Назначение и основные функции операционных систем. Состав операционной системы

Доброго времени суток уважаемый пользователь. На этой страничке мы поговорим на такие темы, как: Назначение и основные функции операционных систем. Состав операционной системы.

Операционная система (ОС) – это комплекс взаимосвязанных системных программ для организации взаимодействия пользователя с компьютером и выполнения всех других программ. ОС относятся к составу системного программного обеспечения и являются основной его частью. Операционные системы: MS DOS 7.0, Windows Vista Business, Windows 2008 Server, OS/2, UNIX, Linux.

Основные функции ОС:

• управление устройствами компьютера (ресурсами), т.е. согласованная работа всех аппаратных средств ПК: стандартизованный доступ к периферийным устройствам, управление оперативной памятью и др.
• управление процессами, т.е. выполнение программ и их взаимодействие с устройствами компьютера.
• управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жесткий диск, компакт-диск и т.д.), как правило, с помощью файловой системы.
• ведение файловой структуры.
• пользовательский интерфейс, т.е. диалог с пользователем.

Дополнительные функции:

• параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
• взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
• защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от злонамеренных действий пользователей или приложений.
• разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).

Состав операционной системы

В общем случае в состав ОС входят следующие модули:

• Программный модуль, управляющий файловой системой.
• Командный процессор, выполняющий команды пользователя.
• Драйверы устройств.
• Программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс.
• Сервисные программы.
• Справочная система.

Драйвер устройства (device driver) – специальная программа, обеспечивающая управление работой устройств и согласование информационного обмена с другими устройствами.

Командный процессор (command processor) – специальная программа, которая запрашивает у пользователя команды и выполняет их (интерпретатор программ).

Интерпретатор команд отвечает за загрузку приложений и управление информационным потоком между приложениями.

Для упрощения работы пользователя в состав современных ОС входят программные модули, обеспечивающие графический пользовательский интерфейс.
Процесс работы компьютера в определенном смысле сводится к обмену файлами между устройствами. В ОС имеется программный модуль, управляющий файловой системой.

Сервисные программы позволяют обслуживать диски (проверять, сжимать, дефрагментировать и др.), выполнять операции с файлами (копирование, переименование и др.), работать в компьютерных сетях.

Для удобства пользователя в состав ОС входит справочная система, позволяющая оперативно получить необходимую информацию о функционировании как ОС в целом, так и о работе ее отдельных модулей.

Примечание

Состав модулей ОС, а также их количество зависит от семейства и вида ОС. Так, например, в ОС MS DOS отсутствует модуль, обеспечивающий графический пользовательский интерфейс.

Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:

1. Ядро – это модули, выполняющие основные функции ОС.
2. Вспомогательные модули, выполняющие вспомогательные функции ОС. Одним из определяющих свойств ядра является работа в привилегированномрежиме.

Модули ядра выполняют следующие базовые функции ОС: Управление процессами, Управление системой прерываний, Управление памятью, управление устройствами ввода-вывода, Функции, решающие внутрисистемные задачи организации вычислительного процесса: переключение контекстов, загрузка/вы­грузка страниц, обработка прерываний. Эти функции недоступны для приложе­ний. Функции, служащие для поддержки приложений, создавая для них так называемую прикладную программную среду.

Приложения могут обращаться к ядру с запросами – системными вызовами – для выполнения тех или иных действий: для открытия и чтения файла, вывода графической информации на дисплей, получения системного времени и т.д. Функции ядра, которые могут вызываться приложениями, образуют интерфейс прикладного программирования – API (Application programming interface).

Пример.
Базовый код API Win32 содержится в трех библиотеках динамической загрузки (Dynamic Link Library, DLL): USER32, GDI32 и KERNEL32.

Kernel — модуль Windows, который поддерживает низкоуровневые функции по работе с файлами и управлению памятью и процессами. Этот модуль обеспечивает сервис для 16- и 32-разрядных приложений.
GDI (Graphics Device Interface) — модуль Windows, обеспечивающий реализацию графических функций по работе с цветом, шрифтами и графическими примитивами для дисплея и принтеров.
User — модуль Windows, который является диспетчером окон и занимается созданием и управлением отображаемыми на экране окнами, диалоговыми окнами, кнопками и другими элементами пользовательского интерфейса.
Ядро является движущей силой всех вычислительных процессов в компьютерной системе, и крах ядра равносилен краху всей системы, без него ОС является полностью неработоспособной и не сможет выполнить ни одну из своих функций. Поэтому разработчики операционной системы уделяют особое внимание надежности кодов ядра, в результате процесс их отладки может растягиваться на многие месяцы.

