введение_1 (1085732), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Несмотря на свои огромные размеры и недостатки, OS/360 и подобные ей операционные системы третьего поколения, созданные другими производителя­ми компьютеров, на самом деле достаточно неплохо удовлетворяли требованиям большинства клиентов. Они даже сделали популярными несколько ключевых тех­нических приемов, отсутствовавших в операционных системах второго поколения. Самым важным достижением явилась многозадачность. На компьютере IBM 7094, когда текущая работа приостанавливалась в ожидании операций ввода-вывода с магнитной ленты или других устройств, центральный процессор просто бездей­ствовал до окончания операции ввода-вывода. При сложных научных вычисле­ниях и ограниченных возможностях процессора устройства ввода-вывода задей-ствовались довольно редко, так что это потраченное впустую время не играло существенной роли. Но при коммерческой обработке данных время ожидания ус­тройства ввода-вывода могло занимать 80 или 90 % всего рабочего времени, по­этому необходимо было что-нибудь сделать во избежание длительного простаива­ния весьма дорогостоящего процессора.

Решение этой проблемы заключалось в разбиении памяти на несколько частей, называемых разделами, каждому из которых давалось отдельное задание, как по­казано на рис. 1.3. Пока одно задание ожидало завершения работы устройства вво­да-вывода, другое могло использовать центральный процессор. Если в оператив­ной памяти содержалось достаточное количество заданий, центральный процессор мог быть загружен почти на все 100 % по времени. Множество одновременно хра­нящихся в памяти заданий требовало наличия специального оборудования для защиты каждого задания от возможного любопытства и ущерба со стороны осталь­ных заданий. 360-я и другие системы третьего поколения были снабжены подоб­ными аппаратными средствами.

Задание 3

Задание 2

Задание 1

Разделы памяти

Операционная система

Рис. 1.3. Многозадачная система с тремя заданиями в памяти

Другим важным плюсом операционных систем третьего поколения стала способность считывать задание с перфокарт на диск по мере того, как их приноси­ли в машинный зал. Всякий раз, когда текущее задание заканчивалось, операци­онная система могла загружать новое задание с диска в освободившийся раздел, памяти и запускать его. Этот технический прием называется «подкачкой» данных или спулингом (spooling, это английское слово произошло от аббревиатуры Simultaneous Peripheral Operation On Line — совместная периферийная операция в интерактивном режиме) и его также используют для выдачи полученных дан­ных. С появлением подкачки стали больше не нужны 1401-е и исчезли многократ­ные переносы магнитных лент.

Хотя операционные системы третьего поколения вполне подходили для боль­ших научных вычислений и справлялись с крупными коммерческими обработка­ми данных, они все еще, по существу, представляли собой разновидности системы пакетной обработки. Многие программисты тосковали по первому поколению ма­шин, когда они могли распоряжаться всей машиной в течение нескольких часов и имели возможность быстро отлаживать свои программы. При системах третьего поколения временной промежуток между передачей задания и возвращением ре­зультатов часто составлял несколько часов, так что единственная неуместная запятая могла стать причиной сбоя при компиляции, и получалось, что програм­мист тратил впустую половину дня.

Желание сократить время ожидания ответа привело к разработке режима раз­деления времени, варианту многозадачности, при котором у каждого пользовате­ля есть свой диалоговый терминал. Если двадцать пользователей зарегистрирова­ны в системе, работающей в режиме разделения времени, и семнадцать из них думают, беседуют или пьют кофе, то центральный процессор по очереди предо­ставляется трем пользователям, желающим работать на машине. Так как люди, от­лаживая программы, обычно выдают короткие команды (например, компилиро­вать процедуру на пяти страницах) чаще, чем длинные (например, упорядочить файл с миллионами записей), то компьютер может обеспечивать быстрое интерак­тивное обслуживание нескольких пользователей. При этом он может работать над большими пакетами в фоновом режиме, когда центральный процессор не занят другими заданиями. Первая серьезная система с режимом разделения времени CTSS (Compatible Time Sharing System — Совместимая система разделения вре­мени) была разработана в Массачусетсском технологическом институте (M.I.T.) на специально переделанном компьютере IBM 7094 [75]. Однако режим разделе­ния времени не стал действительно популярным до тех пор, пока не получили широкого распространения необходимые технические средства защиты.

После успеха системы CTSS Массачусетсский технологический институт, сис­тема исследовательских лабораторий Bell Labs и корпорация General Electric (тогда главный изготовитель компьютеров) решили начать разработку «компьютерного предприятия общественного пользования» — машины, которая должна была под­держивать сотни одновременных пользователей в режиме разделения времени. Образцом для новой машины послужила система распределения электроэнергии. Когда вам нужна электроэнергия, вы просто вставляете штепсель в розетку и по­лучаете энергии столько, сколько вам нужно. Проектировщики этой системы, из­вестной как MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service — муль­типлексная информационная и вычислительная служба), представляли себе одну огромную вычислительную машину, воспользоваться услугой которой мог каждый человек в районе Бостона. Мысль о том, что машины, гораздо более мощные, чем их мэйнфрейм GE-645, будут продаваться миллионами по цене тысяча долларов за штуку всего лишь через тридцать лет, казалась чистейшей научной фантасти­кой, как если бы сегодня кто-либо вздумал проектировать сверхзвуковые трансат­лантические подводные поезда.

