введение_1 (1085732), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

А теперь взглянем на операционные системы. Первые мэйнфреймы изначаль­но не имели защитного оборудования и поддержки многозадачности, поэтому на них работали простые операционные системы, управляющие в каждый конкрет­ный момент времени только одной загруженной вручную программой. Позже на этих машинах появилось необходимое оборудование и операционные системы, поддерживающие управление одновременно несколькими программами, а затем и полная возможность работы в режиме разделения времени.

Когда мини-компьютеры только появились на свет, на них также не было за­щитной аппаратуры и в каждый конкретный момент времени могла работать толь­ко одна загруженная вручную программа, несмотря на то, что к тому времени многозадачность уже была разработана и хорошо работала в мире мэйнфреймов. Постепенно мини-компьютеры обзавелись защитным оборудованием и появилась возможность одновременной работы на них двух или более программ. На первых микрокомпьютерах также в каждый момент времени могла работать только одна программа, и только позже стал возможным многозадачный режим. Тем же путем развивались карманные компьютеры и смарт-карты.

Диски впервые появились на больших мэйнфреймах и только затем на мини-компьютерах, микрокомпьютерах и т. д. Даже сейчас на смарт-картах нет жестко­го диска, но с появлением флэш-памяти вскоре будут созданы эквиваленты дис­ков и для карт. Лишь после возникновения первых дисков возникли примитивные файловые системы. На компьютере CDC 6600, который смело можно назвать са­мым мощным мэйнфреймом 60-х годов, пользователи файловой системы имели возможность создавать файл и затем объявлять этот файл постоянным. Это озна­чало, что он останется на диске даже после завершения работы создавшей его программы. Для получения доступа к этому файлу программа должна была под­ключить его с помощью специальной команды, указав пароль (который задавался в тот момент, когда файл объявлялся постоянным). В сущности, тогда на компью­тере был всего один каталог, совместно используемый всеми пользователями. Кон­фликты имен файлов должны были разрешаться самими пользователями. Так же все начиналось и на мини-компьютерах: ранние файловые системы имели один ката­лог, общий для всех пользователей; это верно и для ранних микрокомпьютерных файловых систем.

Виртуальная память (то есть виртуальное устройство, позволяющее работать программам, требующим больше памяти, чем физически имеется у компьютера) развивалась точно таким же образом. Сначала она появилась на мэйнфреймах, затем на мини-компьютерах, микрокомпьютерах и постепенно заработала на все мень­ших и меньших системах. Сети имеют очень похожую историю.

Во всех случаях развитие программного обеспечения диктовалось ростом техно­логий. Например, на первых микрокомпьютерах было что-то около 4 Кбайт памяти и отсутствовала аппаратная защита. Соответственно, для управления такой крошеч­ной системой не годились языки высокого уровня и многозадачность, они были просто слишком громоздки. По мере того как микрокомпьютеры эволюционировали в современные персональные компьютеры, на них появилось необходимое обору­дование, а потом и программное обеспечение для управления этими более сложны­ми устройствами. Вероятно, подобное развитие продолжится в течение последующих лет. В других областях также действует это правило перевоплощения, но в компью­терной промышленности, как нам кажется, развитие происходит заметно быстрее.

Зоопарк операционных систем

Описанное выше развитие компьютеров привело к появлению огромного количе­ства различных операционных систем, далеко не все из которых широко извест­ны. В этом разделе мы кратко рассмотрим семь из них.

Операционные системы мэйнфреймов

На самом верхнем уровне находятся операционные системы для мэйнфреймов. Эти компьютеры размером с комнату все еще можно встретить в центрах данных больших корпораций. Мэйнфреймы отличаются от персональных компьютеров по своим возможностям ввода-вывода. Довольно часто встречаются мэйнфреймы с тысячью дисков и терабайтами данных, а персональный компьютер с такими параметрами показался бы действительно необычным. Мэйнфреймы как бы воз­вращаются в виде мощных web-серверов, серверов для крупномасштабных элект­ронно-коммерческих сайтов и серверов для транзакций в бизнесе.

