Документ представляет собой обширный учебный материал по операционным системам, описывая их функцию как комплексов программ, управляющих аппаратными средствами компьютеров. Обсуждаются аспекты многозадачности, планирования заданий, а также классификации и типы операционных систем, включая системы реального времени и пакетной обработки. Также рассматриваются архитектуры операционных систем, такие как монолитные, микроядерные и многоуровневые системы.

1. Подготовила
преподаватель Аксёнова Т.Г.
КИП
2015

2.  Синицын С.В. Операционные системы: учебник для студ.
высш. учеб. заведений / С.В. Синицын, А.В. Батаев, Н.Ю.
Налютин. – М.: Изд центр «Академия», 2010 – 304 с.
 Партыка Т.Л. Операционные системы, среды и оболочки:
учебное пособие / Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - 2-е изд.,
испр. и доп.. - М.: Форум, 2009.- 528 с.
 Гордеев, А.В. Операционные системы: Учебник для вузов. -
2-е издание. - СПб.: Питер, 2007.- 416 с: ил.
 Олифер, В.Г. Сетевые операционные системы: Учебник для
вузов / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - 2-е издание. - СПб.:
Питер, 2009.- 669 с: ил.

3. Общие сведения об ОС
Типовая структура ОС
Классификация ОС
Требования к современным ОС
Эволюция ОС
Функции ОС
Внутреннее строение ОС

4. Представьте себе, что вы едете на автомобиле, пытаясь
непосредственно руками поворачивать колеса, контролировать состав
горючей смеси, поступающей в двигатель, изменить зацепление
шестеренок, передающих вращение от двигателя к колесам, омывать
и чистить лобовое стекло и совершать прочие действия, необходимые
для нормального функционирования автомобиля. Нелегко? Да что
там – практически невозможно. Для этих задач придуманы рулевое
колесо, карбюратор, рычаг переключения передач, педали и
тумблеры управления, точно так же и операционная система (ОС) в
компьютере существенно упрощает управление этой «машиной».
Правда, персональный компьютер – устройство менее
специализированное, позволяющее решать более широкий круг
задач, чем автомобиль или телевизор, и в некотором смысле более
сложное.

5. ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА
ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ
ПОДСИСТЕМЫ
Кадровое обеспечение
Эргономическое
обеспечение
Правовое
обеспечение
Организационное
обеспечение
Информационное
обеспечение
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ
ПОДСИСТЕМЫ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ
ПОДСИСТЕМЫ
Бухгалтерский учёт
Управление персоналом
Управление
производством
Управление сбытом
продукции
Математическое
обеспечение
Программное
обеспечение
Техническое
обеспечение

6. Программное обеспечение
Системы программирования
Программы
технического обслуживания
Операционные системы
Общее программное
обеспечение
Прикладное
программное обеспечение
Прикладные приложения
Предметные приложения

7.  Операционная система - это комплекс
программных средств, управляющих
аппаратными средствами компьютера,
организующих выполнение прикладных
программ и совместную работу пользователей,
а также постоянно поддерживающих
интерфейс между пользователем и
аппаратными средствами компьютера.
 Операционная среда (программная оболочка) -
это программа, которая выполняет одну или
несколько функций операционной системы
(наиболее часто поддержания диалога между
пользователем и аппаратными средствами
компьютера).

8. Операционная система
Прикладные
программы
Конфигурирующие
программы
Интерфейс системных вызовов
Прикладные пользователи Системные администраторы
Системные
программисты
Прикладные
программисты

9. СВЯЗЬ С
ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ
УПРАВЛЕНИЕ
ЗАДАЧАМИ
УПРАВЛЕНИЕ
ДАННЫМИ
Командные
интерфейсы
Интерфейсы
ввода-вывода
данных
Управление
памятью,
устройствами

10. Интерфейс системных вызовов
Система ввода/вывода
Драйверы устройств
Система управления
сеансами пользователей
Система управления
процессами
Файловая
система
Прикладное программное обеспечение
Аппаратное обеспечение
ЯДРО ОС

