by Syrota Sofiia
Copyright © 2021
Операційні системи
Copyright © 2021
Визначення та історія виникнення операційних систем
Операційна система, скорочено ОС (англ. operating system, OS) — це базовий комплекс програм, що виконує управління апаратною складовою комп’ютера або віртуальної машини; забезпечує керування обчислювальним процесом і організовує взаємодію з користувачем. Операційна система звичайно складається з ядра операційної системи та базового набору прикладних програм.
Функції оперативної системи:
Головні функції:
- ✅Виконання на вимогу користувача тих елементарних (низькорівневих) дій, які є спільними для більшості програм і часто зустрічаються майже в усіх програмах (введення та виведення даних, запуск і зупинка інших програм, виділення та вивільнення додаткової пам’яті тощо).
- ✅Стандартизований доступ до периферійних пристроїв (пристрої введення-виведення).
- ✅Завантаження програм у оперативну пам’ять і їх виконання.
- ✅Керування оперативною пам’яттю (розподіл між процесами, організація віртуальної пам’яті).
- ✅Керування доступом до даних енергонезалежних носіїв (апаратний диск, оптичні диски тощо), організованим у тій чи іншій файловій системі.
- ✅Відтворення інтерфейсу користувача.
- ✅Мережеві операції, підтримка стеку мережевих протоколів.
Додаткові функції:
- ✅Паралельне або псевдопаралельне виконання задач (багатозадачність).
- ✅Розподіл ресурсів обчислювальної системи між процесами.
- ✅Організація надійних обчислень (неможливості впливу процесу на перебіг інших), основана на розмежуванні доступу до ресурсів.
- ✅Взаємодія між процесами: обмін даними, синхронізація.
- ✅Захист самої системи, а також даних користувача і програм від дій користувача або інших програм.
- ✅Багатокористувацький режим роботи та розподілення прав доступу (автентифікація, авторизація).
Відносно свого призначення, операційні системи бувають:
- ✅універсальні (для загального використання);
- ✅спеціальні (для розв’язання спеціальних задач);
- ✅спеціалізовані (виконуються на спеціальному обладнанні);
- ✅однозадачні (в окремий момент часу можуть виконувати лише одну задачу);
- ✅багатозадачні (в окремий момент часу здатні виконувати більше однієї задачі);
- ✅однокористувацькі (в системі відсутні механізми обмеження доступу до файлів та на використання ресурсів системи);
- ✅багатокористувацькі (система впроваджує поняття «власник файлу» та забезпечує механізми обмеження на використання ресурсів системи (квоти)), всі багатокористувацькі операційні системи також є багатозадачними;
- ✅реального часу (система підтримує механізми виконання задач реального часу, тобто такі, для яких будь які операції завжди виконуються за наперед передбачуваний і незмінний при наступних виконаннях час).
Відносно способу встановлення операційної системи, операційні системи бувають:
- ✅вмонтовані (такі, що зберігаються в енергонезалежній пам’яті обчислювальної машини або пристрою без можливості заміни в процесі експлуатації обладнання);
- ✅невмонтовані (такі, що інсталюються на один з пристроїв зберігання інформації обчислювальної машини з можливістю подальшої заміни в процесі експлуатації).
Відносно відповідності стандартам операційні системи бувають:
- ✅стандартні (відповідають одному з загальноприйнятих відкритих стандартів, найчастіше POSIX);
- ✅нестандартні (в тому числі такі, що розробляються відповідно до корпоративних стандартів).
Відносно ліцензії, можливостей розширення та можливостей внесення змін до вихідного коду операційні системи бувають:
- ✅вільні — з вільними програмним кодом (GNU, BSD, MIT)
- ✅відкриті (англ. open source) — з відкритим програмним кодом;
- ✅власницькі (англ. proprietary) — комерційні з закритим кодом.
Історія виникнення
Перші комп’ютери взагалі не мали ОС. На початку 1960-х вони лише комплектувались набором інструментів для розробки, планування та виконання завдань. Серед інших можна виділити системи від UNIVAC та Control Data Corporation.
