Особенности операционных систем. Классификация операционных систем. Поддержка многозадачности
Аннотация: В лекции говорится о наиболее важных этапах создания ОС Windows наряду с эволюцией операционных систем, структуре системы, а также вводятся некоторые ключевые понятия. Проанализирована ее миграция от микроядерной архитектуры в сторону монолитного дизайна. Описаны возможности и основные структурные компоненты системы. Рассмотрена подсистема Win32, которая объединяет ряд модулей режима ядра и режима пользователя и является базой для разработки приложений
В данной лекции говорится о наиболее важных этапах создания ОС Windows наряду с эволюцией операционных систем, структуре системы, а также вводятся некоторые ключевые понятия.
Из курсов по теории ОС (см., например, [ Карпов ] , [ Столлингс ]) известно, что операционная система является базисной системной программой. Обычно аппаратно-программное обеспечение типовой вычислительной системы представляют в виде набора слоев ( рис. 1.1), при этом операционной системе соответствует слой между оборудованием компьютера и остальным программным обеспечением. Такое расположение позволяет ОС обеспечивать возможность рационального использования оборудования компьютера удобным для пользователя образом путем создания среды для функционирования и разработки прикладных программ.
Рис.
1.1.
Дружественный интерфейс между пользователем и компьютером достигается за счет абстрагирования, которое является важным методом упрощения и позволяет сконцентрироваться на взаимодействии высокоуровневых компонентов системы, игнорируя детали их реализации. В этом смысле об ОС говорят, что операционная система является абстрактной или виртуальной машиной , с которой иметь дело гораздо удобнее, нежели с низкоуровневыми элементами компьютера
Альтернативный взгляд на ОС дает представление об ОС как о менеджере ресурсов , который осуществляет упорядоченное и контролируемое распределение процессоров, памяти и других ресурсов между различными программами.
Краткая история создания ОС Windows
Первая версия описываемого ряда операционных систем - ОС Windows NT появилась в 1993 г. Краткий исторический экскурс позволяет объяснить ряд ее особенностей и отличительных черт.
Наиболее важные моменты эволюции операционных систем
Рис. 1.2.
Создание ОС Windows
Как уже отмечалось, эволюция операционных систем Microsoft является хорошей иллюстрацией тезиса о повторении онтогенезом филогенеза.
Операционные системы корпорации Microsoft можно условно разделить на три группы:
- MS-DOS и MS-DOS+Windows 3.1,
- так называемые потребительские ( consumer ) версии Windows (Windows 95/98/Me)
- и предмет данного курса - линия ОС, ведущих свое начало от Windows NT (Windows NT/2000/XP/Vista).
Однозадачная 16-разрядная ОС MS-DOS была выпущена в начале 80-х годов и затем широко применялась на компьютерах с процессором x86. Вначале MS-DOS была довольно примитивна (деградация ОС), ее оболочка занималась, главным образом, обработкой командной строки, но в последующие версии было внесено много улучшений, заимствованных, главным образом, из ОС Unix. Затем под влиянием успехов дружественного графического интерфейса корпорации Apple для компьютеров Macintosh была разработана система Windows. Особенно широкое распространение получили версии Windows 3.0, 3.1 и 3.11. Первоначально это была не самостоятельная ОС, а скорее многозадачная (с невытесняющей многозадачностью) графическая оболочка MS-DOS, которая контролировала компьютер и файловую систему.
В 1995 г. была выпущена 32-разрядная ОС Windows 95, где была реализована вытесняющая многозадачность. ОС Windows 95 включала большой объем 16-разрядного кода, главным образом для обеспечения преемственности с приложениями MS-DOS. 16-разрядный код присутствовал и в последующих версиях этой серии Windows 98 и Windows Me. Другой проблемой данной версии Windows, во многом обусловленной той же причиной, была нереентерабельность существенной части кода ядра. Так, если один из потоков был занят модификацией данных в ядре, другой поток, чтобы не получить эти данные в противоречивом состоянии, вынужден был ждать, то есть не мог воспользоваться системными сервисами . Это, зачастую, сводило на нет преимущества многозадачности.
