Операционная система — (ОС), комплекс программ, постоянно находящихся в памяти компьютера, организующих работу устройств компьютера, загрузку и выполнение прикладных программ, взаимодействие (интерфейс) компьютера с пользователем. Операционная система относится к классу программного обеспечения (software) и обеспечивает работу аппаратных средств (hardware). Операционная система относится к системному программному обеспечению и разрабатывается системными программистами. 2
В самом общем виде можно представить компьютерную систему так: 3
Физические устройства представляют собой аппаратное обеспечение компьютера ( процессор, платы, диски, устройства ввода / вывода информации ). Микроархитектуру составляют регистры процессора, арифметико-логическое устройство (АЛУ). С их помощью осуществляются простейшие операции над данными – сложение, вычитание, перенос данных из памяти в регистр и обратно, логические операции. Такие простейшие действия реализуются с помощью микропрограмм. Машинный язык или система команд процессора представляет собой набор инструкций, с помощью которых происходит обработка данных. Эти инструкции представляют собой программные конструкции более высокого уровня по сравнению с микропрограммами. 4
5 Назначение ОС Типичная операционная система имеет следующие назначения : скрывает от пользователя сложность аппаратных и микропрограммных уровней компьютера ; обеспечивает удобную работу пользователям ; распределяет ресурсы между пользователями и программами. ОС выступает для пользователя как в роли виртуальной вычислительной машины с упрощенной архитектурой, так и в роли менеджера ресурсов ( память, процессорное время ).
6 Основные функции ОС Существует две основных функции ОС: Выступать в роли виртуальной машины Выступать в роли менеджера ресурсов
7 Основные задачи ОС : Скрывать от пользователя компьютера и прикладных программ аппаратные особенности технических средств Скрывать от пользователя и прикладных программ сложность микроархитектурного уровня с его сотнями команд и параметров Обеспечивать программам иллюзию единоличного '' владения '' компьютером Предоставлять удобный пользовательский интерфейс ( командный или графический ) О сновные задачи ОС, как менеджера ресурсов Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение. Управление оперативной памятью ( распределение между процессами ). Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях ( таких как жёсткий диск, компакт-диск и т. д.) Сетевые операции, поддержка стека протоколов.
8 Дополнительные функции ОС Помимо основных функций, ОС выполняет дополнительные : Взаимодействие между процессами : обмен данными, взаимная синхронизация. Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей ( злонамеренных или по незнанию ) или приложений. Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы ( аутентификация, авторизация ).
9 Системные вызовы ( system calls ) – это интерфейс между операционной системой и пользовательской программой. Они создают, удаляют и используют различные объекты, главные из которых – процессы и файлы. Имеются библиотеки процедур, которые загружают машинные регистры определенными параметрами и осуществляют прерывание процессора, после чего управление передается обработчику данного вызова, входящему в ядро операционной системы.
10 Прерывание ( hardware interrupt ) – это событие, генерируемое внешним (по отношению к процессору) устройством. Посредством аппаратных прерываний аппаратура либо информирует центральный процессор о том, что произошло какое-либо событие, требующее немедленной реакции (например, пользователь нажал клавишу), либо сообщает о завершении асинхронной операции ввода-вывода (например, закончено чтение данных с диска в основную память). Важный тип аппаратных прерываний – прерывания таймера, которые генерируются периодически через фиксированный промежуток времени и используются операционной системой при планировании процессов.
11 Асинхронное событие – возникает независимо от того, какой код выполняется процессором в данный момент Аппаратное прерывание – это асинхронное событие. Исключительная ситуация ( exception ) – событие, возникающее в результате попытки выполнения программой команды, которая по каким-то причинам не может быть выполнена до конца. Примерами таких команд могут быть попытки доступа к ресурсу при отсутствии достаточных привилегий или обращения к отсутствующей странице памяти. Исключительные ситуации, как и системные вызовы, являются синхронными событиями, возникающими в контексте текущей задачи. Исключительные ситуации можно разделить на исправимые и неисправимые.
12 Файл - именованная часть пространства на носителе информации. Главная задача файловой системы ( file system ) – скрытие особенностей ввода-вывода и возможность дать программисту простую абстрактную модель файлов, независимых от устройств. Для чтения, создания, удаления, записи, открытия и закрытия файлов также имеется обширная категория системных вызовов (создание, удаление, открытие, закрытие, чтение и т.д.). Пользователям хорошо знакомы такие связанные с организацией файловой системы понятия, как каталог, текущий каталог, корневой каталог, путь. Для манипулирования этими объектами в операционной системе имеются системные вызовы. Каталог – файл специального вида, содержащий информацию о других файлах и каталогах.
