Операционные системы можно классифицировать с точки зрения критериев эффективности и стратегий использования центрального процессора. Можно выделить три основных класса операционных систем: пакетные операционные системы, системы разделения времени и системы реального времени. Остановимся на каждой из них поподробнее.

Пакетная операционная система — это система, критерием эффективности функционирования которой минимизация потерь работы центрального процессора. Иными словами, отношение всего времени работы процессора ко времени исполнения пользовательских программ должно быть близко к единице. Традиционно пакетные системы предназначались для решения расчетных задач, т.е. задач, требующие определенного объема времени работы процессора. Как следует из названия, эти системы оперируют термином пакет программ.

Пакет программ — это некоторая совокупность программ, которые необходимо обработать системе. Особенность пакетных систем прослеживается в стратегии переключения выполнения процессов на процессоре. Переключение выполнения процессов происходит только по одной из трех причин.

Первая причина — завершение выполнения процесса (в силу успешного перехода на точку завершения программы или же в силу возникновения ошибки).

Вторая причина — обращение к внешнему устройству с целью осуществить обмен, т.е. возникновение прерывания по вводу-выводу, поскольку операция обмена так или иначе требует какого-то минимального интервала времени.

И, наконец, третья причина — фиксация факта зацикливания. В принципе точно определить факт зацикливания программы сложно, но все-таки возможно. На практике зачастую под фактом зацикливания считают исчерпание процессорного времени (положим, полтора часа).

Очевидно, что переключение процессов в подобных системах происходит лишь по необходимости, а это означает, что происходит редкое обращение к функции ОС смены контекстов обрабатываемых процессов, что ведет к максимальному снижению накладных расходов. В подобных системах степень полезной загрузки процессора составляет от 90% и выше.

Следующая модель — система разделения времени. Данная модель может рассматриваться как развитие модели пакетных систем. В дополнение ко всем свойствам пакетных систем необходимо добавить дополнительную характеристику. Для каждого процесса в системе определяется квант процессорного времени, который может быть единовременно использован процессом. Под квантом времени центрального процессора понимается некоторый фиксированный ОС промежуток времени работы процессора. Соответственно, переключение процессов происходит по тем же причинам, что и в пакетных системах (завершение процесса, возникновение прерывания, фиксация факта зацикливания), но необходимо добавить еще одну причину — исчерпался выделенный квант времени.

Критерием эффективности подобных систем служит вовсе не загрузка процессора, а время отклика системы на запрос пользователя (положим, если пользователь набирает текст в текстовом редакторе, т.е. будет важно, что набранные им только что символы отображались на экране достаточно быстро, иначе работать с системой ему будет неудобно). Очевидно, что в подобных системах происходит частая смена контекстов, что связано с большими накладными расходами. В подобных системах эффективность может составлять порядка 30–40%, а, соответственно, 60–70% будут составлять накладные расходы.

Варьируя размерами кванта времени, можно получать системы для решения тех или иных задач. Увеличивая квант времени до некоторого среднего размера (порядка нескольких секунд), можно получить пакетную систему, ориентированную на обработку отладочных программ. А если увеличить размер кванта до бесконечности, получится пакетная система в чистом виде.

Еще один класс систем представляют операционныесистемы реального времени. Это специализированные системы, которые предназначены для функционирования в рамках вычислительных систем, обеспечивающих управление и взаимодействие с различными технологическими процессами. При разработке подобных систем фиксируется некоторый набор событий, при возникновении любого из которых гарантируется обработка этого события за некоторый промежуток времени, не превосходящий определенного предельного значения.

Для иллюстрации можно привести следующий пример. Рассмотрим процесс кипячения молока. Если емкость с молоком постоянно нагревать, то через некоторое время оно начинает кипеть, а еще через некоторый достаточно короткий период оно «убегает» (после чего вообще начинает подгорать). Процесс кипячения молока можно автоматизировать, если в сосуд с молоком поместить датчик температуры, который снимает текущее значение температуры молока и передает это значение компьютеру. Соответственно, ставится задача «поймать» момент фиксации температуры кипения молока, причем среагировать необходимо за некоторый фиксированный промежуток времени. Если реакция произойдет, положим, через минуту, то молоко «убежит», и, соответственно, польза от такой системы будет минимальной. Таким образом, имеется фиксированный период времени, в течение которого компьютер должен снять показания датчика, определить, не достигнута ли точка кипения молока, и в случае кипения выключить подогрев сосуда с молоком.