Обычно ядро оформляется в виде программного модуля некоторого специального формата, отличающегося от формата пользовательских приложений.
Вспомогательные модули ОС выполняют вспомогательные функции ОС (полезные, но менее обязательные чем функции ядра).

Примеры вспомогательных модулей:

• Программа архивирования данных.
• Программа дефрагментации диска.
• Текстовый редактор.

Вспомогательные модули ОС оформляются либо в виде приложений, либо в виде библиотек процедур. Вспомогательные модули ОС подразделяются на следующие группы:

утилиты – программы, решающие задачи управления и сопровождения компьютерной системы: обслуживание дисков и файлов.

системные обрабатывающие программы – текстовые или графические редакторы, компиляторы, компоновщики, отладчики.

программы предоставления пользователю дополнительных услуг пользовательского интерфейса (калькулятор, игры).

библиотеки процедур различного назначения, упрощающие разработку при­ложений (библиотека математических функций, функций ввода-вывода).

Как и обычные приложения, для выполнения своих задач утилиты, обрабатывающие программы и библиотеки ОС, обращаются к функциям ядра посредством системных вызовов.
Функции, выполняемые модулями ядра, являются наиболее часто используемыми функциями операционной системы, поэтому скорость их выполнения определяет производительность всей системы в целом. Для обеспечения высокой скорости работы ОС все модули ядра или большая их часть постоянно находятся в оперативной памяти, то есть являются резидентными.

Вспомогательные модули обычно загружаются в оперативную память только на время выполнения своих функций, то есть являются транзитными. Такая организация ОС экономит оперативную память компьютера.

Примечание

Разделение операционной системы на ядро и вспомогательные модули обеспечивает легкую расширяемость ОС. Чтобы добавить новую высокоуровневую функцию, достаточно разработать новое приложение, и при этом не требуется модифицировать основные функции, образующие ядро системы.

ОС Windows. Назначение и функции операционной системы

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

Назначение операционной системы можно разделить на четыре основные составляющие Организация (обеспечение) удобного интерфейса между приложениями и пользователями, с одной стороны, и аппаратурой компьютера – с другой. Вместо реальной аппаратуры компьютера ОС представляет пользователю расширенную виртуальную машину, с которой удобнее работать и которую легче программировать.

2. Организация эффективного использования ресурсов компьютера. ОС не только представляет пользователям и программистам удобный интерфейс к аппаратным средствам компьютера, но и является своеобразным диспетчером ресурсов компьютера. К числу основных ресурсов современных вычислительных систем относятся процессоры, основная память, таймеры, наборы данных, диски, накопители, принтеры, сетевые устройства, и др. Эти ресурсы определяются операционной системой между выполняемыми программами. В отличие от программы, которая является статическим объектом, выполняемая программа – это динамический объект, он называется процессом и является базовым понятием современных ОС.

3. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы. Ряд операционных систем имеет в своем составе наборы служебных программ, обеспечивающие резервное копирование, архивацию данных, проверку, очистку и дефрагментацию дисковых устройств и др.

Кроме того, современные ОС имеют достаточно большой набор средств и способов диагностики и восстановления работоспособности системы. Сюда относятся:

— диагностические программы для выявления ошибок в конфигурации ОС;

— средства восстановления последней работоспособной конфигурации;

— средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др.

4. Возможность развития. Современные ОС организуются таким образом, что допускают эффективную разработку, тестирование и внедрение новых системных функций, не прерывая процесса нормального функционирования вычислительной системы. Большинство операционных систем постоянно развиваются (нагляден пример Windows).

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.

Операционные системы разные, но их назначение и функции одинаковые. Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.

Билет 25 вопр 1

Под графическим пользовательским интерфейсом (GUI — Graphical User Interface) понимается некоторая система (среда), служащая для органи-зации диалога ПС с пользователем на основе графического многоокон-ного представления данных. В среде GUI организацию всего взаимодействия с пользователем берет на себя именно сама среда, оставляя ПС делать только свою работу.

К общим принципам, лежащим в основе графического пользова-тельского интерфейса, относятся:

— графический режим работы;

— представление ряда объектов пиктограммами;

— использование указывающего устройства — мыши;

— адекватность изображения на экране изображаемому объекту (принцип WYSIWIG — What You See Is What You Get);

— стандартизация всех основных действий и элементов (все програм-мы для данной графической среды выглядят и ведут себя совершен-но одинаково, используют одинаковые принципы функционирования);

— наличие большого числа стандартных элементов (кнопок, полей ре-дактирования, переключателей и т.д.), которые могут использоваться при конструировании ПС, делая их похожими в обращении и облегчая процесс их написания.

В основе современного графического пользовательского интерфейса лежат две основные концепции.

Первой из них является понятие программы, управляемой данными.

