Понятие, значение и основные задачи
операционной системы

Взаимодействие человека и компьютера сегодня стало настолько простым, что работать с ним может даже ребенок. Используя манипулятор мышь, мы можем буквально пальцем указывать компьютеру, что нужно делать. Происходит это благодаря операционной системе.

Как известно, компьютер в современном виде появился далеко не сразу. Первые компьютеры были очень громоздкими и дорогостоящими. Управлять ими могли исключительно профессионалы, четко понимающие все тонкости их устройства и работы. Для управления компьютерами использовались специальные программы, создаваемые при помощи двоичного кода. Windows или чего-нибудь подобного тогда еще не существовало.

С тех пор многое изменилось. Эволюцию прошли как сами компьютеры (аппаратная их часть), так и программы для них. Сегодня ребенок младшего школьного возраста способен за несколько минут научиться решать на компьютере задачи, которые раньше отняли бы кучу времени даже у профессионалов. Взаимодействие человека и компьютера стало настолько простым, что работать с ним могут все. Используя манипулятор мышь (или проще говоря, мышку), мы можем буквально пальцем указывать компьютеру, что и куда нужно скопировать, переместить, вырезать, заменить, переименовать, открыть, закрыть и т.д. Компьютер понимает все наши жесты, переводя их на понятный для себя язык, самостоятельно выполняя расчеты, сохраняя результаты на жестком диске, правильно используя при этом ресурсы процессора, оперативной памяти и других устройств, входящих в состав системы, и не задает никаких лишних вопросов.

Никто из нас уже даже и не задумывается над тем, что еще совсем недавно для того, чтобы заставить компьютер выполнить даже элементарную задачу, нужно было составлять специальные алгоритмы действий. Это в свою очередь требовало особых знаний, дополнительных затрат времени и не доставляло никакого удовольствия.

Сегодня же человек взаимодействует с компьютерным железом не непосредственно, а через специальную программную прослойку, берущую на себя автоматическое решение всех задач по обеспечению слаженной работы устройств компьютера (процессора, оперативной памяти, запоминающего устройства и др.), а также позволяющую человеку управлять ими удобным для себя способом.

Этой программной прослойкой и является операционная система.

Возможно, понять, что такое операционная система, и осознать ее значение в современном компьютере будет легче, если сравнить компьютер с человеком. В таком случае частями тела компьютера будут процессор, материнская плата, оперативная память, запоминающее устройство, блок питания и другие «железки», входящие в его состав (подробнее об устройстве компьютера читайте здесь). Все эти части в сборе представляют собой единый компьютерный организм (тело). Непосредственно общаться с аппаратной частью компьютера человеку очень тяжело (ну что ты возьмешь с простых железок). Интеллектом компьютера является операционная система. Она заставляет все части компьютерного организма правильно взаимодействовать между собой. Она же взаимодействует и с окружающей средой, в частности, с человеком.

Наличие у компьютера операционной системы позволяет пользователю комфортно общаться с компьютером. Ему (пользователю) не приходится иметь дело непосредственно с процессором, оперативной памятью или другим частям организма и упрашивать эти железки что-то сделать. Человек обращается к разуму компьютера, к его операционной системе, которая понимает собеседника «с полуслова» и с легкость заставляет подчиненную ей аппаратную часть компьютера выполнять все просьбы пользователя.

Таким образом, операционная система компьютера решает три важные задачи:

1) обеспечивает функционирование аппаратного обеспечения компьютера как единого целого, управляет ресурсами процессора, оперативной памяти и других устройств системы;

2) взаимодействует с пользователем, интерпретирует его действия (команды) в понятный компьютеру язык и заставляет его выполнить их;

3) позволяет приспосабливать компьютер к решению определенного круга задач путем установки и управления работой соответствующих программ.

Как и человеческий разум, операционную систему можно развивать и совершенствовать, устанавливая дополнительные программы. В нашем примере эти программы можно сравнить со своеобразными новыми навыками и умениями у человека. Например, чтобы научить компьютер играть с вами в шахматы, необходимо установить в операционную систему соответствующую программу – игру «Шахматы». Чтобы работать с текстом, операционную систему необходимо дополнить текстовым процессором Word или какой-нибудь другой аналогичной программой.

Одни и те же задачи могут решаться при помощи разных программ. У пользователя практически всегда есть выбор. В Интернете существует достаточно много каталогов программного обеспечения. Некоторые программы вы можете найти на этом сайте (см. меню сайта).

Для лучшего понимания сообщу, что при создании компьютера порядок действий специалиста-компьютерщика следующий:

1. Физически сложить компьютер, соединив в единое целое материнскую плату, процессор, оперативную память и другие устройства (создать тело компьютера);

2. Установить на компьютер операционную систему (снабдить тело интеллектом);

3. Установить необходимые дополнительные программы (развитие навыков компьютера в нужном пользователю направлении).

Операционная система Windows

Причина заключается в том, что Windows проста и удобна в использовании, в ней просто устанавливать программы, она поддерживает несколько фирменных технологий, в частности DirectX, без которого невозможно бы было играть в компьютерные игры, и т.д.

Компания Microsoft, разрабатывающая эту операционную систему, на продаже лицензий к ней заработала большие деньги. Ее основатель (Бил Гейтс) входит в число самых богатых людей планеты.

Современные версии Windows (XP, Vista, 7, 8) являются универсальными и кроме основных утилит для управления компьютером, уже содержат в своем составе базовое программное обеспечение. После установки этой операционной системы пользователь может решать основные задачи, не устанавливая дополнительные программы.