Сфер применения систем реального времени в жизни очень много. Выделяют различные группы систем реального времени (жесткого времени, мягкого времени и пр.), но основной принцип их функционирования одинаков и подобен тому, который был проиллюстрирован выше.

И, в заключение, кратко остановимся на рассмотрении сетевых и распределенных операционных систем. Как уже отмечалось выше, одиночные однопроцессорные системы уходят в прошлое, и во многих случаях процессорный элемент или компьютерный элемент рассматривается как составляющая многопроцессорных или многомашинных ассоциаций. И с этой точки зрения операционные системы можно разделить на две категории.

В первую категорию можно отнести т.н. сетевые ОС. Сетевая операционная система — это система, обеспечивающая функционирование и взаимодействие вычислительной системы в пределах сети. Это означает, что сетевая ОС устанавливается на каждом компьютере сети и обеспечивает функционирование распределенных приложений, т.е. тех приложений, реализация функций которых распределена по разным компьютерам сети. Примеров можно привести достаточно много. Так, почтовая приложение может быть распределенным: есть функции перемещения, есть сервер-получатель, есть клиентская часть, обеспечивающая интерфейс работы пользователя с указанным сервером.

Рис. 67. Структура сетевой ОС.

Вторую категорию составляют распределенные ОС. Распределенной операционной системой считается система, функционирующая на многопроцессорном или многомашинном комплексе, при этом на каждой машине функционирует отдельное ядро, а сама система обеспечивает реализацию распределенных возможностей ОС (т.н. сервисы или услуги). Примером распределенных функций может служить функция управления заданиями (напомним, что в кластерных системах задание может представлять собою целое множество процессов, и ставится задача распределить эти процессы по имеющимся процессорным узлам). Другим примером может служить распределенная файловая система: традиционная файловая система ОС Unix просто не справится с потоками информации между узлами многопроцессорных систем, поэтому необходимы принципиально новые решения организации хранения и доступа к файлам.

Рис. 68. Структура распределенной ОС.

Управление процессами

Основные концепции

Выше уже встречалось понятие процесса и некоторые его определения. Итак, под процессом понимается совокупность машинных команд и данных, обрабатываемая в вычислительной системе и обладающая правами на владение некоторым набором ресурсов ВС. Также уже говорилось, что ресурсы могут декларироваться посредством различных стратегий, причем ресурс может эксклюзивно принадлежать одному единственному процессу, а может быть разделяемым, когда доступ к нему могут иметь два и более процесса.

Также ранее отмечалось, что одной из функций логического блока управления процессами ОС является функция поддержания жизненного цикла процесса. Жизненный цикл процесса — это те этапы, через которые может проходить процесс в ходе своей обработки и исполнении в рамках вычислительной системы. В реальности жизненный цикл процесса представляет собою характеристику конкретной операционной системы.

Выделим следующие типовые этапы жизненного цикла процесса:

— образование (порождение или формирование) процесса,

— исполнение процесса на процессоре,

— ожидание постановки процесса на исполнение — обычно это ожидание какого-либо события: ожидание окончания обмена, ожидание выделения ресурса центрального процессора и пр.,

— завершение процесса — важный этап, связанный с возвратом процессом принадлежащих ему ресурсов.

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

poisk-ru.ru

Виды операционных систем и их отличия :: SYL.ru

Операционная система представляет собой комплекс программного обеспечения, управляющего ресурсами вычислительной техники и обеспечивающего общее обслуживание программ для ЭВМ. Такая субстанция является жизненно важным компонентом системного программного обеспечения. Любым прикладным программам, как правило, требуется операционная система, так как именно она обеспечивает их функционирование.

Отличия ОС

Виды операционных систем отличаются друг от друга возможностями планировать задачи, а также некоторыми другими факторами. Для таких функций, как распределение памяти, ОС выступает как связующее звено между программами и аппаратными средствами компьютера. Несмотря на то, что код приложения, как правило, выполняется непосредственно на аппаратном обеспечении, он постоянно делает общие вызовы к функциям ОС. Различные виды операционных систем сегодня можно увидеть на любом устройстве, содержащем установленные приложения – от сотовых телефонов и игровых консолей до суперкомпьютеров и веб-серверов. Примерами популярных операционных систем сегодня можно назвать Android, BSD, IOS, GNU / Linux, OS X, Microsoft Windows, Windows Phone и IBM Z / OS. Все вышеперечисленные ОС, за исключением Windows и Z / OS, основаны на UNIX.

