Классификация программного обеспечения (ПО). Операционные системы.

ПО ЭВМ можно условно разбить на следующие группы:

• системное ПО;

• служебное ПО,

• прикладное ПО;

• инструментальные средства.

Системное ПО составляет собой ядро, управляющее ресурсами ЭВМ и в которое входит прежде всего дисковая операционная система (ОС).

Служебное ПО включает: программы-драйверы (ПО управляющее определенными характеристиками ПК или согласовывающее ядро компьютера с ПУ), утилиты - (про­граммы, позволяющие тестировать ЭВМ, изменять распределение ресурсов, обеспечивать защиту данных, оптимизировать работу ЭВИ и т.д.), программы-архиваторы, программы-антивирусы.

Прикладное ПО это программы решающие широкий круг профессиональных задач (бухгалтерия, инженерное проектирование, издательские системы и т.д.) и программы общего назначения (текстовые редакторы, электронные таблицы, справочники, записные книжки, электронная почта и т.д.)

Инструментальные средства предназначены разработки новых программных про­дуктов.

Операционная система (ОС) в наибольшей степени определяет облик всей вычисли­тельной системы в целом. ОС выполняет две по существу мало связанные функции: обес­печение пользователю-программисту удобств посредством предоставления для него рас­ширенной машины и повышение эффективности использования компьютера путем ра­ционального управления его ресурсами.

ОС как расширенная машина с этой точки зрения функцией ОС является предостав­ление пользователю некоторой расширенной или виртуальной машины, которую легче программировать и с которой легче работать, чем непосредственно с аппаратурой, состав­ляющей реальную машину.

ОС как система управления ресурсами с этой точки зрения ОС представляет собой механизм, управляющий всеми частями сложной вычислительной системы (ВС). В соот­ветствии со вторым подходом функцией ОС является распределение процессоров, памяти, устройств и данных между процессами, конкурирующими за эти ресурсы. ОС должна управлять всеми ресурсами вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

• планирование ресурса - то есть определение, кому, когда, а для делимых ресур­сов и в каком количестве, необходимо выделить данный ресурс;

• отслеживание состояния ресурса - то есть поддержание оперативной информа­ции о том, занят или не занят ресурс, а для делимых ресурсов - какое количество ресурса уже распределено, а какое свободно.

Для решения этих общих задач управления ресурсами разные ОС используют раз­личные алгоритмы, что, в конечном счете, и определяет их облик в целом, включая харак­теристики производительности, область применения и даже пользовательский интерфейс.

Операционные системы классифицируются по большому количеству признаков, ни­же приведены наиболее существенные из них.

Особенности алгоритмов управления ресурсами

Основными ресурсами ВС являются процессоры, память, ВУ ниже приведена клас­сификация в зависимости от особенностей использованного алгоритма управления про­цессором:

1) по числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на:

• однозадачные - основная функция «предоставления пользователю виртуаль­ной машины», вторая функция мало выражена (например, MS-DOS, MSX)

« многозадачные - кроме предоставления виртуальной машины управляют раз­делением совместно используемых ресурсов (ОС ЕС, OS/2, UNIX, Windows

95, Windows NT).

2) по числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

• однопользовательские (MS-DOS, ранние версии OS/2);

• многопользовательские (UNIX, Windows NT) главным отличием является на­личие средств защиты информации каждого пользователя от несанкциониро­ванного доступа других пользователей. Следует заметить, что не всякая мно­гозадачная система является многопользовательской, и не всякая однопользо­вательская ОС является однозадачной.

3) по виду многозадачности ОС делятся на:

• невытесняющая многозадачность (NetWare, Windows 3.x) - активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление ОС для того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к вы­полнению процесс;

• вытесняющая многозадачность (Windows NT, OS/2, UNIX) вытесняющей многозадачности решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается ОС, а не самим активным процессом.

4) поддержка многонитевости - возможность распараллеливания вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задача­ми, а между их отдельными ветвями (нитями).

5) по виду многопроцессорной обработки ОС делятся на (если такая возможна) (Solaris 2.x фирмы Sun, Windows NT фирмы Microsoft и NetWare 4.1 фирмы Novell):

• асимметричные - ОС целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам.