В частности, смотреть видео и слушать музыку можно при помощи проигрывателя Windows Media, для просмотра страниц Интернета предназначен встроенный браузер Internet Explorer, работать с текстом позволит Блокнот и WordPad и т.д. Но, как уже было сказано выше, одни и те же задачи можно решать при помощи разных программ.

Поэтому если вам не нравится встроенный в операционную систему проигрыватель Windows Media, вы всегда можете установить другой проигрыватель (их существует очень много), вместо Internet Explorer можно установить Firefox, Opera или любой другой браузер, и т.д. Не нужно ограничивать себя использованием только штатных средств Windows. Альтернативных программных решений очень много. О том, как устанавливать программы в Windows, читайте здесь.

Встроенные системные утилиты Windows, о которых полезно знать

Windows 10, 8.1 и Windows 7 изобилует полезными встроенными системными утилитами, которые многими пользователями оказываются незамеченными. В результате, для некоторых целей, которые легко можно решить без установки чего-либо на компьютер или ноутбук, скачиваются сторонние утилиты.

В этом обзоре — об основных системных утилитах Windows, которые могут пригодиться для самых разных задач от получения информации о системе и диагностики до тонкой настройки поведения ОС.

Конфигурация системы

Первая из утилит — «Конфигурация системы», позволяющая настроить то, как и с каким набором ПО загружается операционная система. Утилита доступна во всех последних версиях ОС: Windows 7 — Windows 10.

Запустить инструмент можно, начав набирать «Конфигурация системы» в поиске на панели задач Windows 10 или в меню Пуск Windows 7. Второй способ запуска — нажать клавиши Win+R (где Win — клавиша с эмблемой Windows) на клавиатуре, ввести msconfig в окно «Выполнить» и нажать Enter.

Окно конфигурации системы содержит несколько вкладок:

Сведения о системе

Существует множество сторонних программ, позволяющих узнать характеристики компьютера, установленные версии системных компонентов и получить другие сведения.

Однако, не для любых целей получения информации следует к ним прибегать: встроенная утилита Windows «Сведения о системе» позволяет посмотреть все базовые характеристики вашего компьютера или ноутбука.

Для запуска «Сведений о системе» нажмите клавиши Win+R на клавиатуре, введите msinfo32 и нажмите Enter.

Устранение неполадок Windows

При работе с Windows 10, 8 и Windows 7 пользователи нередко сталкиваются с некоторыми распространенными неполадками, связанными с работой сети, установкой обновлений и приложений, устройств и другими. И в поиске решения проблемы обычно попадают на сайт наподобие этого.

При этом в Windows присутствуют встроенные средства устранения неполадок для самых распространенных проблем и ошибок, которые в «базовых» случаях оказываются вполне работоспособны и для начала следует попробовать только их. В Windows 7 и 8 устранение неполадок доступно в «Панели управления», в Windows 10 — в «Панели управления» и специальном разделе «Параметров».

Инструмент «Управление компьютером» можно запустить, нажав клавиши Win+R на клавиатуре и введя compmgmt.msc или найти соответствующий пункт в меню «Пуск» в разделе «Средства администрирования Windows».

В управлении компьютером находится целый набор системных утилит Windows (которые можно запустить и отдельно), перечисленные далее.

Планировщик заданий

Планировщик заданий предназначен для запуска тех или иных действий на компьютере по расписанию: с помощью него, например, можно настроить автоматическое подключение к Интернету или раздачу Wi-Fi с ноутбука, настроить задачи обслуживания (например, очистки) при простое и многое другое.

Запуск планировщика заданий возможен также из диалогового окна «Выполнить» — taskschd.msc .

Просмотр событий

Просмотр событий Windows позволяет посмотреть и отыскать при необходимости те или иные события (например, ошибки). Например, выяснить, что мешает выключению компьютера или почему не устанавливается обновление Windows. Запуск просмотра событий возможен также по нажатию клавиш Win+R, команда eventvwr.msc .

Монитор ресурсов

Утилита «Монитор ресурсов» предназначена для оценки использования ресурсов компьютера запущенными процессами, причем в более подробном виде, чем диспетчер устройств.

Для запуска монитора ресурсов вы можете выбрать пункт «Производительность» в «Управлении компьютером», затем нажать «Открыть монитор ресурсов». Второй способ запуска — нажакть клавиши Win+R, ввести perfmon /res и нажать Enter.

Управление дисками

При необходимости разделить диск на несколько разделов, изменить букву диска, или, скажем, «удалить диск D», многие пользователи загружают стороннее ПО. Иногда это оправдано, но очень часто всё то же самое можно сделать с помощью встроенной утилиты «Управление дисками», запустить которую можно, нажав клавиши Win+R на клавиатуре и введя diskmgmt.msc в окно «Выполнить», а также по правому клику по кнопке Пуск в Windows 10 и Windows 8.1.

Монитор стабильности системы

Монитор стабильности системы Windows, как и монитор ресурсов, составная часть «монитора производительности», однако даже те, кто знаком с монитором ресурсов, часто не знают о наличии монитора стабильности системы, позволяющем легко оценить работу системы и выявить основные ошибки.

Для запуска монитора стабильности используйте команду perfmon /rel в окне «Выполнить».

Встроенная утилита очистки диска

Еще одна утилита, о которой знают не все начинающие пользователи — «Очистка диска», с помощью которой вы можете безопасно удалить с компьютера многие ненужные файлы. Для запуска утилиты нажмите клавиши Win+R и введите cleanmgr .

Средство проверки памяти Windows

В Windows присутствует встроенная утилита для проверки оперативной памяти компьютера, запуск которой возможен по нажатию Win+R и команде mdsched.exe и которая может быть полезна при подозрении на проблемы с RAM.