Успех системы MULTICS был весьма неоднозначен. Эта система разрабаты­валась для того, чтобы обеспечить сотни пользователей машиной, немногим более мощной, чем персональный компьютер с процессором Intel 386, хотя при этом имеющей возможность работы со значительно большим количеством устройств ввода-вывода. Это было не так уж безумно, как может показаться, потому что в те дни люди знали, как писать маленькие, эффективные программы — навык, кото­рый впоследствии был утерян. Существовало много причин, по которым система MULTICS не захватила весь мир. Не последнюю роль сыграл тот факт, что эта система была написана на языке PL/I, а компилятор языка PL/I появился лишь через несколько лет, к тому же первую версию этого компилятора можно было назвать работоспособной с большой натяжкой. Кроме того, система MULTICS была чрезвычайно претенциозна для своего времени, во многом походя на анали­тическую машину Чарльза Бэббиджа в девятнадцатом столетии.

Итак, MULTICS подала много конструктивных идей компьютерным теорети­кам, но превратить ее в серьезный продукт и добиться коммерческого успеха ока­залось намного тяжелее, чем ожидалось. Система исследовательских лабораторий Bell Labs выбыла из проекта, а компания General Electric совсем оставила компью­терный бизнес. Однако Массачусетский технологический институт проявил упор­ство и со временем получил работающую систему. В конце концов, она была про­дана как коммерческое изделие компанией Honeywell, купившей компьютерный бизнес General Electric, и установлена примерно в восьмидесяти больших компани­ях и университетах по всему миру. Несмотря на свою малочисленность, пользова­тели системы MULTICS были отчаянно преданы ей. Например, компании General Motors, Ford и Управление национальной безопасности США оставили свои сис­темы MULTICS только в конце 90-х годов, через 30 лет после выхода системы.

К настоящему времени идея компьютерного предприятия общественного пользования выдохлась, но она может благополучно вернуться к жизни в форме массивных централизованных Интернет-серверов, выполняющих основную часть работы, к которым будут присоединены относительно «глупые» пользовательские машины. Мотивировка, вероятно, будет следующей: большинство пользователей не захочет администрировать все более усложняющуюся и привередливую систему компьютера и предпочтет доверить эту работу команде профессионалов, работаю­щих на обслуживающую сервер компанию. Электронная коммерция уже развива­ется в этом направлении, создаются различные компании, управляющие электрон­ными супермаркетами на многопроцессорных серверах, с которыми соединяются простые машины клиентов. Все это очень напоминает замысел системы MULTICS.

Несмотря на неудачу с точки зрения коммерции, система MULTICS значитель­но повлияла на последующие операционные системы. Системе MULTICS также посвящен все еще активный web-сайт www.multicians.org, с большим количеством информации о системе, ее проектиров­щиках и пользователях.

Еще одним важным моментом развития во времена третьего поколения был феноменальный рост мини-компьютеров, начиная с выпуска машины PDP-1 кор­порацией DEC в 1961 году. Компьютеры PDP-1 обладали оперативной памятью, состоящей всего лишь из 4 К 18-битовых слов, но стоили они по 120 тысяч долла­ров за штуку (это меньше 5 % от цены IBM 7094) и поэтому расхватывались как горячие пирожки. На некоторых видах нечисловой работы они работали почти с такой же скоростью, как IBM 7094, что дало толчок к появлению новой индуст­рии. За этой машиной последовала целая серия других PDP (в отличие от семей­ства IBM, полностью несовместимых), и как кульминация — PDP-11.

Кен Томпсон (Ken Thompson), один из специалистов по компьютерам в Bell Labs, работавший над проектом MULTICS, впоследствии нашел мини-компьютер PDP-7, которым никто не пользовался, и решил написать усеченную однопользо­вательскую версию системы MULTICS. Эта работа позже развилась в операцион­ную систему UNIX®, ставшую популярной в академическом мире, в правитель­ственных управлениях и во многих компаниях.

История развития UNIX уже многократно рассказывалась в самых различных книгах. Пока достаточно сказать, что по причине широкой доступности исходного кода различные организа­ции создали свои собственные (несовместимые) версии, что привело к хаосу. Были разработаны две главные версии: System V корпорации AT&T и BSD (Berkeley Software Distribution) Калифорнийского университета Беркли. Эти системы, в свою очередь, распадаются на отдельные разновидности. Чтобы стало возможным писать программы, работающие в любой UNIX-системе, Институт инженеров по электро­технике и электронике IEEE разработал стандарт системы UNIX, называемый POSIX, который теперь поддерживают большинство версий UNIX. Стандарт POSIX определяет минимальный интерфейс системного вызова, который должны поддер­живать совместимые системы UNIX. Некоторые другие операционные системы теперь тоже поддерживают интерфейс POSIX.

Отдельно стоит упомянуть, что в 1987 году автор создал маленький клон сис­темы UNIX для образовательных целей, так называемую систему MINIX. Функ­ционально система MINIX очень похожа на UNIX, включая поддержку стандарта POSIX. Существует книга, описывающая внутренние операции MINIX, к которой прилагается листинг исходного кода. Система MINIX свободно распростра­няется (включая весь исходный код) через Интернет по адресу: www.cs.vu.nl/~ast/ minix.html..

Желание иметь свободно распространяемую рабочую (в противоположность образовательной) версию MINIX подвигло финского студента Линуса Торвальд-са (Linus Torvalds) к написанию системы Linux. Эта система была разработана на основе MINIX и первоначально обладала ее характерными особенностями (напри­мер, поддерживала ту же файловую систему). С тех пор система Linux была зна­чительно расширена, но она все еще сохраняет большую часть структуры, общей как для системы MINIX, так и для системы UNIX (на которой и была основана система MINIX). Большая часть того, что будет сказано о UNIX в этом пособии, при­менимо к SystemV, BSD, MINIX, Linux, а также к другим версиям и клонам UNIX.

Характеристики

Список файлов книги