Функции операционной системы

Функции операционной системы

Операционная система — это комплекс программ, обеспечивающих управление заданиями и распределение ресурсов компьютера, предоставляющих интерфейс для работы с пользователем, а также организующих работу с файлами. 

Управление заданиями и распределение ресурсов

Основными ресурсами современных компьютеров являются процессорное время, оперативная память, дисковая память, устройства ввода/вывода данных. Распределение ресурсов компьютера происходит между процессами. 

Процесс — это объект, который возникает в операционной системе после того, как пользователь или сама система запустили программу на выполнение. При этом одна и та же программа может породить несколько процессов (например, если на одном компьютере какая-либо программа будет запущена от имени нескольких разных пользователей). 

Управление ресурсами включает решение следующих задач: 

• определение, какому процессу, когда и в каком объеме следует выделить данный ресурс; 
• отслеживание состояния и учет использования ресурса; 
• разрешение конфликтов между процессами. 

От эффективности алгоритмов управления ресурсами компьютера во многом зависит производительность всей компьютерной системы в целом. В зависимости от особенностей управления ресурсами операционные системы делят на следующие типы: 

• многозадачные   (допускается одновременное выполнение нескольких пользовательских программ) и однозадачные   (допускается выполнение только одной пользовательской программы); 
• многопользовательские   (допускается одновременный запуск программ от имени нескольких пользователей) и однопользовательские   (допускается запуск программ только от имени одного пользователя); 
• многопроцессорные   (допускается использование на компьютерах с несколькими процессорами) и однопроцессорные   (допускается использование на компьютерах только с одним процессором). 

Чтобы успешно решать свои задачи, пользователь не обязан знать подробности аппаратного устройства компьютера. Операционная система скрывает от него большую часть особенностей архитектуры и предоставляет возможность простой и удобной работы с файлами и аппаратными средствами (принтерами, сканерами, дисками и т. д.). Если бы пользователь работал с компьютером без участия ОС, то, например, для организации чтения блока данных с диска ему пришлось бы использовать более десятка команд с указанием множества параметров: номера блока на диске, номера сектора на дорожке и т. д. 

В  пакетных операционных системах  общение с ОС осуществлялось оператором, а сам программист был лишен возможности ведения диалога. В   системах разделения времени появился  командный интерфейс   работы пользователя, и общение между пользователем и компьютером велось посредством набора специальных команд. Каждая операционная система имела свой подобный набор команд. Примерами ОС с командным интерфейсом работы являются СР/М, UNIX, MS-DOS. 

Для удобства работы пользователей в некоторых ОС были разработаны специальные

программы-оболочки, позволяющие работать с файлами с помощью меню. Это избавляло от необходимости вводить команды с клавиатуры. Примером такой оболочки является программа Norton Commander, разработанная для ОС MS-DOS

В начале 1980-х годов появляются первые цветные графические мониторы, что послужило толчком для создания операционных систем с графическим интерфейсом работы для пользователя. В   1984 году для компьютеров Macintosh фирмы Apple была разработана первая операционная система с графическим интерфейсом MacOs. Пользователи получили возможность управлять своим компьютером с помощью нового устройства, названного мышью .  Операционная система MacOS использовала оконный интерфейс для представления и организации информации. 

Графический интерфейс работы имеют многие современные операционные системы (Windows, Linux, MacOS), используемые на персональных компьютерах. 

Организация работы с файлами

Переход от носителей данных с последовательным доступом   (перфолент, перфокарт и магнитных лент) к накопителям с произвольным доступом — магнитным дискам привел к необходимости разработки системных программных средств для организации хранения и поиска данных на таких носителях. В состав   ОС были включены файловые системы.  

Файловая система   определяет способ организации данных на внешнем носителе; выполняет преобразование символьных   имен файлов, с которыми работает пользователь, в физические адреса данных на диске; организует совместный доступ к   файлам; защищает их от несанкционированного доступа и   т. д. 

Как известно, информация на диске хранится в секторах и само устройство может  выполнять лишь команды «считать/написать информацию в определенный сектор на диске».

Файловая   система предоставляет возможность пользователю работать с более удобным для него понятием «файл» .  Для идентификации файлов   используются имена.

Файловые системы обычно имеют

иерархическую структуру ,  в которой файлы организуются в каталоги нескольких уровней. 

Различие между файловыми системами заключается в основном в способах распределения между файлами пространства на диске и организации на диске служебных областей.  Файловая система состоит из следующих компонентов: 

• совокупности всех файлов на диске; 

• наборов служебных структур данных, используемых для управления файлами (например, каталогов файлов); 

• комплекса системных программных средств, реализующих управление файлами. 

Современные операционные системы стремятся обычно при установке выбирать одну из нескольких файловых систем. В ОС Windows используются файловые системы FAT32 и NTFS, в ОС Linuxприменяется достаточно большое количество файловых систем, из которых наиболее распространены ext2/ext3.  Так как файловая система активно использует устройства ввода/вывода, она должна поддерживать работу с  драйверами  устройств.

Драйверы бывают стандартными и загружаемыми. Стандартные драйверы управляют работой стандартных устройств (монитор, клавиатура, диски, принтеры), записываются в ПЗУ и образуют в совокупности «базовую систему ввода/вывода» — BIOS. Загружаемые драйверы   используются для управления дополнительными внешними устройствами ПК. Часть   загружаемых драйверов входит в состав операционной системы, часть драйверов   необходимо устанавливать дополнительно с дисков, которые обычно   прилагаются в   поставке с каждым устройством .  При необходимости драйверы можно скачать из   Интернета с сайтов разработчиков устройств.