Другие системные инструменты Windows

Выше были перечислены не все утилиты Windows, связанные с настройкой работы системы. Некоторые были сознательно не включены в список как те, которые редко когда требуются обычному пользователю или с которыми большинство и так быстро знакомятся (например, редактор реестра или диспетчер задач).

Операционная система — Краткое руководство

Операционная система (ОС) — это интерфейс между пользователем компьютера и компьютерным оборудованием. Операционная система — это программное обеспечение, которое выполняет все основные задачи, такие как управление файлами, управление памятью, управление процессами, обработка ввода и вывода и управление периферийными устройствами, такими как дисководы и принтеры.

Некоторые популярные операционные системы включают операционную систему Linux, операционную систему Windows, VMS, OS / 400, AIX, z / OS и т. Д.

Определение

Операционная система — это программа, которая действует как интерфейс между пользователем и компьютерным оборудованием и контролирует выполнение всех видов программ.

Ниже приведены некоторые важные функции операционной системы.

• Управление памятью
• Управление процессором
• Управление устройством
• Управление файлами
• Безопасность
• Контроль за производительностью системы
• Бухгалтерский учет
• Средства обнаружения ошибок
• Координация между другим программным обеспечением и пользователями

Управление памятью

Управление памятью относится к управлению основной памятью или основной памятью. Основная память — это большой массив слов или байтов, где каждое слово или байт имеет свой собственный адрес.

Основная память обеспечивает быстрое хранение, к которому может обращаться непосредственно центральный процессор. Для выполнения программы она должна находиться в основной памяти. Операционная система выполняет следующие действия для управления памятью —

Сохраняет следы первичной памяти, т. Е. Какая ее часть используется кем, какая часть не используется.

В мультипрограммировании ОС решает, какой процесс получит память, когда и сколько.

Выделяет память, когда процесс запрашивает это сделать.

Отменяет выделение памяти, когда процесс больше не нуждается в этом или был остановлен.

Сохраняет следы первичной памяти, т. Е. Какая ее часть используется кем, какая часть не используется.

В мультипрограммировании ОС решает, какой процесс получит память, когда и сколько.

Выделяет память, когда процесс запрашивает это сделать.

Отменяет выделение памяти, когда процесс больше не нуждается в этом или был остановлен.

Управление процессором

В многопрограммной среде ОС решает, какой процесс получит процессор, когда и за сколько времени. Эта функция называется планированием процесса . Операционная система выполняет следующие действия для управления процессором —

Отслеживает процессор и статус процесса. Программа, ответственная за эту задачу, называется контроллером трафика .

Выделяет процессор (ЦП) процессу.

Отменяет процессор, когда процесс больше не требуется.

Отслеживает процессор и статус процесса. Программа, ответственная за эту задачу, называется контроллером трафика .

Выделяет процессор (ЦП) процессу.

Отменяет процессор, когда процесс больше не требуется.

Управление устройством

Операционная система управляет связью устройства через соответствующие драйверы. Он выполняет следующие действия для управления устройством —

Сохраняет треки всех устройств. Программа, ответственная за эту задачу, называется контроллером ввода / вывода .

Решает, какой процесс получает устройство, когда и за сколько времени.

Выделяет устройство эффективным способом.

Отменяет распределение устройств.

Сохраняет треки всех устройств. Программа, ответственная за эту задачу, называется контроллером ввода / вывода .

Решает, какой процесс получает устройство, когда и за сколько времени.

Выделяет устройство эффективным способом.

Отменяет распределение устройств.

Управление файлами

Файловая система обычно организована в каталоги для удобства навигации и использования. Эти каталоги могут содержать файлы и другие направления.

Операционная система выполняет следующие действия для управления файлами —

Отслеживает информацию, местоположение, использование, статус и т. Д. Коллективные средства часто называют файловой системой .

Решает, кто получает ресурсы.

Отслеживает информацию, местоположение, использование, статус и т. Д. Коллективные средства часто называют файловой системой .

Решает, кто получает ресурсы.

Другие важные мероприятия

Ниже приведены некоторые из важных действий, которые выполняет операционная система:

Безопасность — с помощью пароля и других аналогичных методов предотвращает несанкционированный доступ к программам и данным.

Контроль производительности системы — задержки записи между запросом на обслуживание и ответом от системы.

Учет работы — отслеживание времени и ресурсов, используемых различными работами и пользователями.

Средства обнаружения ошибок — создание дампов, трассировок, сообщений об ошибках и других средств отладки и обнаружения ошибок.

Координация между другим программным обеспечением и пользователями — Координация и назначение компиляторов, интерпретаторов, ассемблеров и другого программного обеспечения различным пользователям компьютерных систем.

Безопасность — с помощью пароля и других аналогичных методов предотвращает несанкционированный доступ к программам и данным.

Контроль производительности системы — задержки записи между запросом на обслуживание и ответом от системы.

Учет работы — отслеживание времени и ресурсов, используемых различными работами и пользователями.

Средства обнаружения ошибок — создание дампов, трассировок, сообщений об ошибках и других средств отладки и обнаружения ошибок.

Координация между другим программным обеспечением и пользователями — Координация и назначение компиляторов, интерпретаторов, ассемблеров и другого программного обеспечения различным пользователям компьютерных систем.

Типы операционной системы

Операционные системы существуют с самого первого поколения компьютеров, и они продолжают развиваться со временем. В этой главе мы обсудим некоторые из наиболее важных типов операционных систем, которые наиболее часто используются.

Пакетная операционная система

Пользователи пакетной операционной системы не взаимодействуют с компьютером напрямую. Каждый пользователь готовит свою работу на автономном устройстве, таком как перфокарты, и передает его оператору компьютера. Для ускорения обработки задания с аналогичными потребностями объединяются в группы и запускаются как группа. Программисты оставляют свои программы у оператора, а затем оператор сортирует программы с похожими требованиями в пакеты.