Чтот такое UNIX

Unix была первоначально написана на ассемблере. Ранее она базировалась на BCPL, а затем была переписана в C и превратилась в большую и сложную семью взаимосвязанных операционных систем, которые прочно вошли в историю. Такие виды операционных систем, как Unix, имеют несколько крупных подкатегорий и включают в себя System V, BSD и Linux. Все ОС этих подкатегорий работают на самых разнообразных компьютерных архитектурах. Они активно используются для серверов в бизнесе, а также на рабочих станциях в научных и инженерных средах. Бесплатные варианты UNIX — Linux и BSD — популярны сегодня во всех областях. OS X (ранее «Mac OS X») представляет собой открытую, обладающую графическим интерфейсом операционную систему которая была разработана и представлена компанией Apple. Некоторые виды операционных систем указанного типа сегодня загружены по умолчанию на всех выпускаемых компьютерах Macintosh. OS X является преемником оригинального Mac OS, которая была основной ОС Apple с 1984 года.

Что такое Linux

Linux (или GNU / Linux) является Unix-подобной оболочкой, которая была разработана без какого-либо кода Unix, в отличие от BSD и ее вариантов. Она может быть использована на широком спектре устройств — от суперкомпьютеров до наручных часов. Ядро Linux распространяется под открытой лицензией, поэтому каждый может читать и изменять его код. Говоря о том, как удалить операционную систему, эта разновидность выделяется простотой в использовании. Несмотря на то, что современные расчеты показывают, что Linux используется всего на 1,82% всех ПК, она получила большое распространение при использовании во встраиваемых системах (например, мобильные телефоны) и серверах. Linux вытеснила Unix в большинстве сфер и используется на 10 самых мощных суперкомпьютерах в мире.

Немного о Windows

Microsoft Windows является семейством проприетарных операционных систем, разработанных Microsoft Corporation и в первую очередь ориентированных на архитектуру Intel для компьютеров. По оценкам исследователей, ее использование занимает 88,9 процента от общей доли веб-подключенных компьютеров. Многие считают, что это лучшая операционная система в наши дни.

www.syl.ru

Классификация операционных систем. ОС реального времени.

Существует несколько схем классификации операционных систем. Ниже приведена классификация по некоторым признакам с точки зрения пользователя.

По количеству одновременно работающих пользователей:

• Однопользовательские ОС позволяют работать на компьютере только одному человеку.
• Многопользовательские ОС поддерживают одновременную работу на ЭМВ нескольких пользователей за различными терминалами.

По числу процессов, одновременно выполняемых под управлением системы:

• Однозадачные ОС поддерживают выполнение только одной программы в отдельный момент времени, то есть позволяют запустить одну программу в основном режиме.
• Многозадачные ОС (мультизадачные) поддерживают параллельное выполнение нескольких программ, существующих в рамках одной вычислительной системы на некотором отрезке времени, то есть позволяют запустить одновременно несколько программ, которые будут работать параллельно, не мешая друг другу.

При многозадачном режиме, в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей, время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором, Параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Современные ОС поддерживают многозадачность, создавая  иллюзию одновременной работы нескольких программ на одном процессоре. На самом деле за фиксированный период времени процессор обрабатывает только один процесс, а процессорное время делится между программами, организуя тем самым параллельную работу. Это замечание не относится к многопроцессорным системам, в которых в действительности в один момент времени могут выполняться несколько задач.

Многозадачная ОС, решая проблемы распределения ресурсов и конкуренции, полностью реализует мультипрограммный (многозадачный) режим. Многозадачный режим, который воплощает в себе идею разделения времени, называется вытесняющим (preemptive). Каждой программе выделяется квант процессорного времени, по истечении которого управление передается другой программе. Говорят, что первая программа будет вытеснена. В вытесняющем режиме работают пользовательские программы большинства ОС.

По количеству поддерживаемых процессоров (однопроцессорные, многопроцессорные):

Многопроцессорные ОС поддерживают режим распределения ресурсов нескольких процессоров для решения той или иной задачи. При многопроцессорном режиме работы два или несколько соединенных и примерно равных по характеристикам процессора совместно выполняют один или несколько процессов (программ или наборов команд). Цель такого режима – увеличение быстродействия или вычислительных возможностей.
Многопроцессорные ОС разделяют на симметричные и асимметричные. В симметричных ОС на каждом процессоре функционирует одно и то же ядро, и задача может быть выполнена на любом процессоре, то есть обработка полностью децентрализована. При этом каждому из процессоров доступна вся память.
В асимметричных ОС процессоры неравноправны. Обычно существует главный процессор (master) и подчиненные (slave), загрузку и характер работы которых определяет главный процессор.

