Операционные системы
Операционная система, сокращенно ОС (operating system, OS) — комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем.
Операционная система является системным программным обеспечением, благодаря которому приводится в действие технические средства компьютера. Это программное обеспечение координирующее работу ЭВМ и производящее управление другими программными модулями посредством скоординированной последовательности операций.
Короткий видеоурок на тему "Операционные системы".
История операционных системы Windows
Шесть основных функций, которые выполняли классические операционные системы в процессе своей эволюции:
1. Планирование заданий и использования процессора.
2. Обеспечение программ средствами коммуникации и синхронизации.
3. Управление памятью.
4. Управление файловой системой.
5. Управление вводом-выводом.
6. Обеспечение безопасности
Каждая из приведенных функций обычно реализована в виде подсистемы, являющейся структурным компонентом ОС. В каждой конкретной операционной системе эти функции реализовывались по-своему, в различном объеме. Они не были придуманы как составные части деятельности операционных систем изначально, а появились в процессе развития, по мере того, как вычислительные системы становились удобнее, эффективнее и безопаснее.
Классификация ОС по нескольким основным признакам.
I. Особенности алгоритмов управления ресурсами
От эффективности алгоритмов управления локальными ресурсами компьютера во многом зависит эффективность всей сетевой ОС в целом.
В зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором, операционные системы делят на:
многозадачные и однозадачные,
многопользовательские и однопользовательские,
на системы, поддерживающие многонитевую обработку и не поддерживающие ее,
на многопроцессорные и однопроцессорные системы.
Поддержка многозадачности
По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могут быть разделены на два класса:
однозадачные (например, MS-DOS, MSX) и многозадачные (OC EC, OS/2, UNIX, Windows 95)
Однозадачные ОС в основном выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером.
Многозадачные ОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.
Поддержка многопользовательского режима.
По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:
однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);
многопользовательские (UNIX, Windows NT).
II. Особенности аппаратных платформ
На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают аппаратные средства, на которые она ориентирована.
По типу аппаратуры различают операционные системы:
персональных компьютеров,
мини-компьютеров,
мейнфреймов,
кластеров и сетей ЭВМ.
III. Особенности областей использования
Многозадачные ОС подразделяются на три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:
системы пакетной обработки (например, OC EC),
системы разделения времени (UNIX, VMS),
системы реального времени (QNX, RT/11).
Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени
Системы разделения времени.. Каждому пользователю системы разделения времени предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант выбран достаточно небольшим, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них единолично использует машину.
Системы реального времени применяются для управления различными техническими объектами, такими, например, как станок, спутник, научная экспериментальная установка или технологическими процессами, такими, как гальваническая линия, доменный процесс и т.п. Критерием эффективности для систем реального времени является их способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запуском программы и получением результата (управляющего воздействия). Это время называется временем реакции системы, а соответствующее свойство системы - реактивностью. Для этих систем мультипрограммная смесь представляет собой фиксированный набор заранее разработанных программ, а выбор программы на выполнение осуществляется исходя из текущего состояния объекта или в соответствии с расписанием плановых работ.
Организация данных в ОС
Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем или поименованная область на машинных носителях.
Для обращения к файлу используется имя файла.
ИМЯ ФАЙЛА: имя.тип
В MS DOS на имя файла отводится 8 символов, а на его расширение – 3 символа. Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита.
С появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие «длинного» имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для создания содержательных имен файлов.. «Длинное» имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных:\ / : * ? “ < > |
В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Имя файла заканчивается расширением, состоящим из трех символов.
Расширение используется для классификации файлов по типу.
Расширения имен файлов определяют их тип, то есть принадлежности к тем или иным программам, способы создания и назначения. То есть, в большинстве случаев, по расширению файла можно понять, какого рода информацию он содержит. Например:
exe, bat, com, msi – как правило, такие расширения имеют программы и исполняемые файлы.
sys, dll – системные файлы и библиотеки.
txt – файлы, содержащие внутри себя текст.
doc, docx– текстовые файлы, созданные в Word.
xls, xlsx – файлы Excel.
jpg, tif, bmp, gif, png – графические файлы (фотографии, картинки).
avi, mov, wmv, mkv – видеофайлы (фильмы, ролики).
mp3, wav, wma– звуковые файлы (музыкальные композиции, звуковые дорожки).
Атрибуты файла — это дополнительная информация, относящаяся к данному файлу. Исторически атрибуты были введены в самых ранних версиях операционной системы MS DOS.
Существуют следующие атрибуты файла:
Только чтение (R) - указывает, что данный файл не подлежит изменению. При установке этого атрибута для файла в него невозможно внести изменения. Например, вы сможете открыть текстовый документ с таким атрибутом в Блокноте, внести в него изменения, но при попытке сохранения появится сообщение об ошибке.
Атрибут Только чтение застрахует файлы от изменения, но не спасет их от удаления.