Проблемы с пакетными системами заключаются в следующем —

• Отсутствие взаимодействия между пользователем и работой.
• Процессор часто простаивает, потому что скорость механических устройств ввода / вывода ниже, чем у процессора.
• Сложно предоставить желаемый приоритет.

Операционные системы с разделением времени

Разделение времени — это метод, который позволяет многим людям, находящимся на разных терминалах, одновременно использовать определенную компьютерную систему. Разделение времени или многозадачность является логическим продолжением мультипрограммирования. Время процессора, которое распределяется между несколькими пользователями одновременно, называется разделением времени.

Основное различие между многопрограммными пакетными системами и системами с разделением времени состоит в том, что в случае многопрограммных пакетных систем цель состоит в том, чтобы максимально использовать процессор, тогда как в системах с разделением времени цель состоит в том, чтобы минимизировать время отклика.

Несколько заданий выполняются центральным процессором путем переключения между ними, но переключения происходят так часто. Таким образом, пользователь может получить немедленный ответ. Например, при обработке транзакции процессор выполняет каждую пользовательскую программу в коротком пакете или такте вычислений. То есть, если присутствует n пользователей, то каждый пользователь может получить квант времени. Когда пользователь отправляет команду, время ответа составляет не более нескольких секунд.

Операционная система использует планирование ЦП и мультипрограммирование, чтобы предоставить каждому пользователю небольшую часть времени. Компьютерные системы, которые были разработаны в основном как пакетные системы, были преобразованы в системы с разделением времени.

Преимущества операционных систем с разделением времени следующие:

• Обеспечивает преимущество быстрого ответа.
• Предотвращает дублирование программного обеспечения.
• Уменьшает время простоя процессора.

Недостатки операционных систем с разделением времени следующие:

• Проблема надежности.
• Вопрос безопасности и целостности пользовательских программ и данных.
• Проблема передачи данных.

Распределенная операционная система

Распределенные системы используют несколько центральных процессоров для обслуживания нескольких приложений реального времени и нескольких пользователей. Задания по обработке данных распределяются между процессорами соответственно.

Процессоры связываются друг с другом через различные линии связи (например, высокоскоростные шины или телефонные линии). Они называются слабосвязанными системами или распределенными системами. Процессоры в распределенной системе могут различаться по размеру и функциям. Эти процессоры называются сайтами, узлами, компьютерами и т. Д.

Преимущества распределенных систем следующие:

• Благодаря средству совместного использования ресурсов пользователь на одном сайте может использовать ресурсы, доступные на другом.
• Ускорение обмена данными друг с другом по электронной почте.
• Если в распределенной системе происходит сбой одного сайта, остальные сайты могут продолжать работать.
• Лучший сервис для клиентов.
• Снижение нагрузки на хост-компьютер.
• Уменьшение задержек при обработке данных.

Сетевая операционная система

Сетевая операционная система работает на сервере и предоставляет серверу возможность управлять данными, пользователями, группами, безопасностью, приложениями и другими сетевыми функциями. Основная цель сетевой операционной системы — предоставить общий доступ к файлам и принтерам для нескольких компьютеров в сети, обычно в локальной сети (LAN), в частной сети или в других сетях.

Примеры сетевых операционных систем включают Microsoft Windows Server 2003, Microsoft Windows Server 2008, UNIX, Linux, Mac OS X, Novell NetWare и BSD.

Преимущества сетевых операционных систем следующие:

• Централизованные серверы очень стабильны.
• Безопасность управляется сервером.
• Обновления до новых технологий и оборудования могут быть легко интегрированы в систему.
• Удаленный доступ к серверам возможен из разных мест и типов систем.

Недостатки сетевых операционных систем заключаются в следующем —

• Высокая стоимость покупки и запуска сервера.
• Зависимость от центрального местоположения для большинства операций.
• Требуется регулярное обслуживание и обновления.

Операционная система реального времени

Система реального времени определяется как система обработки данных, в которой интервал времени, необходимый для обработки и реагирования на входные данные, настолько мал, что он контролирует среду. Время, необходимое системе для ответа на ввод и отображение необходимой обновленной информации, называется временем отклика . Таким образом, в этом методе время отклика очень меньше по сравнению с онлайн-обработкой.

Системы реального времени используются, когда существуют жесткие требования к времени работы процессора или поток данных, а системы реального времени могут использоваться в качестве устройства управления в выделенном приложении. Операционная система реального времени должна иметь четко определенные фиксированные временные ограничения, в противном случае система выйдет из строя. Например, научные эксперименты, системы медицинской визуализации, промышленные системы управления, системы вооружения, роботы, системы управления воздушным движением и т. Д.

Существует два типа операционных систем реального времени.

Жесткие системы реального времени

Жесткие системы реального времени гарантируют, что критические задачи будут выполнены вовремя. В жестких системах реального времени вторичное хранилище ограничено или отсутствует, а данные хранятся в ПЗУ. В этих системах виртуальная память почти никогда не обнаруживается.

Мягкие системы реального времени

Мягкие системы реального времени менее ограничены. Критическая задача в реальном времени получает приоритет над другими задачами и сохраняет приоритет до завершения. Мягкие системы реального времени имеют ограниченную полезность, чем жесткие системы реального времени. Например, мультимедиа, виртуальная реальность, передовые научные проекты, такие как подводные исследования и планетарные роверы, и т. Д.

Операционная система — Услуги

Операционная система предоставляет услуги как пользователям, так и программам.

