15. Назначение и структура операционных систем.

Основные функции:

1. Выполнение по запросу программ тех достаточно элементарных (низкоуровневых) действий, которые являются общими для большинства программ и часто встречаются почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

2. Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.

3. Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

4. Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

5. Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.

6. Обеспечение пользовательского интерфейса.

7. Сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов.

Дополнительные функции:

1. Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

2. Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.

3. Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.

4. Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.

5. Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.

6. Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.

7. Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см. аутентификация, авторизация).

ОС нужны, если:

Ø вычислительная система используется для различных задач, причём программы, решающие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно «связать» вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

Ø различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция — тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);

Ø между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;

Ø необходима возможность имитации «одновременного» исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как «разделение времени». При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);

Ø наконец, оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служатоперационные среды

, одна из которых — оболочка и набор стандартных утилит — является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы).

Структура и состав ОС

ОС состоит из:

- ядра,

- базовой системы ввода-вывода,

- командного интерпретатора (необязательно),

- сервисных программ.

Ядро операционной системы

Ядро операционной системы — часть ОС, выполняющаяся при максимальном уровне привилегий. Как правило, в ядро помещаются процедуры, выполняющие манипуляции с основными ресурсами системы и уровнями привилегий процессов, а также критичные процедуры.

Базовая система ввода-вывода

Базовая система ввода-вывода (БСВВ, BIOS) — набор программных средств, обеспечивающих взаимодействие ОС и приложений с аппаратными средствами. Обычно БСВВ представляет набор компонент — драйверов. Также в БСВВ входит уровень аппаратных абстракций, минимальный набор аппартно-зависимых процедур ввода-вывода, необходимый для запуска и функционирования ОС.

Командный интерпретатор

Командный интерпретатор — необязательная, но существующая в подавляющем большинстве ОС часть, обеспечивающая управление системой посредством ввода текстовых команд (с клавиатуры, через порт или сеть). Операционные системы, не предназначенные для интерактивной работы часто его не имеют. Также его могут не иметь некоторые ОС для рабочих станций (MacOS 7, 8 (?)).

Сервисные программы

Сервисное программное обеспечение — пакет приложений, включённый в состав ОС, реализующий множество полезных функций.