Архивный (А) - может использоваться программами резервного копирования, как знак того, что данный файл изменялся Данный атрибут не имеет особого значения для системы, а используется некоторыми программами архивации.
Скрытый (Н) - указывает, что файл не следует отображать в обычном окне папки. Файлы с таким атрибутом не отображаются в окне Проводника. Некоторые системные файлы Windows являются скрытыми, чтобы пользователи не могли их переместить или удалить. Хотя по умолчанию скрытые файлы и не видны, вы можете разрешить их отображение на вкладке Вид окна Параметры папок, установив переключатель Скрытые файлы и папки в положение Показывать скрытые файлы, папки и диски.
Установка этих атрибутов позволяет задействовать соответствующие возможности файловой системы:
Разрешить индексировать содержимое этого файла в дополнение к свойствам файла. Разрешает индексирование текста файла службой индексирования.
Сжимать содержимое для экономии места на диске. Разрешает сжимать файл средствами NTFS.
Шифровать содержимое для защиты данных. Надежный способ защитить конфиденциальные данные, даже если компьютер попадет в руки злоумышленников.
К атрибутам также относятся:
Время создания.
Дата создания.
Дата последнего доступа.
Время последней модификации.
Дата последней модификации.
Номер начального кластера файла в таблице расположения файлов.
Размер файла.
Файловая структура
Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Развитые операционные системы имеют иерархическую — многоуровневую файловую структуру, организованную в виде дерева.
Используется древовидная структура каталогов – дерево каталогов. Иерархическая структура – структура системы, части (компоненты) которой связаны отношениями включения или подчинения.
Иерархическая структура изображается ориентированным деревом, в котором вершины соответствуют компонентам, а дуги – связям.
Ориентированное дерево – это граф с выделенной вершиной (корнем), в котором между корнем и любой вершиной существует единственный путь. При этом возможны два варианта ориентации: либо все пути ориентированы от корня к листьям, либо все пути ориентированы от листьев к корню.
Каталог (директория) - группа файлов, объединенных по какому-либо признаку.
Различают два состояния каталога – текущее (активное) и пассивное.
Текущий (активный) каталог – каталог, в котором работа пользователя производится в текущее машинное время.
Пассивный каталог – каталог, с которым в данный момент времени нет связи.
Типы каталогов:
Корневой (главный) каталог – имеется на каждом диске, создается при форматировании диска, имеет ограниченный размер и не может быть
удален средствами MS DOS. В корневой каталог входят другие каталоги и файлы, созданные командами ОС.
Родительский каталог – каталог, имеющий подкаталоги.
Подкаталог – каталог, который входит в другой каталог.
Для того, чтобы найти имеющиеся файлы в данной иерархической файловой системе надо указать путь к файлу. В путь к файлу входят записываемые через разделитель \ логическое имя диска и последовательность имен воженных друг в друга каталогов, в последнем из которых содержится нужный файл.
Например, пути к файлам можно записать следующим образом:
C:\TEXT\ Proba.txt
C:\GAMES\CHESS\Chess.exe
Путь файла вместе с именем файла называют полным именем файла.
Полное имя файла: имя диска\путь\имя файла
Путь – цепочка соподчиненных каталогов, которую необходимо пройти к каталогу, где зарегистрирован искомый файл.
Файловая система – часть операционной системы, управляющая размещением и доступом к файлам и каталогам на диске.
Файловая система FAT
Файловая система FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов) получила свое название благодаря простой таблице, в которой указываются: непосредственно адресуемые участки логического диска, отведенные для размещения в них файлов или их фрагментов; свободные области дискового пространства; дефектные области диска (эти области содержат дефектные участки и не гарантируют чтение и запись данных без ошибок).
Файловая система HPFS
Файловая система HPFS (High Performance File System — высокопроизводительная файловая система) впервые появилась в операционных системах OS/2 1.2 и LAN Manager.
Система NTFS обладает определенными средствами самовосстановления. Она поддерживает различные механизмы проверки целостности системы, включая ведение журналов транзакций, позволяющих воспроизвести файловые операции записи по специальному системному журналу. При протоколировании файловых операций система управления файлами фиксирует в специальном служебном файле (журнале) происходящие изменения. Если обнаруживается сбой при чтении данных, то система постарается прочесть эти данные, переписать их в специально зарезервированное для этой цели пространство диска, а дефектные сектора пометить как плохие и более к ним не обращаться
Безопасность на уровне файлов и каталогов - разрешения доступа к томам, каталогам и файлам могут зависеть от учетной записи пользователя и тех групп, к которым он принадлежит.
Задания для лекции
Задание 1
Заполнить таблицу сравнительной характеристики предложенных операционных систем. Критерии определить самостоятельно. Для поиска информации воспользоваться ресурсами сети Интернет.
Задание 2
Составьте свой топ 5 операционных систем. Укажите основную характеристику каждой ОС, аргументируйте ее место в вашем топе. ОС можно указать как для ПК, так и для других устройств.