ОС Windows NT (New Technology) - новая 32-разрядная ОС, совместимая с предшествующими версиями Windows по интерфейсу. Работу над созданием системы возглавил Дэвид Катлер, один из ключевых разработчиков ОС VAX VMS . Ряд идей системы VMS присутствует в NT (см рис. 1.3). Заметна преемственность в системе управления большим адресным пространством и резидентным множеством процесса, в системе приоритетов обычных процессов и процессов реального времени, в средствах синхронизации и т.д. Вместе с тем Windows NT - это совершенно новый амбициозный проект разработки системы с учетом новейших достижений в области архитектуры микроядра. Первая версия, названная Windows NT 3.1 для соответствия популярной Windows 3.1, была выпущена в 1993 г. Коммерческого успеха добилась версия Windows NT 4.0, заимствовавшая графический интерфейс Windows 95. В начале 1999 г. была выпущена Windows NT 5.0, переименованная в Windows 2000. Следующая версия этой ОС данной серии - Windows XP появилась в 2001 г., а Windows Server 2003 - в 2003 г. В настоящее время выпущена Windows Vista, ранее известная под кодовым именем Longhorn, - новая версия Windows, продолжающая линейку Windows NT.
Объем исходных текстов ядра ОС Windows неизвестен. По некоторым оценкам, объем ядра Windows NT 3.5 составляет приблизительно 10Мб, а с каждой новой версией ОС Windows этот объем неуклонно увеличивается в полтора-два раза.
Возможности системы
Перед разработчиками системы была поставлена задача создать операционную систему персонального компьютера, предназначенную для решения серьезных задач, а также для домашнего использования. Перечень возможностей системы достаточно широк, вот лишь некоторые из них [ Руссинович ] , [ Рихтер ] . Операционная система Windows:
- является истинно 32-разрядной, поддерживает вытесняющую многозадачность;
- работает на разных аппаратных архитектурах и обладает способностью к сравнительно легкому переносу на новые аппаратные архитектуры;
- поддерживает работу с виртуальной памятью;
- является полностью реентерабельной;
- хорошо масштабируется в системах с симметричной мультипроцессорной обработкой;
- является распределенной вычислительной платформой, способной выступать в роли как клиента сети, так и сервера;
- защищена как от внутренних сбоев, так и от внешних деструктивных действий. У приложений нет возможности нарушить работу операционной системы или других приложений;
- совместима, то есть, ее пользовательский интерфейс и API совместимы с предыдущими версиями Windows и MS-DOS. Она также умеет взаимодействовать с другими системами вроде UNIX, OS/2 и NetWare;
- обладает высокой производительностью независимо от аппаратной платформы;
- обеспечивает простоту адаптации к глобальному рынку за счет поддержки Unicode;
- поддерживает многопоточность и объектную модель.
Успешность реализации этих требований будет продемонстрирована по мере изучения деталей ОС Windows. В рамках курса будут введены и впоследствии уточнены и детализированы различные понятия и термины.. Некоторые из них приведены в приложении.
Модуль 3 .
СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА
Лекция 2. Операционная система Windows
Лекция 2. Операционная система Windows. 3
Особенности операционных систем Windows. 3
Преимущества приоритетной многозадачности и многопоточности. 3
Технология Plug-and-Play. 4
Графический пользовательский интерфейс. 5
Концепция Windows XP. 5
Пользовательский интерфейс Windows XP. 7
Основные элементы экранного интерфейса. 7
Меню Пуск. 10
Панель задач. 15
Ярлыки для программ, файлов и папок. 19
Запуск программ.. 20
Начало и завершение работы Windows XP. 20
Окна в системе Windows. 22
Окно приложения и окно документа. 22
Диалоговое окно. 23
Управление окнами. 24
Дополнительные возможности Windows XP. 26
Работа с компакт-дисками. 26
Работа с цифровыми фотографиями. 28
Справочная система Windows XP. 29
Поисковая система Windows XP. 31
Встроенные приложения Windows XP. 34
Программа Калькулятор. 35
Графический редактор Paint 37
Текстовые редакторы Блокнот и WordPad. 39
Проигрыватель Windows Media. 40
Создание слайд-фильма с помощью Windows Movie Maker. 43
Особенности операционных систем Windows
Операционные системы семейства Windows, начиная с версии Windows 95, имеют общие особенности, ключевыми из которых являются:
· простота в работе, достигаемая использованием графического интерфейса, технологии поддержки самонастраивающейся аппаратуры Plug-and-Play, встроенной сетевой поддержки, усовершенствованной обучающей и справочной системы, допустимостью применения длинных имен файлов и др.;
· повышенная производительность, обусловленная такими свойствами Windows, как вытесняющая многозадачность и многопоточность, повышенная устойчивость к сбоям, ускоренная печать, наличие высокоэффективных мультимедийных компонентов и т.д.;
· совместимость с существующими приложениями MS-DOS и предыдущих версий Windows, поддержка любого оборудования и драйверов устройств, сетевая совместимость с другими сетевыми операционными системами (далее – ОС).