• Он предоставляет программам среду для выполнения.
• Он предоставляет пользователям сервисы для удобного выполнения программ.

Ниже приведены несколько общих служб, предоставляемых операционной системой.

• Выполнение программы
• Операции ввода / вывода
• Манипулирование файловой системой
• связь
• Обнаружение ошибок
• Распределение ресурсов
• защита

Выполнение программы

Операционные системы обрабатывают многие виды действий от пользовательских программ до системных программ, таких как спулер принтера, серверы имен, файловый сервер и т. Д. Каждое из этих действий инкапсулируется как процесс.

Процесс включает в себя полный контекст выполнения (код для выполнения, данные для манипулирования, регистры, используемые ресурсы ОС). Ниже приведены основные действия операционной системы в отношении управления программами.

• Загружает программу в память.
• Выполняет программу.
• Управляет выполнением программы.
• Предоставляет механизм для синхронизации процессов.
• Предоставляет механизм для коммуникации процесса.
• Предоставляет механизм для тупиковой обработки.

Операция ввода / вывода

Подсистема ввода / вывода состоит из устройств ввода / вывода и их соответствующего программного драйвера. Драйверы скрывают особенности конкретных аппаратных устройств от пользователей.

Операционная система управляет связью между пользователем и драйверами устройств.

• Операция ввода / вывода означает операцию чтения или записи с любым файлом или любым конкретным устройством ввода / вывода.
• Операционная система обеспечивает доступ к требуемому устройству ввода-вывода при необходимости.

Манипулирование файловой системой

Файл представляет собой коллекцию связанной информации. Компьютеры могут хранить файлы на диске (вторичное хранилище) для длительного хранения. Примеры носителей включают магнитную ленту, магнитный диск и дисководы оптических дисков, такие как CD, DVD. Каждый из этих носителей имеет свои собственные свойства, такие как скорость, емкость, скорость передачи данных и методы доступа к данным.

Файловая система обычно организована в каталоги для удобства навигации и использования. Эти каталоги могут содержать файлы и другие направления. Ниже приведены основные действия операционной системы в отношении управления файлами.

• Программа должна прочитать файл или записать файл.
• Операционная система дает разрешение программе для работы с файлом.
• Разрешение варьируется от только для чтения, чтения-записи, отказа и т. Д.
• Операционная система предоставляет пользователю интерфейс для создания / удаления файлов.
• Операционная система предоставляет пользователю интерфейс для создания / удаления каталогов.
• Операционная система предоставляет интерфейс для создания резервной копии файловой системы.

связь

В случае распределенных систем, которые представляют собой совокупность процессоров, которые не разделяют память, периферийные устройства или часы, операционная система управляет связью между всеми процессами. Несколько процессов взаимодействуют друг с другом через линии связи в сети.

ОС обрабатывает стратегии маршрутизации и подключения, а также проблемы конкуренции и безопасности. Ниже приведены основные действия операционной системы в отношении связи:

• Два процесса часто требуют передачи данных между ними
• Оба процесса могут быть на одном компьютере или на разных компьютерах, но связаны через компьютерную сеть.
• Связь может быть реализована двумя способами: либо с помощью общей памяти, либо путем передачи сообщений.

Обработка ошибок

Ошибки могут возникнуть в любое время и в любом месте. Ошибка может возникать в ЦП, в устройствах ввода-вывода или в оборудовании памяти. Ниже приведены основные действия операционной системы в отношении обработки ошибок:

• ОС постоянно проверяет на возможные ошибки.
• ОС предпринимает соответствующие действия для обеспечения правильных и согласованных вычислений.

Управление ресурсами

В случае многопользовательской или многозадачной среды ресурсы, такие как основная память, циклы ЦП и хранилище файлов, должны быть выделены для каждого пользователя или задания. Ниже приведены основные действия операционной системы в отношении управления ресурсами —

• ОС управляет всеми видами ресурсов с помощью планировщиков.
• Алгоритмы планирования ЦП используются для лучшего использования ЦП.

защита

С учетом того, что компьютерная система имеет несколько пользователей и одновременно выполняет несколько процессов, различные процессы должны быть защищены от действий друг друга.

Под защитой понимается механизм или способ управления доступом программ, процессов или пользователей к ресурсам, определенным компьютерной системой. Ниже приведены основные действия операционной системы в отношении защиты:

• ОС гарантирует, что весь доступ к системным ресурсам контролируется.
• ОС обеспечивает защиту внешних устройств ввода-вывода от недопустимых попыток доступа.
• ОС предоставляет функции аутентификации для каждого пользователя с помощью паролей.

Операционная система — Свойства

Пакетная обработка

Пакетная обработка — это метод, при котором операционная система собирает программы и данные вместе в пакете до начала обработки. Операционная система выполняет следующие действия, связанные с пакетной обработкой:

ОС определяет задание, которое имеет предопределенную последовательность команд, программ и данных как единое целое.

ОС хранит ряд заданий в памяти и выполняет их без какой-либо ручной информации.

Задания обрабатываются в порядке поступления, т. Е. В порядке поступления.

Когда задание завершает свое выполнение, его память освобождается, а выходные данные задания копируются в выходную папку для последующей печати или обработки.

ОС определяет задание, которое имеет предопределенную последовательность команд, программ и данных как единое целое.

ОС хранит ряд заданий в памяти и выполняет их без какой-либо ручной информации.

Задания обрабатываются в порядке поступления, т. Е. В порядке поступления.

Когда задание завершает свое выполнение, его память освобождается, а выходные данные задания копируются в выходную папку для последующей печати или обработки.

преимущества

Пакетная обработка переносит большую часть работы оператора на компьютер.