Операционные системы для мэйнфреймов в основном ориентированы на об­работку множества одновременных заданий, большинству из которых требуется огромное количество операций ввода-вывода. Обычно они предлагают три вида обслуживания: пакетную обработку, обработку транзакций (групповые операции) и разделение времени. Пакетная обработка представляет собой систему, выпол­няющую стандартные задания без присутствия пользователей, работающих в ин­терактивном режиме. Обработка исков в страховых компаниях или составление отчетов.о продажах для цепи магазинов — это типичные задания, обрабатываемые в пакетном режиме. Системы обработки транзакций управляют очень большим количеством маленьких запросов, например контролируют процесс работы в банке или бронирование авиабилетов. Каждый отдельный запрос невелик, но система должна отвечать на сотни или тысячи запросов в секунду. Системы, работающие в режиме разделения времени, позволяют множеству удаленных пользователей од­новременно выполнять свои задания на одной машине. В режиме разделения времени каждому заданию выделяется квант времени, по истечению которого задание становится в хвост очереди. Хорошим примером являет­ся работа с большой базой данных. Все эти функции тесно связаны между собой, и зачастую операционная система мэйнфрейма выполняет их все. Примером опе­рационной системы для мэйнфрейма является OS/390, произошедшая от OS/360.

Серверные операционные системы

Уровнем ниже находятся серверные операционные системы. Они работают на серверах, которые представляют собой или очень большие персональные компью­теры, или рабочие станции, или даже мэйнфреймы. Они одновременно обслужи­вают множество пользователей и позволяют им делить между собой программные и аппаратные ресурсы. Серверы предоставляют возможность работы с печата­ющими устройствами, файлами или Интернетом. Интернет-провайдеры обычно запускают в работу несколько серверов для того, чтобы поддерживать одновре­менный доступ к сети множества клиентов. На серверах хранятся страницы web-сайтов и обрабатываются входящие запросы. UNIX и Windows 2000 являются типичными серверными операционными системами. Теперь в этих целях стала ис­пользоваться и операционная система Linux.

Многопроцессорные операционные системы

Все более часто применяемый способ увеличения мощности компьютеров заклю­чается в соединении нескольких центральных процессоров в одной системе. В за­висимости от вида соединения процессоров и разделения работы такие системы называются параллельными компьютерами, мультикомпьютерами или многопро­цессорными системами. Для них требуются специальные операционные системы, но зачастую такие операционные системы представляют собой варианты сервер­ных операционных систем со специальными возможностями связи.

Операционные системы для персональных компьютеров

Следующую категорию составляют операционные системы для персональных компьютеров. Их работа заключается в предоставлении удобного интерфейса для одного пользователя. Такие системы широко используются для работы с текстом, электронными таблицами и доступа к Интернету. Наиболее яркие примеры — это Windows 98, Windows 2000, операционная система компьютера Macintosh и Linux. Операционные системы для персональных компьютеров настолько хорошо изве­стны, что вряд ли необходимо представлять здесь их краткий обзор. На самом деле множество людей даже не имеет понятия о существовании других видов операци­онных систем, кроме той, которой они пользуются.

Операционные системы реального времени

Еще один вид операционной системы — это системы реального времени. Главным параметром таких систем является время. Например, в системах управления про­изводством компьютеры, работающие в режиме реального времени, собирают дан­ные о промышленном процессе и используют их для управления машинами на фабрике. Часто такие процессы должны удовлетворять жестким временным тре­бованиям. Так, если автомобиль передвигается по конвейеру, то каждое действие должно быть осуществлено в строго определенный момент времени. Если свароч­ный робот сварит шов слишком рано или слишком поздно, то нанесет непопра­вимый вред машине. Если некоторое действие должно произойти в конкретный момент времени (или внутри заданного диапазона времени), мы имеем дело с жест­кой системой реального времени.