Рассмотрим основные принципы и технологии Windows более подробно.
Преимущества приоритетной многозадачности и многопоточности
ОС Windows обеспечивает возможность выполнения одновременно нескольких задач. Каждая из разных по содержанию задач решается практически одновременно в своем окне (отсюда и происхождение самого названия windows – «окна»). Информация о вызванных программах в виде значков отображается на Панели задач . Однако, несмотря на производимое впечатление, в действительности обычные компьютеры (с одним центральным процессором) не могут выполнять большое количество разных приложений в один и тот же момент времени. Как правило, компьютеры одновременно работают с одной задачей. Правда при этом отдельные операции могут выполняться с очень большой скоростью. Таким образом, операционная система может очень быстро переключаться с одного приложения на другое, и у пользователя создается впечатление одновременной работы приложений.
Самые первые версии Windows (например, Windows 3.11) требовали от каждого приложения «добровольной» передачи контроля над центральным процессором в различные моменты выполнения задачи, что позволяло операционной системе передавать управление другой запущенной программе. Такой режим работы называется режимом кооперативной многозадачности . При этом каждое приложение могло захватить столько процессорного времени, сколько считало нужным, и часто то или иное приложение «не желало» делиться ресурсами центрального процессора, т.е. операционная система не могла «навести порядок».
Современные версии Windows поддерживают режим вытесняющей многозадачности , который более совершенен. Он основан на приоритетах . Приоритет - это величина, отражающая важность приложения.
Каждое приложение имеет некоторый приоритет. Операционная система выделяет выполняющемуся приложению процессорное время в соответствии с текущими приоритетами. Операционной системе не приходится ждать, пока приложение или какая-нибудь операция в нем не откажется от контроля за ресурсами центрального процессора, для того чтобы передать управление другой, более приоритетной программе. Говорят, что более приоритетное приложение вытесняет менее приоритетное. Это позволяет избегать так называемых зависаний системы.
В Windows для повышения эффективности системы используется также принцип многопоточности .
Многопоточность - это особый механизм, предусмотренный для 32-разрядных приложений, позволяющий создавать и выполнять несколько потоков в одном приложении. Поток (thread) - часть программы, которой может быть выделено процессорное время и доля ресурсов наряду с другими частями программы для одновременного выполнения. Например, текстовый редактор, состоящий из нескольких потоков, способен существенно увеличить скорость обработки отдельных операций и упростить работу пользователя: один поток может управлять вводом текста с клавиатуры и отображением его на экране дисплея, другой одновременно выполнять какую-то фоновую операцию, например, проверку орфографии, а третий распечатывать документ на принтере.
Распределение времени между активными приложениями в Windows осуществляет ядро операционной системы, а поддержка вытесняющей многозадачности обеспечивает плавное переключение между одновременно выполняемыми приложениями и не позволяет одному приложению занять все системные ресурсы.
Технология Plug-and-Play
Технология Plug-and-Play («включай и работай»), которая используется в Windows, позволяет без ручной настройки подключать новые устройства к ЭВМ, например, принтер или лазерный проигрыватель. Она ориентирована на поддержку любого типа устройств, включая мониторы, видеоплаты, принтеры, звуковые карты, модемы, приводы CD-ROM, различные контроллеры жестких дисков.