Как правило, эта концепция практически реализуется через ме-ханизм сообщений. Внешние устройства (клавиатура, мышь, таймер) посы-лают сообщения модулям программы о наступлении тех или иных событий (например, при нажатии клавиши или передвижении мыши). Поступающие сообщения попадают в очередь сообщений, откуда извлекаются приклад-ной программой.

Таким образом, программа не должна все время опрашивать мышь, клавиатуру и другие устройства в ожидании, не произошло ли чего-нибудь, заслуживающего внимания. Когда событие произойдет, программа получит извещение об этом с тем, чтобы надлежащим образом его обработать. По-этому программы для таких сред обычно представляют собой цикл обработ-ки сообщений: извлечь очередное сообщение, обработать его, если оно ин-тересно, либо передать стандартному обработчику сообщений, обычно вхо-дящему в систему и представляющему собой стандартные действия системы в ответ на то или иное событие.

Сообщения могут посылаться не только устройствами, но и отдель-ными частями программы (в частности, возможна посылка сообщения себе). Так один модуль может послать сообщение другому модулю, или меню посылает сообщение о выборе определенного пункта. При этом существует также способ прямой посылки сообщения, минуя очередь, когда непосредст-венно вызывается обработчик сообщений адресата.

Второй основополагающей концепцией является понятие окна как объекта. Окно — это не просто прямоугольная область на экране, это и про-грамма (процедура, функция), способная выполнить различные действия, присущие окну. Одним из основных таких действий является реагирование на поступающие сообщения и посылка сообщений другим объектам.

Одной из основных функций окна является перерисовка содержания окна. Любое окно должно уметь при получении соответствующего запроса перерисовать себя (или свою часть) на экране. Перерисовка может реализо-вываться или как реакция на специальное сообщение, или как виртуальная функция (при использовании объектно-ориентированных языков). В состав любой GUI обязательно входит достаточно мощный графический модуль, обеспечивающий выполнение всех основных графических операций и под-держивающий отсечение изображения по заданной (в том числе и довольно сложной) области отсечения. За счет этого реализуется возможность перери-совки фрагмента окна — устанавливается область отсечения, совпадающая с требуемым фрагментом, а затем выполняется запрос на перерисовку. При от-работке запроса на перерисовку окна можно определить размер текущей об-ласти и не пытаться рисовать то, что заведомо будет отсечено.

Среди окон вводятся отношения принадлежности и следования, т.е. любое окно может иметь окно-родителя, которому оно принадлежит, и, сле-довательно, задается во внутренних координатах родительского окна, отсе-кается в размерах родительским окном и уничтожается при уничтожении ро-дительского окна. Любое окно может иметь и принадлежащие ему окна (по-докна), причем последние некоторым образом упорядочиваются. Тем самым окна могут образовывать древовидные структуры подчинения.

Родительское окно и принадлежащие ему подокна могут обменивать-ся сообщениями друг с другом. Эти сообщения обычно разделяются на два класса — запрос на выполнение окном некоторого действия и сообщение, опо-вещающее окно о том, что в другом окне (обычно подокне) произошли неко-торые изменения.

Любая подобная система должна предоставлять для работы некото-рый стандартный набор типов окон, из которых пользователь может стро-ить свои программы.

В состав окна могут входить другие окна и действовать при этом как единое целое. Например, в состав окна-списка может входить скроллер.

Среди окон обычно выделяются окна, предназначенные для ведения диалога с пользователем, ввода данных и т.п. Обычно в их основе лежит стандартное окно с большим набором подокон, играющих роль управляющих элементов. Как правило, диалоговое окно (или процедура, ведущая диалог) снабжается специальной функцией для координации работы управляющих элементов. Например, диалог для выбора файла.

Кроме стандартных окон пользователь может создавать свои собст-венные типы окон, либо добавляя какие-то новые свойства, либо переопреде-ляя часть старых и наследующих все остальное.

При работе с клавиатурой важную роль играет понятие фокуса ввода. Фокус ввода — это то окно, которому поступают все сообщения от клавиатуры.

Существует несколько способов перемещения фокуса ввода:

— при нажатии кнопки мыши фокус передается тому окну, над кото-рым это произошло;

— окна диалога обычно переключают фокус между управляющими элементами диалога при нажатии определенных клавиш (стандартно это Tab и Shift-Tab);

— посредством явного вызова функции установки фокуса ввода.

Окну, теряющему фокус ввода, обычно посылается уведомление об этом, и оно может предотвратить переход фокуса от себя. Окну, получаю-щему фокус, передается сообщение о том, что оно получило фокус ввода.

26 билет 1 вопрос

Дата добавления: 2015-01-30 ; просмотров: 9 | Нарушение авторских прав