Конспект лекций по информатике, страница 9

Основные понятия ОСДля каждой операционной системы существует наборбазовых понятий: процессы, память, ввод-вывод данных ифайлы.Ключевое понятие операционной системы – процесс.Процессом называют программу в момент выполнения.С каждым процессом связывается его адресноепространство – список адресов в памяти. Адресноепространство содержит саму программу, данные к ней и еестек. Со всяким процессом связывается некий наборрегистров, включая счетчик команд, указатель стека идругие аппаратные регистры, плюс вся остальнаяинформация, необходимая для запуска программы.5.2.1.1.

Управление памятьюВ очень простых операционных системах вконкретный момент времени в памяти может находитьсятолько одна программа. Для запуска второй программысначала нужно удалить из памяти первую и загрузить на ееместо вторую.Такиеоперационныесистемыназываютоднопользовательскими. К ним относятся FMS, IBSYS,MS-DOS.Более совершенные системы позволяют одновременнонаходиться в памяти нескольким программам.

Для тогочтобы они не мешали друг другу (и операционной системе),необходим некий защитный механизм. Хотя этотмеханизм располагается в аппаратуре, он управляетсяоперационной системой.67Рисунок 5.2. Многозадачная система с тремя заданиямив памятиК многозадачным операционным системам относятсяOS/2, Unix, Windows, Linux.5.2.1.2. Ввод-вывод данныхВо всех компьютерах есть физические устройства дляполучения входных данных и вывода информации.Существует много видов устройств ввода-вывода, всемиими управляет операционная система.Устройства ввода-вывода обычно состоят из двухчастей: контроллера и самого устройства.

Контроллер –это микросхема (или набор микросхем), физическиуправляющая устройством. Он принимает командыоперационной системы, например, указание прочитатьданные с устройства, и выполняет их.Программа, которая общается с контроллером, отдаетему команды и получает ответы, называется драйверомустройства. Каждый производитель контроллеров долженпоставлять драйверы для работы устройства в различныхоперационных системах.Операционная система должна уметь распознаватьаппаратные составляющие и уметь их настраивать.

Это требование привело компании Intel и Microsoft к разработкесистемы персонального компьютера, называемой plug andplay.68При начальной загрузке компьютера стартует системаBIOS. Сначала она проверяет количество установленной всистеме оперативной памяти, подключены ли клавиатура идругие основные устройства и корректно ли ониотзываются. BIOS начинает проверку с шин ISA и PCI,чтобы определить все устройства, присоединенные к ним.Эти устройства регистрируются.Затем BIOS определяет устройство, с которого будетпроисходить загрузка операционной системы, по очередипробуя каждое из списка, хранящегося в CMOS-памяти.

Вовремя загрузки операционная система опрашивает BIOS,чтобыполучитьинформациюоконфигурациикомпьютера. Для каждого устройства она проверяет наличие драйвера. Если драйвер отсутствует, операционнаясистема просит пользователя вставить компакт-диск,содержащий драйвер, или подключить Интернет дляскачивания драйвера с сайта производителя оборудования.Когда все драйверы загружены, операционная системаинициализируеттаблицыдрайверов,создаетвсенеобходимые фоновые процессы и запускает программуввода пароля или графический интерфейс на каждомтерминале.Технология общения пользователя с компьютеромзависит от интерфейса. Операционные системы имеюткомандный, WIMP или SILK интерфейс.Командный интерфейс означает выдачу на экрансистемного приглашения для ввода команды.

Например, вMS-DOS это приглашение выглядит как C:\>, в Unix как $.WIMPинтерфейсявляетсяграфическимирасшифровывается как Windows (окна), Image (образ), Menu(меню), Pointer (указатель), то есть на экране высвечиваетсяокно, содержащее образы программ и меню действий, длявыбора одного из них используется указатель.69SILK интерфейс означает Speech (речь), Image (образ),Language (язык) и Knowledge (знание). Этот вид интерфейсанаиболее приближен к обычной, человеческой формеобщения.

В рамках этого интерфейса идет речевое общениечеловека и компьютера. При этом компьютер находит длясебя команды, анализируя человеческую речь и находя вней ключевые фразы. Результат выполнения команд онтакже преобразует в понятную человеку форму.5.2.1.3. ФайлыФайловая система – это еще одно ключевое понятие,поддерживаемоевсемиоперационнымисистемами.Основной функцией операционной системы являетсяскрытие особенностей дисков и других устройств вводавывода и предоставление пользователю понятной и удобнойабстрактной модели независимых от устройств файлов.Предоставляяместодляхраненияфайлов,операционные системы используют понятие каталога какспособа объединения файлов в группы. Содержимое каталогов могут составлять файлы или другие каталоги.Иерархии процессов и файлов организованы в видедеревьев.Иерархия процессов обычно не очень глубока (в нейредко бывает больше трех уровней), тогда как файловаяструктура часто имеет до нескольких десятков уровней вглубину.Иерархия процессов обычно живет очень недолго, какправило, несколько минут, иерархия каталогов можетсуществовать годами.5.2.2.