Существует и другой вид: гибкая система реального времени, в которой допу­стимы случающиеся время от времени пропуски сроков выполнения операции. В эту категорию попадают цифровые аудио и мультимедийные системы. Системы VxWorks и QNX являются хорошо известными операционными системами реаль­ного времени.

Встроенные операционные системы

Продолжая двигаться от огромных систем к все меньшим, мы добрались до «кар­манных» компьютеров и встроенных систем. Карманный компьютер или PDA (Personal Digital Assistant — персональный цифровой помощник) — это малень­кий компьютер, помещающийся в кармане брюк, выполняющий небольшой набор функций (телефонной записной книжки и блокнота). Встроенные системы, управ­ляющие действиями устройств, работают на машинах, обычно не считающихся компьютерами, например в телевизорах, микроволновых печах и мобильных те­лефонах. Они часто обладают теми же самыми характеристиками, что и системы реального времени, но при этом имеют особый размер, память и ограничения мощ­ности, что выделяет их в отдельный класс. Примерами таких операционных сис­тем являются PalmOS и Windows CE (Consumer Electronics — бытовая техника).

Операционные системы для смарт-карт

Самые маленькие операционные системы работают на смарт-картах, представля­ющих собой устройство размером с кредитную карту, содержащее центральный процессор. На такие операционные системы накладываются крайне жесткие огра­ничения по мощности процессора и памяти. Некоторые из них могут управлять только одной операцией, например электронным платежом, но другие операцион­ные системы на тех же самых смарт-картах выполняют сложные функции. Зачас­тую они являются патентованными системами.

Некоторые смарт-карты являются Java-ориентированными. Это означает, что ПЗУ (постоянная память, по-английски она называется ROM, Read Only Memory — память только для чтения) смарт-карт содержит интерпретатор виртуальной ма­шины Java (JVM, Java Virtual Machine). Апплеты Java (маленькие программы) за­гружаются на карту и выполняются JVM-интерпретатором. Некоторые из таких карт могут одновременно управлять несколькими апплетами Java, что приводит к многозадачности и необходимости планирования. Из-за одновременной работы двух и более программ возникает необходимость в управлении ресурсами и защи­той. Соответственно, все эти задачи выполняет обычно крайне примитивная опе­рационная система, находящаяся на смарт-карте.

Обзор аппаратного обеспечения компьютера

Операционная система тесно связана с оборудованием компьютера, на котором она должна работать. Аппаратное обеспечение влияет на набор команд операционной системы и управление его ресурсами. Поэтому нам необходим определенный объем знаний о компьютере, по крайней мере нужно представлять, в каком виде оборудование предстает перед программистом.

Концептуально простой персональный компьютер можно представить в виде абстрактной модели, аналогичной той, которая показана на рис. 1.4. Центральный процессор, память и устройства ввода-вывода соединены системной шиной, по которой они обмениваются друг с другом информацией. Современные персональ­ные компьютеры имеют более сложную структуру, включающую несколько шин; мы вспомним об этом позже. Для начала модели, представленной на рисунке, вполне достаточно. В следующих разделах мы кратко рассмотрим отдельные компоненты и исследуем некоторые аппаратные аспекты, имеющие отношение к разработке операционной системы.

Монитор

НМД

Рис. 1.4. Некоторые компоненты персонального компьютера

Процессоры

«Мозгом» компьютера является центральный процессор (CPU — Central Processing Unit). Он выбирает из памяти команды и выполняет их. Обычный цикл работы центрального процессора выглядит так: он читает первую команду из памяти, деко­дирует ее для определения ее типа и операндов, выполняет команду, затем считы­вает, декодирует и выполняет последующие команды. Таким образом осуществ­ляется выполнение программ.

Характеристики

Список файлов книги