• симметричная - ОС полностью децентрализована и использует весь пул про­цессоров, разделяя их между системными и прикладными задачами. Особенности аппаратных платформ

На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают аппарат­ные средства, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры различают операцион­ные системы ПК, мини-компьютеров, мейнфреймов, кластеров и сетей ЭВМ. Среди пере­численных типов компьютеров могут встречаться как однопроцессорные варианты, так и многопроцессорные. В любом случае специфика аппаратных средств, как правило, отра­жается на специфике операционных систем.

Наряду с ОС, ориентированными на совершенно определенный тип аппаратной платформы, существуют ОС легко переносимые с одного типа ЭВМ на другой -это так называемые мобильные ОС (наиболее ярким примером такой ОС является UNIX). В таких ОС аппаратно-зависимые места тщательно локализованы, так что при переносе системы на новую платформу переписываются только они. Средством, облегчающем перенос ос­тальной части ОС, является написание ее на машинно-независимом языке, например, на С, который и был разработан для программирования операционных систем.

Особенности областей использования

В соответствии с этим критерием ОС разделяются на:

• системы пакетной обработки (например, ОС ЕС), предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получе­ния результатов. Критерием эффективности такой системы является максималь­ная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в еди­ницу времени. Для достижения этой цели в системах пакетной обработки исполь­зуются следующая схема функционирования: в начале работы формируется па­кет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из это­го пакета заданий формируется мультипрограммная смесь, то есть множество одновременно выполняемых задач, предъявляющих отличающиеся требования к ресурсам, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка ресурсов. Т. о., вы­бор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, склады­вающейся в системе. Следовательно, в таких ОС невозможно гарантировать вы­полнение того или иного задания в течение определенного периода времени. Ос­новным недостатком такой системы является изолированность от пользователя.

• системы разделения времени (Windows, UNIX, VMS), призваны исправить ос­новной недостаток систем пакетной обработки. Здесь каждому пользователю предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей програм­мой. Так как в таких системах каждой задаче выделяется только квант процес­сорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант достаточно мал, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатле­ние, что каждый из них единолично использует машину. Системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, поскольку на выполне­ние принимается запущенная пользователем задача, а не та, которая "выгодна" системе. Критерием эффективности такой систем является удобство и эффектив­ность работы пользователя.

• системы реального времени (QNX, RT/11), применяются для управления различ­ными техническими объектами (станок, спутник, тех. процесс и т.д.). В таких системах существует предельно допустимое время, в течение которого должна быть выполнена та или иная программа, управляющая объектом, в противном случае может произойти авария. Таким образом, критерием эффективности - яв­ляется способность выдерживать заранее заданные интервалы времени между за­пуском программы и получением результата (управляющего воздействия), т.е. временем реакции системы.

Особенности методов построения

При описании операционной системы часто указываются особенности ее структур­ной организации и основные концепции, положенные в ее основу. К таким базовым кон­цепциям относятся;

• монолитное ядро, т.е. ОС компонуется как одна программа, работающая в при­вилегированном режиме и использующая быстрые переходы с одной процедуры на другую, не требующие переключения из привилегированного режима в поль­зовательский и наоборот;

• микроядерный подход, в этом случае ОС, работающего также в привилегиро­ванном режиме, выполняет только минимум функций по управлению аппарату­рой, в то время как функции ОС более высокого уровня выполняют серверы, ра­ботающие в пользовательском режиме. При таком построении ОС работает более медленно, так как часто выполняются переходы между привилегированным ре­жимом и пользовательским, зато система получается более надежной и гибко - ее функции можно наращивать, модифицировать или сужать, добавляя, модифици­руя или исключая серверы пользовательского режима.

• наличие нескольких прикладных сред, которое дает возможность в рамках одной ОС одновременно выполнять приложения, разработанные для нескольких ОС. Многие современные ОС поддерживают одновременно прикладные среды MS-DOS, Windows, UNIX (POSIX), OS/2 или хотя бы некоторого подмножества из этого популярного набора.

« распределенная организация операционной системы позволяет упростить работу пользователей и программистов в сетевых средах. В распределенной ОС реали­зованы механизмы, которые дают возможность пользователю представлять и воспринимать сеть в виде традиционного однопроцессорного компьютера.