Классификация операционных систем

Операционные системы можно классифицировать по разным критериям.

□ По количеству пользователей, имеющих возможность одновременно работать с операционной системой:

О однопользовательские (MS-DOS);

О многопользовательские (UNIX, Windows XP, Linux).

□ По механизму обеспечения доступа: О пакетные (OS 360);

О интерактивные (UNIX, Windows, Linux); О реального времени (QNX).

□ По количеству одновременно решаемых задач: О однозадачные (MS-DOS);

О многозадачные (UNIX, Windows XP, Linux).

□ По функциональности: О общего применения; О специализированные.

□ По возможности обслуживать разное количество процессоров: О однопроцессорные;

О с поддержкой многопроцессорности; О с поддержкой распределенных вычислений.

Однозадачные операционные системы непосредственной обработки

На ранней стадии развития компьютерной техники первые операционные системы работали в непосредственном режиме: из устройства ввода программа
и данные считывались с носителя информации в память компьютера. Затем про­цессор выполнял задание и выводил результаты на устройство печати. Далее вся последовательность действий повторялась (рис. 16.3).

ОС

Вывод на печать

Ввод с перфокарты

Программа и данные

Рис. 16.3. Операционная система непосредственной обработки

Операционные системы такого рода были весьма несовершенны. Их главный недостаток состоял в том, что процессор довольно длительное время простаивал, ожидая ввода информации. Еще одним недостатком была невозможность управ­лять заданиями. Например, если в вычислительную машину загружалось дли­тельное по времени выполнения задание, а в этот момент требовалось проделать срочный расчет, приходилось либо откладывать расчет, либо прерывать длительное задание и потом начинать его заново. То и другое вело к значительным потерям машинного времени.

Однозадачные операционные системы пакетной обработки

Появление устройств чтения и записи перфолент и магнитных лент немного изменило ситуацию в лучшую сторону: задания (программа и данные для нее) записывались на магнитную ленту (МЛ) на отдельном устройстве. Когда лента заполнялась, получался пакет программ. Этот пакет переносился на вычисли­тельную машину и запускался там. Результаты вычислений также записывались последовательно на вторую, выходную, ленту. Когда выходная лента заполнялась, ее заменяли новой, а заполненную распечатывали на отдельном от вычислительной машины устройстве. Такой режим работы позволял добиться почти непрерывной загрузки центрального процессора (рис. 16.4)

Группировка программ в пакеты позволила более эффективно использовать время центрального процессора при решении длительных по времени задач. Од­нако с задачами другого рода, например бизнес-задачами, этот режим работы
нельзя было назвать эффективным, так как время расчета было примерно равным, а иногда и много меньше, чем время операций считывания и записи на магнитную ленту. Задача прерывания одного задания ради выполнения другого решена не была.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЙ Рис. 16.4. Пакетная обработка

Многозадачные операционные системы без разделения времени

Очередные усовершенствования в архитектуре компьютеров вызвали к жизни появление нового поколения операционных систем. Увеличение объема опера­тивной памяти и появление дисковых устройств сделало возможным запись про­грамм и данных на магнитный диск (МД) с последующим их считыванием оттуда в произвольном порядке, а не последовательно, как это было с магнитной лентой. Увеличение объемов оперативной памяти позволило загружать больше чем одну программу. Пока одна программа считывалась с диска в память, другая выполня­лась. Пока результаты выполнения одной программы записывались на диск, про­цессор продолжал работу над другой программой (рис. 16.5).

Однако самым важным моментом на этом этапе развития операционных систем было появление возможности управлять заданиями. Поскольку задания можно было одновременно размещать в разных сегментах памяти, можно было в любой момент приостановить работу над одним заданием и переключиться на выполне­ние другого. Кроме того, порядок выполнения заданий стал не последовательным, а произвольным, причем этот порядок мог быть изменен оператором.

Многозадачные операционные системы с разделением времени

История современных операционных систем ведет отсчет от появления первой многозадачной ОС с разделением времени. В таких операционных системах между заданиями делится не только оперативная и дисковая память компьютера, но и время центрального процессора. Такое разделение позволило организовать как псевдопараллельное выполнение заданий, так и многопользовательский режим работы, когда обеспечивается подключение к центральному компьютеру множе­ства терминалов (сочетание устройства ввода и вывода, дисплея и клавиатуры). Первой операционной системой с разделением времени, получившей сравнительно удачную реализацию, была ОС MULTICS. С момента разработки MULTICS ком­пьютерный мир вошел в эпоху мэйнфреймов и многопользовательских информа­ционных систем.

ПРИМЕЧАНИЕ----------------------------------------------------------------------------------------------------

Существует два типа многозадачности: кооперативная и вытесняющая. При коопера­тивной многозадачности решение о том, передать или нет управление от одного про­цесса другому, принимается на уровне текущего процесса. То есть несмотря на то, что отпущенное ему на выполнение количество квантов времени истекло, процесс может не отдать управление, если полагает, что выполняет критически важное задание. При вытесняющей многозадачности все решения о передаче управления от одного про­цесса к другому принимает ядро, которое принудительно останавливает выполнение процесса, сохраняет его текущее состояние и передает управление другому процессу.

Свое развитие ОС MULTICS получила в широко известном семействе опера­ционных систем UNIX, которые и сегодня составляют значительную часть опера­ционных систем, установленных на компьютерах во всем мире.

Операционные системы персональных компьютеров

С появлением персональных компьютеров отдельно обозначилось направление разработки однопользовательской однозадачной операционной системы.

Первые операционные системы MS-DOS, СР/М и APLLE DOS в качестве интерфейса имели командную строку и позволяли запускать в каждый момент времени одно задание. Пользователь мог либо играть, либо программировать, либо составлять текстовый документ, в любом случае в памяти компьютера в этот момент времени размещалась и выполнялась одна программа.

Большие изменения в концепции ОС для персональных компьютеров, насту­пили в тот момент, когда, во-первых, появились аппаратные возможности реали- зовывать многозадачные приложения в компьютерах такого класса (к примеру, процессор Intel 80286 и 80386), во-вторых, были изобретены графические оконные интерфейсы.

Появление на экране нескольких окон изначально подразумевало, что в каждом окне может быть открыта отдельная программа, а этот факт сам по себе подраз­умевал наличие многозадачности. В одних случаях многозадачность сразу закла­дывалась в операционную систему компьютера вместе с графическим интерфейсом (в операционных системах Mac OS), или же, как в линейке Windows, к ней шли постепенно. Вначале Windows представляла собой просто графическую надстройку над MS-DOS, и только позже была разработана ОС Windows NT, принципы работы которой являются базовыми для всех современных версий Windows.

Так или иначе, все современные операционные системы персональных компью­теров являются многозадачными системами с разделением времени, а значит, они поддерживают возможность одновременного выполнения нескольких программ и многопользовательский режим. Реализуется многопользовательский режим или нет, зависит от комплекта поставки операционной системы.