11.  по числу одновременно обслуживаемых
пользователей:
◦ однопользовательские
◦ многопользовательские
 по числу одновременно выполняемых
процессов:
◦ однозадачные
◦ многозадачные
 по организации доступа:
◦ пакетные
◦ интерактивные
◦ реального времени

12.  Организация рационального использования ресурсов компьютера – одна из
важнейших функций ОС.
 Многозадачность (мультипрограммирование) – способ организации
вычислительного процесса, при котором на одном (или нескольких) процессоре
(-ах) выполняется несколько задач. Данные задачи совместно используют не
только ресурсы процессора, но также оперативную и внешнюю память,
устройства ввода-вывода и т.д.
 Организация вычислительного процесса характеризуется несколькими
критериями эффективности:
◦ Пропускная способность – количество выполняемых задач в единицу времени;
◦ Удобство работы пользователя
◦ Реактивность системы – способность системы выдерживать промежутки времени между
запуском программы и получением результата.

13.  Операционные системы по типу организации
многозадачности делятся на:
◦ Системы пакетной обработки
◦ Системы разделения времени
◦ Системы реального времени.

14.  Для повышения пропускной способности вычислительной системы
и минимизации простоев центрального процессора, вызванных
ожиданием приложением ввода данных или другими причинами,
используется организация вычислительного процесса в виде
очереди (пакета) исполняемых приложений.
 Схема работы системы имеет следующий вид:
◦ В начале работы формируется пакет заданий, причем каждое задание
содержит требования к системным ресурсам.
◦ Из пакета формируется мультипрограммная смесь, то есть множество
одновременно выполняемых задач (как правило, выбираются наборы задач,
предъявляющие разные требования к ресурсам).
 Область применения систем пакетной обработки – системы с
интенсивными вычислениями (например, научные и технические
расчеты).

15.  В данных системах пользователю (или пользователям) предоставляется
возможность интерактивной работы сразу с несколькими приложениями.
 Для решения данной задачи ОС должна принудительно приостанавливать
работу приложений и переключать работу процессора на обработку другого
приложения.
 Всем приложениям попеременно выделяется некоторый квант процессорного
времени. Пользователь получает возможность поддерживать диалог с
запущенным приложением.
 Достоинство данных систем – удобство работы пользователя. Каждый
пользователь получает терминал для управления работой приложений.
 Недостаток – меньшая пропускная способность операционных систем.

16.  Системы реального времени представляют собой вариант систем с разделением
времени выполнения в случае, если задача обработки информации должна быть
выполнена в течение некоторого предельно допустимого времени.
 Мультипрограммная смесь в системах реального времени – фиксированный
набор заранее разработанных программ. Выбор задачи осуществляется по
прерываниям или в соответствии с расписанием плановых работ.
 Способность ОС к быстрому ответу зависит от скорости переключения с одной
задачи на другую, в частности, от скорости обработки прерываний.
 В системах реального времени при планировании загрузки устройств
устанавливается некоторый запас вычислительной мощности системы, для того,
чтобы, в случае пиковой нагрузки, система могла осуществить прерывание
работы приложения.
 Примера таких систем – управление техническими объектами или
технологическими процессами. В таких системах критерий эффективности –
способность выдержать заданные интервалы времени.

17.  расширяемость
 переносимость
 совместимость
 надежность и отказоустойчивость
 высокая производительность
 безопасность

18.  Ламповые машины
 Нет разделения персонала
 Нет операционных систем
 Ввод программы с пульта или с колоды перфокарт
 Отладка программы с пульта
 Одновременное выполнение только одной
операции
 Появление прообразов первых компиляторов
Научно-исследовательская работа в области
вычислительной техники
1-й период (1945 г. – 1955 г.)

19.  Транзисторные машины
 Происходит разделение персонала
 Бурное развитие алгоритмических языков
 Ввод задания с колоды перфокарт
 Отладка программы по изучению распечаток
 Пакеты заданий и системы пакетной обработки
Начало использования ЭВМ в научных и
коммерческих целях
2-й период (1955 г. – начало 60х гг.)