Повышение производительности при запуске новой работы, как только завершится предыдущая, без какого-либо ручного вмешательства.

Пакетная обработка переносит большую часть работы оператора на компьютер.

Повышение производительности при запуске новой работы, как только завершится предыдущая, без какого-либо ручного вмешательства.

Недостатки

• Сложно отлаживать программу.
• Работа может войти в бесконечный цикл.
• Из-за отсутствия схемы защиты одно пакетное задание может повлиять на ожидающие задания.

Многозадачность

Многозадачность — это когда одновременно выполняется несколько заданий процессором, переключаясь между ними. Переключения происходят настолько часто, что пользователи могут взаимодействовать с каждой программой во время ее работы. ОС выполняет следующие действия, связанные с многозадачностью —

Пользователь дает инструкции операционной системе или программе напрямую и получает немедленный ответ.

Операционная система обрабатывает многозадачность таким образом, что она может обрабатывать несколько операций / одновременно выполнять несколько программ.

Многозадачные операционные системы также известны как системы с разделением времени.

Эти операционные системы были разработаны для обеспечения интерактивного использования компьютерной системы по разумной цене.

Операционная система с общим временем использует концепцию планирования ЦП и мультипрограммирования, чтобы предоставить каждому пользователю небольшую часть ЦП с общим временем.

У каждого пользователя есть хотя бы одна отдельная программа в памяти.

Пользователь дает инструкции операционной системе или программе напрямую и получает немедленный ответ.

Операционная система обрабатывает многозадачность таким образом, что она может обрабатывать несколько операций / одновременно выполнять несколько программ.

Многозадачные операционные системы также известны как системы с разделением времени.

Эти операционные системы были разработаны для обеспечения интерактивного использования компьютерной системы по разумной цене.

Операционная система с общим временем использует концепцию планирования ЦП и мультипрограммирования, чтобы предоставить каждому пользователю небольшую часть ЦП с общим временем.

У каждого пользователя есть хотя бы одна отдельная программа в памяти.

Программа, которая загружается в память и выполняется, обычно называется процессом .

Когда процесс выполняется, он обычно выполняется в течение очень короткого времени, прежде чем он либо завершится, либо должен будет выполнить ввод-вывод.

Поскольку интерактивный ввод-вывод обычно выполняется с меньшей скоростью, его выполнение может занять много времени. В течение этого времени процессор может использоваться другим процессом.

Операционная система позволяет пользователям одновременно использовать компьютер. Поскольку каждое действие или команда в системе с разделением по времени имеет тенденцию быть коротким, для каждого пользователя требуется только немного процессорного времени.

Поскольку система быстро переключает ЦП с одного пользователя / программы на другого, у каждого пользователя создается впечатление, что он / она имеет свой собственный ЦП, тогда как фактически один ЦП распределяется между многими пользователями.

Программа, которая загружается в память и выполняется, обычно называется процессом .

Когда процесс выполняется, он обычно выполняется в течение очень короткого времени, прежде чем он либо завершится, либо должен будет выполнить ввод-вывод.

Поскольку интерактивный ввод-вывод обычно выполняется с меньшей скоростью, его выполнение может занять много времени. В течение этого времени процессор может использоваться другим процессом.

Операционная система позволяет пользователям одновременно использовать компьютер. Поскольку каждое действие или команда в системе с разделением по времени имеет тенденцию быть коротким, для каждого пользователя требуется только немного процессорного времени.

Поскольку система быстро переключает ЦП с одного пользователя / программы на другого, у каждого пользователя создается впечатление, что он / она имеет свой собственный ЦП, тогда как фактически один ЦП распределяется между многими пользователями.

Мультипрограммирование

Совместное использование процессора, когда две или более программ находятся в памяти одновременно, называется многопрограммным . Мультипрограммирование предполагает использование одного общего процессора. Мультипрограммирование увеличивает загрузку ЦП, организуя задания так, что ЦП всегда должен их выполнять.

На следующем рисунке показана схема памяти для многопрограммной системы.

ОС выполняет следующие действия, связанные с мультипрограммированием.

Операционная система хранит несколько заданий в памяти одновременно.

Этот набор заданий является подмножеством заданий, хранящихся в пуле заданий.

Операционная система выбирает и начинает выполнять одно из заданий в памяти.

Многопрограммные операционные системы контролируют состояние всех активных программ и системных ресурсов, используя программы управления памятью, чтобы гарантировать, что ЦП никогда не находится в режиме ожидания, если нет заданий для обработки.

Операционная система хранит несколько заданий в памяти одновременно.

Этот набор заданий является подмножеством заданий, хранящихся в пуле заданий.

Операционная система выбирает и начинает выполнять одно из заданий в памяти.

Многопрограммные операционные системы контролируют состояние всех активных программ и системных ресурсов, используя программы управления памятью, чтобы гарантировать, что ЦП никогда не находится в режиме ожидания, если нет заданий для обработки.

преимущества

• Высокая и эффективная загрузка процессора.
• Пользователь чувствует, что многим программам отводится процессор практически одновременно.

Недостатки

• Планирование ЦП не требуется.
• Чтобы разместить много заданий в памяти, требуется управление памятью.

интерактивность

Интерактивность относится к способности пользователей взаимодействовать с компьютерной системой. Операционная система выполняет следующие действия, связанные с интерактивностью:

• Предоставляет пользователю интерфейс для взаимодействия с системой.
• Управляет устройствами ввода, чтобы принимать входные данные от пользователя. Например, клавиатура.
• Управляет устройствами вывода, чтобы показать результаты пользователю. Например, Монитор.

Время отклика ОС должно быть коротким, поскольку пользователь отправляет и ждет результата.