До кінця 1960-х, проте, було розроблено цілий ряд операційних систем, в котрих були реалізовані всі або більшість з вищеперелічених функцій. До них можна віднести «Atlas» (Манчестерський університет), «CTTS» и «ITSS» (Массачусетський технологічний інститут (МТІ)), «THE» (Ейндговенський технологічний університет), «RS4000»
(Оргуський університет) та інші (на той момент їх налічувалось близько сотні)
Найбільш розвинуті ОС того часу, такі як «OS/360» (компанія «IBM»), «SCOPE» (компанія «CDC») та завершений вже в 1970-х роках «MULTICS» (МТІ та компанія «Bell Labs»), передбачали можливість використання багатопроцесорних системи.
Спонтанний характер розробки ОС призвів до наростання кризових явищ, пов’язаних, перш за все, зі складністю та великими розмірами розроблюваних систем. ОС погано масштабувались (простіші не використовували всіх можливостей потужних обчислювальних машин; складніші неоптимально виконувались або взагалі не виконувались на менш потужних системах) і були повністю несумісними між собою.
У 1969 році співробітники МТІ Кен Томпсон, Деніс Рітчі та Браян Керніган з колегами розробили та реалізували ОС «Юнікс» («Unix»; первинно «UNICS», на противагу «MULTICS»). Нова ОС увібрала в себе багато рис попередниць, але на противагу їм мала цілий ряд переваг:
- ✅проста метафорика (два ключових поняття — процес та файл);
- ✅компонентна архітектура (принцип «одна програма — одна функція», або інакше «кожна програма має робити лише одну роботу, але робити її добре» плюс потужні засоби об’єднання цих програм для розв’язання конкретних задач);
- ✅мінімізація ядра та кількості системних викликів;
- ✅незалежність від апаратної архітектури і реалізація на машинно незалежній мові програмування (для цього була розроблена мова програмування «C»;
- ✅уніфікація файлів (будь-що у системі є файлом, до якого можна доступитись за спільними для всіх правилами).
Завдяки зручності перш за все як інструментального середовища «Юнікс» дуже тепло зустріли в університетах, а потім і в галузі в цілому і незабаром вона стала прототипом єдиної ОС, котру можна було використовувати у найрізноманітніших обчислювальних системах, і — більше того — швидко та з мінімумом зусиль перенести на іншу апаратну архітектуру.
Наприкінці 1970-х років співробітники Каліфорнійського університету в Берклі внесли ряд суттєвих вдосконалень у джерельні коди Юнікс, включно з реалізацією стеку мережевих протоколів TCP/IP. Їх розробка стала відомою під іменем BSD (англ. Berkeley Software Distribution).
Через конфлікт з «Bell Labs» Річард Столмен поставив задачу реалізувати повністю незалежну від авторських прав ОС на основі Юнікс, заснувавши проект «GNU» (англ.рекурсивсне скорочення «GNU’s Not Unix» — «ГНЮ Не Юнікс»).
Сучасність
Сучасні операційні системи типово мають графічний інтерфейс користувача, котрий на додачу до клавіатури користується також вказівниковим пристроєм — мишею чи тачпадом. Старіші системи, та системи, що не призначені для частої безпосередньої взаємодії з користувачем (як наприклад сервери) типово використовують інтерфейс командного рядка. Обидва підходи так чи інакше реалізують оболонку, котра перетворює команди користувача — текстові з клавіатури, чи рухи мишки — на системні виклики.
При виборі ОС ключовим моментом є архітектура комп’ютера (зокрема центрального процесора), на котрій вона буде запускатись. На персональних комп’ютерах сумісних з ІВМ РС запускаються ОС сімейства «Майкрософт Віндовз», «Лінукс» та «БСД». На мейнфреймах Burroughs MCP — B5000, IBM OS/360 — IBM System/360, UNIVAC EXEC 8 — UNIVAC 1108. Крім того на більшості сучасних мейнфреймів запускаються різні варіанти Лінукс чи Юнікс, а на деяких — версія Datacenter Windows 2003 Server. На вбудованих системах використовується велика кількість вбудованих ОС.
Published: Dec 12, 2021
Latest Revision: Dec 12, 2021
Ourboox Unique Identifier: OB-1245457
Copyright © 2021
Skip to content