы процессорного времени на этап инициирования (загрузку программы, выделение ресурсов), так как набор задач обычно фиксирован и вся информация о задаче известна до поступления запроса. Для реализации режима реального времени необходим режим мультипрограммирования, который является основным средством повышения производительности вычислительной системы, а для задач реального времени производительность – решающий фактор. Лучшие по производительности характеристики для систем реального времени обеспечивают однотерминальные ОСРВ. 
По способам построения (архитектуре) ОС подразделяются на следующие: 
- микроядерные; 
- монолитные. 
Это деление условно. К микроядерным ОС относится ОСРВ QNX, а к монолитным – Windows 9x и Linux. Для ОС Windows 9x пользователь не может изменить ядро, так как не располагает исходными кодами и программой сборки ядра. Для ОС Linux такая возможность предоставлена, пользователь может сам собрать ядро, включив в него необходимые программные модули и драйверы.