Система реального времени

Системы реального времени обычно являются встроенными системами. Операционная система выполняет следующие действия, связанные с работой системы в режиме реального времени.

• В таких системах операционные системы обычно считывают данные с датчиков и реагируют на них.
• Операционная система должна гарантировать реакцию на события в течение фиксированных периодов времени для обеспечения правильной работы.

Распределенная среда

Распределенная среда относится к нескольким независимым процессорам или процессорам в компьютерной системе. Операционная система выполняет следующие действия, связанные с распределенной средой:

ОС распределяет логику вычислений между несколькими физическими процессорами.

Процессоры не делят память или часы. Вместо этого каждый процессор имеет свою собственную локальную память.

ОС управляет связью между процессорами. Они общаются друг с другом через различные линии связи.

ОС распределяет логику вычислений между несколькими физическими процессорами.

Процессоры не делят память или часы. Вместо этого каждый процессор имеет свою собственную локальную память.

ОС управляет связью между процессорами. Они общаются друг с другом через различные линии связи.

намоточные

Буферизация является аббревиатурой для одновременных периферийных операций в режиме онлайн. Под спулингом понимается помещение данных различных заданий ввода / вывода в буфер. Этот буфер представляет собой специальную область в памяти или на жестком диске, которая доступна для устройств ввода-вывода.

Операционная система выполняет следующие действия, связанные с распределенной средой:

Управляет буферизацией данных устройств ввода-вывода, поскольку устройства имеют разные скорости доступа к данным.

Поддерживает буфер буфера, который обеспечивает станцию ​​ожидания, где данные могут храниться, пока медленное устройство догоняет.

Поддерживает параллельные вычисления из-за процесса буферизации, поскольку компьютер может выполнять ввод / вывод параллельно. Становится возможным, чтобы компьютер считывал данные с ленты, записывал данные на диск и записывал на ленточный принтер, пока он выполняет свою вычислительную задачу.

Управляет буферизацией данных устройств ввода-вывода, поскольку устройства имеют разные скорости доступа к данным.

Поддерживает буфер буфера, который обеспечивает станцию ​​ожидания, где данные могут храниться, пока медленное устройство догоняет.

Поддерживает параллельные вычисления из-за процесса буферизации, поскольку компьютер может выполнять ввод / вывод параллельно. Становится возможным, чтобы компьютер считывал данные с ленты, записывал данные на диск и записывал на ленточный принтер, пока он выполняет свою вычислительную задачу.

преимущества

• Операция буферизации использует диск в качестве очень большого буфера.
• Буферизация может перекрывать операции ввода-вывода для одного задания с процессорами для другого задания.

Операционная система — Процессы

Процесс

Процесс — это в основном программа в исполнении. Выполнение процесса должно выполняться последовательно.

Процесс определяется как объект, который представляет собой базовую единицу работы, которая должна быть реализована в системе.

Проще говоря, мы пишем наши компьютерные программы в текстовом файле, и когда мы выполняем эту программу, она становится процессом, который выполняет все задачи, упомянутые в программе.

Когда программа загружается в память и становится процессом, ее можно разделить на четыре части: стек, куча, текст и данные. На следующем рисунке показана упрощенная схема процесса внутри основной памяти —

Стек процесса содержит временные данные, такие как параметры метода / функции, адрес возврата и локальные переменные.

Это динамически выделяемая память для процесса во время его выполнения.

Это включает текущую активность, представленную значением счетчика программы и содержимым регистров процессора.

Этот раздел содержит глобальные и статические переменные.

Стек процесса содержит временные данные, такие как параметры метода / функции, адрес возврата и локальные переменные.

Это динамически выделяемая память для процесса во время его выполнения.

Это включает текущую активность, представленную значением счетчика программы и содержимым регистров процессора.

Этот раздел содержит глобальные и статические переменные.

программа

Программа — это фрагмент кода, который может состоять из одной строки или миллионов строк. Компьютерная программа обычно пишется программистом на языке программирования. Например, вот простая программа, написанная на языке программирования C —

Компьютерная программа — это набор инструкций, которые выполняют определенную задачу при выполнении компьютером. Когда мы сравниваем программу с процессом, мы можем заключить, что процесс является динамическим экземпляром компьютерной программы.

Часть компьютерной программы, которая выполняет четко определенную задачу, называется алгоритмом . Коллекция компьютерных программ, библиотек и связанных данных называется программным обеспечением .

Жизненный цикл процесса

Когда процесс выполняется, он проходит через различные состояния. Эти этапы могут отличаться в разных операционных системах, и названия этих состояний также не стандартизированы.

В общем случае процесс может иметь одно из следующих пяти состояний одновременно.

SN	Компонент и описание
1

Это начальное состояние при первом запуске / создании процесса.

Процесс ожидает назначения процессору. Готовые процессы ожидают, чтобы процессор был выделен им операционной системой, чтобы они могли работать. Процесс может войти в это состояние после состояния запуска или во время его выполнения, но прерывается планировщиком, чтобы назначить ЦП другому процессу.

Как только процесс был назначен процессору планировщиком ОС, состояние процесса устанавливается на выполнение, и процессор выполняет свои инструкции.

Процесс переходит в состояние ожидания, если ему нужно дождаться ресурса, например, ждать ввода пользователя или ждать, пока файл станет доступным.

Прекращено или Выход

Как только процесс завершает свое выполнение или он завершается операционной системой, он переводится в состояние завершения, где он ожидает удаления из основной памяти.

Это начальное состояние при первом запуске / создании процесса.