Структура ОСЧтобы получить представление обо всем спектревозможных вариантов, рассмотрим пять различных70использующихся (или использовавшихся ранее) структур:монолитныесистемы,многоуровневыесистемы,виртуальные машины, экзоядро и модель клиент-сервер.Монолитные системы: структура как таковаяотсутствует, операционная система написана в виде наборапроцедур, каждая из которых может вызывать другие, когда ей это нужно.Многоуровневые системы: организация операционнойсистемы в виде иерархии уровней.Виртуальные машины: операционная системаформирует для пользователя виртуальную машину,идентичную настоящему оборудованию. На каждойвиртуальной машине может функционировать любаяоперационная система. На разных виртуальных машинахмогут функционировать различные операционные системы.Экзоядро:обеспечиваеткаждогопользователяабсолютной копией реального компьютера, но с подмножеством ресурсов.Модель клиент-сервер: код перенесен в верхниеуровни, оставляется минимальное микроядро.

Обычно этоосуществляется перекладыванием выполнения большинствазадач операционной системы на средства пользовательскихпроцессов. Получая запрос на какую-либо операцию,например чтение блока файла, пользовательский процесс(называемый клиентским процессом) посылает запроссерверному процессу, который его обрабатывает ивысылает назад ответ.5.2.3. Сетевые ОССети персональных компьютеров управляютсясетевымиираспределеннымиоперационнымисистемами.В сетевых ОС пользователи осведомлены о наличиидругих компьютеров и, чтобы воспользоваться ресурсами71другого компьютера (например, скачать файл), должнывыполнить логический вход в другой компьютер.

Каждаямашина в сети выполняет свою собственную локальнуюоперационную систему, отличающуюся от обычнойоперационной системы наличием дополнительных средств,позволяющих компьютеру работать в сети.Сетевая операционная система не имеет отличий отоперационной системы однопроцессорного компьютера,кроме того, что она обязательно содержит программнуюподдержку для сетевых интерфейсных устройств (драйверсетевого адаптера), а также средства для удаленного входав другие компьютеры сети и средства доступа к удаленнымфайлам.Распределенная операционная система позволяетприкладным задачам одновременно обрабатываться нанескольких процессорах.

При этом пользователи незадумываются о том, где работают их программы или гдерасположены файлы; все это автоматически и эффективнообрабатываться самой операционной системой.5.2.4. Служебные программыСервисное программное обеспечение–этосовокупность программных продуктов, предоставляющихпользователю дополнительные услуги в работе скомпьютером и расширяющих возможности операционныхсистем.По функциональным возможностям сервисные средстваможно подразделить на программы, которые: улучшают пользовательский интерфейс; защищаютданныеотразрушенияинесанкционированного доступа; восстанавливают данные; ускоряют обмен данными между диском и ОЗУ; выполняют архивацию и разархивацию;72обеспечивают антивирусную защиту.5.2.4.1. АрхивацияАрхиватор – это программа, которая сжимает файл илигруппу файлов в один архивный файл с целью уменьшенияих размера.

При этом не теряется ни бита информации, илюбой файл можно из архива извлечь, т.е. восстановить висходном виде. Что дает архивация? Во-первых, экономияместа на диске, во-вторых, можно перенести большой объеминформации на небольшом по объему носителе, в-третьих,есть возможность пересылать большие файлы поэлектронной почте.Наиболее известны архиваторы RAR, ZIP, ARJ.

Архив,созданный тем или иным архиватором, имеет расширение,соответствующее его названию. Например, расширениефайла archfile.rar говорит о том, что он был создан спомощью архиватора RAR.Архиваторы различаются возможностями и качествомсжатия, которое зависит также и от типа сжимаемыхданных. Некоторые архиваторы лучше работают с однимитипами данных, но хуже с другими. Программы архивациипозволяют установить пароль для защиты архива. К важнымфункциям архиваторов относят создание многотомных исамораспаковывающихся архивов.Многотомные архивы – это архивы, разбитые нанесколько отдельных файлов.

Их применяют, когданеобходимо перенести большой объём информации надискетах: на каждую дискету помещается отдельный томархива. При извлечении данных из многотомного архиваархиватор будет последовательно обрабатывать том затомом и запрашивать смену дискеты.Самораспаковывающиеся архивы используются в техслучаях, когда необходимо перенести информацию на73другой компьютер, но неизвестно, установлен ли тамсоответствующий архиватор. Самораспаковывающийсяархив представляет собой исполняемый (.EXE) файл,который включает в себя заархивированные данные ипрограмму для их распаковки.5.2.4.2.

Антивирусные программыСканеры вирусов. Антивирусная программа сканирует все исполняемые файлы на диске, сравнивая ихсодержимое с хранящимися в ее базе данных штаммамиизвестных вирусов.Так как незначительные мутации уже известныхвирусов появляются постоянно, антивирусная программадолжна уметь распознавать вирус, несмотря на изменение внескольких байтах. Однако такой способ поиска не толькомедленнее точного поиска, но он может привести кложным тревогам, то есть антивирусная программа будетвыдавать предупреждение о незараженных файлах, которыесодержат кусок кода, смутно напоминающего вирус.Антивирусный сканер должен проверить главнуюзагрузочную запись, загрузочные секторы, списокдефектных блоков жесткого диска, а также флэш-ПЗУ,CMOS-память и т.д. Но при этом, если в памяти находитсярезидентный вирус, то он не будет обнаруженантивирусным сканером.Некоторыепрограммы-сканерыосуществляютпроверку целостности файлов: антивирусная программасначала сканирует жесткий диск в поисках вирусов.Убедившись, что диск чист, она вычисляет контрольнуюсумму для каждого исполняемого файла и сохраняетсписок контрольных сумм для всех исполняемых файловкаталога в том же каталоге в специальном файле.