По типу доступа пользователя к ЭВМ (с пакетной обработкой, с разделением времени, реального времени):

ОС пакетной обработки: в них  из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет (набор) заданий, вводимых в ЭВМ и выполняемых в порядке очередности с возможным учетом приоритетности.

ОС разделения времени обеспечивают одновременный диалоговый (интерактивный) режим доступа к ЭВМ нескольких пользователей на разных терминалах, которым по очереди выделяются ресурсы машины, что координируется операционной системой в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом.

ОС реального времени обеспечивают  определенное гарантированное время ответа машины на запрос пользователя с управлением им какими-либо внешними по отношению к ЭВМ событиями, процессами или объектами. При таком режиме ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления.

По разрядности кода операционной системы: восьмиразрядные, шестнадцатиразрядные, тридцатидвухразрядные, шестидесяти четырехразрядные:

Разрядность кода – это разрядность используемых аппаратных средств (например, использование 32-разрядных регистров для процессоров). Подразумевается, что разрядность ОС не может превышать разрядности процессора.

По типу интерфейса (командные (текстовые), объектно-ориентированные (как, правило, графические):

Пользовательский интерфейс – это программные и аппаратные средства взаимодействия пользователя с программой или ЭВМ. Пользовательский интерфейс бывает командным и объектно-ориентированным.

Командный интерфейс предполагает ввод пользователем команд с клавиатуры при выполнении действий по управлению ресурсами компьютера. При этой технологии в качестве единственного способа ввода информации от человека к компьютеру служит клавиатура, а компьютер выводит информацию человеку с помощью монитора. Эту комбинацию (монитор + клавиатура) стали называть консолью.

Команды набираются в командной строке. Командная строка представляет собой строку приглашения. Команда заканчивается нажатием клавиши Enter. После этого осуществляется переход в начало следующей строки. Именно с этой позиции компьютер выдает на монитор результаты своей работы. Затем процесс повторяется.

Примечание

В командной строке записана команда создания (md) каталога Kat1 в корневом каталоге диска C.

Объектно-ориентированный интерфейс – это управление ресурсами вычислительной системы посредством осуществления операций над объектами, представляющими файлы, каталоги (папки), дисководы, программы, документы и т.д.

Разновидностью объектно-ориентированного интерфейса является графический WIMP — интерфейс (Window — окно, Image — образ, Menu — меню, Pointer — указатель). Характерной особенностью этого вида интерфейса является то, что диалог с пользователем ведется не с помощью команд, а с помощью графических образов — меню, окон, других элементов. Хотя и в этом интерфейсе подаются команды машине, но это делается «опосредованно», через графические образы. Этот вид интерфейса реализован на двух уровнях технологий: простой графический интерфейс и «чистый» WIMP-интерфейс, пример графический WIMP-интерфейс ОС Windows.

Кроме названных основных видов интерфейса можно выделить еще один – SILK — интерфейс (Speech — речь, Image — образ, Language — язык, Knowlege — знание). Этот вид интерфейса наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет обычный «разговор» человека и компьютера. При этом компьютер находит для себя команды, анализируя человеческую речь и находя в ней ключевые фразы. Результат выполнения команд он также преобразует в понятную человеку форму.

По типу использования ресурсов (сетевые, не сетевые): Сетевые ОС: Novell NetWare, Windows 2008 Server.

Сетевые ОС предназначены для управления ресурсами компьютеров, объединенных в сеть с целью совместного использования данных, и предоставляют мощные средства разграничения доступа к данным в рамках обеспечения их целостности и сохранности, а также множество сервисных возможностей по использованию сетевых ресурсов.

По особенностям методов построения: монолитное ядро или микроядерный подход.

При описании операционной системы часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.

Способы построения ядра системы — монолитное ядро или микроядерный подход. Большинство ОС использует монолитное ядро, которое компонуется как одна программа, работающая в привилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в пользовательский и наоборот. Альтернативой является построение ОС на базе микроядра, работающего также в привилегированном режиме и выполняющего только минимум функций по управлению аппаратурой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют специализированные компоненты ОС — серверы, работающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным режимом и пользовательским, зато система получается более гибкой — ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифицируя или исключая серверы пользовательского режима. Кроме того, серверы хорошо защищены друг от друга, как и любые пользовательские процессы.

more-it.ru