Процесс ожидает назначения процессору. Готовые процессы ожидают, чтобы процессор был выделен им операционной системой, чтобы они могли работать. Процесс может войти в это состояние после состояния запуска или во время его выполнения, но прерывается планировщиком, чтобы назначить ЦП другому процессу.

Как только процесс был назначен процессору планировщиком ОС, состояние процесса устанавливается на выполнение, и процессор выполняет свои инструкции.

Процесс переходит в состояние ожидания, если ему нужно дождаться ресурса, например, ждать ввода пользователя или ждать, пока файл станет доступным.

Прекращено или Выход

Как только процесс завершает свое выполнение или он завершается операционной системой, он переводится в состояние завершения, где он ожидает удаления из основной памяти.

Блок управления процессом (PCB)

Блок управления процессом — это структура данных, поддерживаемая операционной системой для каждого процесса. Печатная плата идентифицируется целочисленным идентификатором процесса (PID). PCB хранит всю информацию, необходимую для отслеживания процесса, как указано ниже в таблице —

SN	Состояние и описание
1

Текущее состояние процесса, т. Е. Готов ли он, работает, ждет или что-то еще.

Это необходимо для разрешения / запрета доступа к системным ресурсам.

Уникальная идентификация для каждого процесса в операционной системе.

Указатель на родительский процесс.

Счетчик программ — это указатель на адрес следующей инструкции, которая будет выполнена для этого процесса.

Различные регистры процессора, где процесс должен быть сохранен для выполнения в рабочем состоянии.

Информация о планировании процессора

Приоритет процесса и другая информация о планировании, которая требуется для планирования процесса.

Информация об управлении памятью

Это включает в себя информацию таблицы страниц, пределов памяти, таблицы сегментов в зависимости от памяти, используемой операционной системой.

Это включает количество ЦП, использованного для выполнения процесса, ограничения по времени, идентификатор выполнения и т. Д.

Информация о состоянии ввода-вывода

Это включает в себя список устройств ввода-вывода, выделенных для процесса.

Текущее состояние процесса, т. Е. Готов ли он, работает, ждет или что-то еще.

Это необходимо для разрешения / запрета доступа к системным ресурсам.

Уникальная идентификация для каждого процесса в операционной системе.

Указатель на родительский процесс.

Счетчик программ — это указатель на адрес следующей инструкции, которая будет выполнена для этого процесса.

Различные регистры процессора, где процесс должен быть сохранен для выполнения в рабочем состоянии.

Информация о планировании процессора

Приоритет процесса и другая информация о планировании, которая требуется для планирования процесса.

Информация об управлении памятью

Это включает в себя информацию таблицы страниц, пределов памяти, таблицы сегментов в зависимости от памяти, используемой операционной системой.

Это включает количество ЦП, использованного для выполнения процесса, ограничения по времени, идентификатор выполнения и т. Д.

Информация о состоянии ввода-вывода

Это включает в себя список устройств ввода-вывода, выделенных для процесса.

Архитектура печатной платы полностью зависит от операционной системы и может содержать разную информацию в разных операционных системах. Вот упрощенная схема печатной платы —

Печатная плата поддерживается для процесса в течение всего срока его службы и удаляется после завершения процесса.

Операционная система — планирование процессов

Определение

Планирование процессов — это деятельность диспетчера процессов, которая обрабатывает удаление запущенного процесса из ЦП и выбор другого процесса на основе конкретной стратегии.

Планирование процессов является неотъемлемой частью многопрограммных операционных систем. Такие операционные системы позволяют загружать в исполняемую память более одного процесса за один раз, и загруженный процесс совместно использует ЦП, используя временное мультиплексирование.

Очереди планирования процессов

ОС поддерживает все печатные платы в очередях планирования процессов. ОС поддерживает отдельную очередь для каждого из состояний процессов, а печатные платы всех процессов в одном и том же состоянии выполнения помещаются в одну и ту же очередь. Когда состояние процесса изменяется, его печатная плата отсоединяется от текущей очереди и перемещается в новую очередь состояний.

Операционная система поддерживает следующие важные очереди планирования процессов:

Очередь заданий — в этой очереди хранятся все процессы в системе.

Готовая очередь — эта очередь хранит набор всех процессов, находящихся в основной памяти, готовых и ожидающих выполнения. Новый процесс всегда помещается в эту очередь.

Очереди устройства — процессы, которые заблокированы из-за недоступности устройства ввода-вывода, составляют эту очередь.

Очередь заданий — в этой очереди хранятся все процессы в системе.

Готовая очередь — эта очередь хранит набор всех процессов, находящихся в основной памяти, готовых и ожидающих выполнения. Новый процесс всегда помещается в эту очередь.

Очереди устройства — процессы, которые заблокированы из-за недоступности устройства ввода-вывода, составляют эту очередь.

ОС может использовать разные политики для управления каждой очередью (FIFO, Round Robin, Priority и т. Д.). Планировщик ОС определяет, как перемещать процессы между готовыми и запущенными очередями, которые могут иметь только одну запись на процессорное ядро ​​в системе; на приведенной выше диаграмме он был объединен с процессором.

Модель двух состояний

Модель процесса с двумя состояниями относится к рабочим и неработающим состояниям, которые описаны ниже —

SN	Информация и описание
1

Когда создается новый процесс, он входит в систему как в рабочем состоянии.

Процессы, которые не запущены, остаются в очереди, ожидая своей очереди на выполнение. Каждая запись в очереди является указателем на определенный процесс. Очередь реализуется с помощью связанного списка. Использование диспетчера заключается в следующем. Когда процесс прерывается, этот процесс передается в очередь ожидания. Если процесс завершен или прерван, процесс отбрасывается. В любом случае диспетчер затем выбирает процесс из очереди для выполнения.

SN	Состояние и описание
1