ОС самостоятельно создаёт и изменяет файлы конфигурации, распознаёт конкретное техническое устройство и производит его автонастройку. Она автоматически подбирает драйвер для работы этого устройства.
Драйверы (driver – шофер, водитель) – системные программы, обеспечивающие работу принтеров, дисководов, дисплеев, клавиатуры и других внешних устройств ЭВМ.
Microsoft предоставляет 32-разрядные драйверы для всех основных устройств Plug-and-Play. Производители специального оборудования сами разрабатывают подобные программы. При установке устройства, которое требует наличия драйвера, отсутствующего в числе поставляемых в составе Windows, будет выдан запрос о необходимости вставить установочную дискету с нужным драйвером для этого устройства. Дополнительные устройства подключаются специальными программами-мастерами , которые либо сами распознают устройство, либо в диалоговом режиме запрашивают дополнительную информацию, благодаря чему процесс подключения устройств упрощается.
Операционная система представляет собой комплекс программного обеспечения, управляющего ресурсами вычислительной техники и обеспечивающего общее обслуживание программ для ЭВМ. Такая субстанция является жизненно важным компонентом системного программного обеспечения. Любым прикладным программам, как правило, требуется операционная система, так как именно она обеспечивает их функционирование.
Отличия ОС
Виды операционных систем отличаются друг от друга возможностями планировать задачи, а также некоторыми другими факторами. Для таких функций, как распределение памяти, ОС выступает как связующее звено между программами и аппаратными средствами компьютера. Несмотря на то, что код приложения, как правило, выполняется непосредственно на аппаратном обеспечении, он постоянно делает общие вызовы к функциям ОС. Различные виды операционных систем сегодня можно увидеть на любом устройстве, содержащем установленные приложения - от сотовых телефонов и игровых консолей до суперкомпьютеров и веб-серверов. Примерами популярных операционных систем сегодня можно назвать Android, BSD, IOS, GNU / Linux, OS X, Microsoft Windows, Windows Phone и IBM Z / OS. Все вышеперечисленные ОС, за исключением Windows и Z / OS, основаны на UNIX.
Чтот такое UNIX
Unix была первоначально написана на ассемблере. Ранее она базировалась на BCPL, а затем была переписана в C и превратилась в большую и сложную семью взаимосвязанных операционных систем, которые прочно вошли в историю. Такие виды операционных систем, как Unix, имеют несколько крупных подкатегорий и включают в себя System V, BSD и Linux. Все ОС этих подкатегорий работают на самых разнообразных компьютерных архитектурах. Они активно используются для серверов в бизнесе, а также на рабочих станциях в научных и инженерных средах. Бесплатные варианты UNIX - Linux и BSD - популярны сегодня во всех областях. OS X (ранее "Mac OS X") представляет собой открытую, обладающую графическим интерфейсом операционную систему которая была разработана и представлена компанией Apple. Некоторые виды операционных систем указанного типа сегодня загружены по умолчанию на всех выпускаемых компьютерах Macintosh. OS X является преемником оригинального Mac OS, которая была основной ОС Apple с 1984 года.
Что такое Linux
Linux (или GNU / Linux) является Unix-подобной оболочкой, которая была разработана без какого-либо кода Unix, в отличие от BSD и ее вариантов. Она может быть использована на широком спектре устройств - от суперкомпьютеров до наручных часов. Ядро Linux распространяется под открытой лицензией, поэтому каждый может читать и изменять его код. Говоря о том, как удалить операционную систему, эта разновидность выделяется простотой в использовании. Несмотря на то, что современные расчеты показывают, что Linux используется всего на 1,82% всех ПК, она получила большое распространение при использовании во встраиваемых системах (например, мобильные телефоны) и серверах. Linux вытеснила Unix в большинстве сфер и используется на 10 самых мощных суперкомпьютерах в мире.
Немного о Windows
Microsoft Windows является семейством проприетарных операционных систем, разработанных Microsoft Corporation и в первую очередь ориентированных на архитектуру Intel для компьютеров. По оценкам исследователей, ее использование занимает 88,9 процента от общей доли веб-подключенных компьютеров. Многие считают, что это лучшая операционная система в наши дни.