20.  Машины на интегральных схемах
 Использование спулинга (spooling)
 Планирование заданий
 Мультипрограммные пакетные системы
3-й период (начало 60х гг. – 1980 г.)

21. Software
 Планирование заданий
 Управление памятью
 Сохранение контекста
 Планирование
использования
процессора
 Системные вызовы
 Средства коммуникации
 Средства синхронизации
Hardware
 Защита памяти
 Сохранение контекста
 Механизм
прерываний
 Привилегированные
команды

22.  Машины на интегральных схемах
 Использование спулинга (spooling)
 Планирование заданий
 Мультипрограммные пакетные системы
 Системы разделения времени (time-sharing)
 Виртуальная память
 Интерактивная отладка программ
 Развитые файловые системы
 Семейства ЭВМ
Широкое использования ЭВМ в научных и
коммерческих целях
3-й период (начало 60х гг. – 1980 г.)

23.  Машины на больших интегральных схемах (БИС)
 Персональные ЭВМ
 Дружественное программное обеспечение
 Сетевые и распределенные операционные системы
Широкое использования ЭВМ в быту, в
образовании, на производстве
4-й период (1980 г. – ???)

24.  Планирование заданий и управление процессами
 Управление памятью
 Управление файлами и внешними устройствами
 Обеспечение безопасности
 Интерфейс прикладного программирования
 Пользовательский интерфейс

25.  Каждая процедура может вызывать каждую
 Все процедуры работают в привилегированном режиме
 Ядро совпадает со всей операционной системой
 Пользовательские программы взаимодействуют с ядром
через системные вызовы
= ядро
- точки входа в
ядро –
системные вызовы Привилегированный режим
ОС
Программа
пользователя
Программа
пользователя
Программа
пользователя
Монолитное ядро

26.  Процедура уровня N может вызывать только процедуры уровня N -
1
 Все или почти все уровни работают в привилегированном режиме
 Ядро совпадает или почти совпадает со всей операционной
системой
 Пользовательские программы взаимодействуют с ОС через
интерфейс пользователя
Интерфейс пользователя
Управление вводом-выводом
Управление памятью
Планирование задач и процессов
Hardware
Драйвер связи с консолью
Многоуровневые системы (Layered systems)
0
N
1
2
3
4
5
Система THE

27. Функции микроядра:
 взаимодействие между программами
 планирование использования процессора
 первичная обработка прерываний и операций ввода-вывода
 базовое управление памятью
Микроядерная (microkernel) архитектура
Микро-
ядро
Приложе-
ние 1
Приложе-
ние 2
Менеджер
памяти
Менеджер
файлов
Менеджер
сети
Привилегированный
режим
ОС

28.  Взаимодействие частей ОС между собой и с
программами пользователей путем передачи
сообщений через микроядро
 В привилегированном режиме работает только
микроядро
 Микроядро составляет лишь малую часть ОС
Микроядерная (microkernel) архитектура

29.  Монолитное ядро – необходимость
перекомпиляции при каждом изменении,
сложность отладки, высокая скорость работы.
 Многоуровневые системы – необходимость
перекомпиляции при изменениях, отлаживается
только измененный уровень, меньшая скорость
работы
 Микроядро – простота отладки, возможность
замены компонент без перекомпиляции и
остановки системы, очень медленные
Смешанные системы – почему?

30.  Linux – монолитная система с элементами
микроядерной архитектуры (подгружаемые
модули).
 4.4 BSD – запуск монолитной системы под
управлением микроядра
 Windows NT – почти микроядерная система с
элементами монолитности
Многоуровневый подход применяется почти
во всех ОС в их отдельных компонентах
Смешанные системы – примеры

31. Каждому пользователю предоставляется своя копия
виртуального hardware
Виртуальные машины
Реальное hardware
Реальная операционная система
Виртуальное
hardware
Виртуальное
hardware
Виртуальное
hardware
Linux Windows-XP MS-DOS
Пользователь Пользователь Пользователь