Особенности операционных систем семейства Windows
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Особенности операционных систем семейства Windows |
| Рубрика (тематическая категория) | Компьютеры |
1. ОС Windows представляют из себязамкнутую рабочую среду. Практически все операции (запуск прикладной программы, форматирование дискет, печать текстов и т. д.) бывают выполнены без выхода из Windows.
2. ОС Windows имеют графический интерфейс. Основными элементами пользовательского интерфейса являются Рабочий стол, окно, значок (пиктограмма, иконка), меню и Панель задач. Windows впереводе с английского означает ʼʼокнаʼʼ.
3. Windows – интегрированная среда, под ее управлением моi vt работать не только специальные программы, разработанные под Windows (Windows-приложения), но и другие программы, в т.ч. многочисленные DOS-приложения. Вместе с тем, Windows обеспечивает эффективный и комфортабельный обмен информацией между отдельными программами и приложениями, работающими под ее управлением. Для обмена данными между различными приложениями и документами используется достаточно простое, но очень эффективное средство – буфер обмена, а также технология связывания и внедрения объектов – OLE (Object Linking and Embedding – связь и внедрение объектов).
OLE - ϶ᴛᴏ технология работы с объектами, которые созданы и различных приложениях, универсальный механизм для создания и обработки составных документов, содержащих одновременно объекты различного происхождения, разной природы, к примеру текст, таблицы, фотографии, звук и т. п.
4. С понятием интегрированности связывают также возможность совместного использования различными программами ресурсов компьютера. Windows обеспечивает оптимальное управление оперативной памятью и эффективный оперативный контроль за работающими приложениями.
С точки зрения управления выполнением приложений различают однозадачные и многозадачные операционные системы.
Однозадачные ОС, к примеру MS DOS, передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения, ни его приостановки и запуска другого приложения.
Одной из важнейших особенностей Windows является ее многозадачность, т. е. способность одновременно работать с несколькими программами и легко переключаться с одной программы на другую, а также многопоточность – свойство ОС разделять работающие программы на несколько частей (потоков), самостоятельно претендующих на процессорное время, и обеспечивать одновременное выполнение программой нескольких не связанных друг с другом операций (потоков).
5. Последние версии Windows реализуют возможность без проблем подключать новые внешние устройства и обеспечивать самонастройку системы под аппаратные средства (технология Plug and Play – ʼʼВключи и работайʼʼ)
Особенности операционных систем семейства Windows - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Особенности операционных систем семейства Windows" 2017, 2018.
Совет Классификация шрифтов Классификация шрифтов порядком запутана и противоречива. Но, несмотря на огромное количество шрифтов по применению их можно разделить всего на 3 группы: · шрифты с засечками (антиква - serif); · шрифты без засечек (гротески - sans serif); ... .
Отметим, что ряд объектов доступа (в частности, устройства, реестр ОС и т.д.) не являются объектами файловой системы. Поэтому возникает проблема, как следует трактовать требование "Система защиты должна контролировать доступ субъектов (пользователей) к объектам... .
В сетях, построенных на платформе Microsoft Windows NT Server, рабочие станции клиентов сети подключаются к выделенным серверам, а серверы, в свою очередь, группируются в домены. Домены в сетях на базе Windows NT Server играют центральную роль. Определим домен как объединение одного или... .
Операційні системи. Функції ОС. Операційна система - це набір програм, які призначені для: 1. управління роботою апаратних та програмних частин комп’ютера; 2. здійснює зв"язок користувача з комп’ютером. Операційна система складається з: 1. Файлова система - це... .
Форматирование текста Форматирование текста осуществляется средствами меню Формат или панели Форматирование. Основные приемы форматирования включают: выбор и изменение гарнитуры шрифта; управление размером шрифта; управление начертанием и цветом шрифта; ... .
Пользовательский интерфейс является частью программы, которую пользователи видят при ее выполнении. Пользовательский интерфейс обычно состоит из главного окна или формы и нескольких элементов управления, таких как кнопки, поля для ввода текста и т. д. Эти типы программ... [читать подробнее] .
Создание и именование файлов Файл – это поименованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его... .
