Моя страничка

13.3. Основные функции ОС

Основными функциями любой ОС являются:

1. 
   Управление выполнением программ (процессами);
   
2. 
   Организация хранения информации во внешней памяти (управление данными);
   
3. 
   Управление работой каждого блока ВМ и их взаимодействием (управление ВУ);
   
4. 
   Взаимодействие пользователя с компьютером (организация интерфейса пользователя с компьютером).
   

1. Управление ресурсами
Основными ресурсами, которыми управляет ОС во время выполнения, являются ОП и время процессора. ОС выполняет функции диспетчера, т. е. решает, какой программе и на какой срок выделить в распоряжение процессор. Она ставит программы в очередь на получение процессорного времени. Если пользователь активизирует программу, то она передвигается в начало очереди.
Вторым основным ресурсом является ОП. В ней во время выполнения размещается код программы и обрабатываемые ею данные. Т. к. потребности в ОП могут быть очень велики, а ее реальный объем ограничен, то во всех современных ОС реализована виртуальная память. Возможности 32-разрядной адресации современных процессоров обеспечивают доступ к 4 Гб памяти. Реально же объем физической памяти гораздо меньше. Разработчики программ не знают память какой емкости окажется доступна программе во время ее выполнения, поэтому пишут программы в расчете на виртуальное (кажущееся воображаемым) адресное пространство. Это пространство ограничивается возможностями адресации и потребностями самой ОС, которая также требует для своего выполнения ресурсов (в Windows NT в распоряжении прикладной программы остается 2Гб виртуальной памяти). В действительности в распоряжении программы оказывается гораздо меньший объем памяти (128-256 Мб), которая должна быть распределена между несколькими параллельно выполняющимися программами. Эта проблема решается созданием виртуальной памяти.
Виртуальная память моделирует оперативную память большого объема на базе реальной оперативной памяти и памяти на внешних запоминающих устройствах, с помощью программ ОС. Временно не используемые данные из ОП выгружаются в специально отведенное место на диске (файл подкачки), а при обращении к ним процессора снова подкачиваются в ОП. Физической памятью при этом служит дисковая память, именно она определяет доступный для выполнения программ объем памяти. Поэтому при установке новых программ надо заботиться о том, чтобы на жестком диске оставалось достаточно места для организации виртуальной памяти.
2. Управление данными
Управление данными осуществляется с помощью файловой системы. Файл поименованная область данных, хранящихся на внешних носителях. Присваивая файлу имя, пользователь должен соблюдать определенные правила: длина имени может быть ограничена, некоторые символы не могут использоваться в имени файла. Эти ограничения определяются ОС. В файл обычно записывается информация, объединенная общим назначением, способом использования. Тип файла определяет его организацию. Информация о типе файла содержится в расширении файла: REPORT.TX – имя файла MS DOS, где TXT – расширение. Расширение определяется программой, создавшей этот файл.
Файловая система ОС отвечает за выполнение следующих операций над файлами: создание и уничтожение, копирование и перемещение на новое место, переименование, поиск файлов по различным признакам, открытие файлов для последующего чтения или записи данных, закрытие файлов после выполнения операций над ними. Для выполнения операций над файлами ОС создает специальные справочники, которые содержат информацию о характеристиках файлов и их состоянии.
Файловая структура практически всех современных ОС имеет иерархическую структуру (т. е. файлы объединяются в папки/каталоги, те, в свою очередь, могут входить в другие папки и т. д.). На каждом логическом диске при его разметке создается собственная файловая система. Каталог, который ни вложен ни в какой другой каталог (самый верхний) называется корневым. Он не имеет собственного имени. Каждый каталог содержит список записей, каждая запись соответствует одному вложенному в каталог файлу или другому каталогу. В записи содержится имя , расширение, размер, дату создания или последней модификации файла, информацию о местоположении на диске и некоторую другую информацию. Чтобы найти файл, нужно пройти по всей цепочке папок (каталогов). Имена каталогов, образующие маршрут от корневого каталога до нужного файла называется путем. Путь+имя файла+расширение образуют полное имя файла.
У каждого файла есть атрибуты. Это характеристики файла, которые позволяют задать дополнительные правила, определяющие порядок работы с файлом. Наиболее часто используются следующие атрибуты:
А – архивный, т. е. файл, подлежащий резервному копированию с помощью специальных служебных программ.
R – только для чтения, его нельзя переименовывать, удалять, модифицировать, переносить на другое место.
H – скрытый, он не отображается при просмотре папки, в которую он вложен (при определенных настройка системы).
S – системный, входит в состав ОС.
Все, что было сказано, относится к пользователю. Для реализации своих функций эта подсистема ОС должна организовать управление внешней памятью: выделить дисковое пространство для размещения файлов организовать быстрый поиск файлов на диске и доступ к хранящимся в них данным, обеспечить надежность и отказоустойчивость работы внешних устройств.
Сама ОС также хранится на диске. При установке системы она размещается на системном (загрузочном) диске в корневом каталоге и в специально создаваемых при инсталляции системных каталогах.
На случай, если системный диск окажется испорченным, создаются специальные загрузочные диски, на которые записывают только основные компоненты ОС и программы, которые позволяют восстановить работоспособность системы или ее переустановку. Порядок поиск системного диска устанавливается в Setup.
3. Управление ВУ
Данные, которые обрабатываются программами должны быть помещены в ОП. Только тогда над ними можно выполнять операции. ОС организует по запросам программ обмен информацией между ВУ и ОП, следит за состоянием устройств, устанавливает порядок доступа к ВУ. Для управления ВУ служат драйверы. Драйверы разрабатываются как разработчиками ОС, так и разработчиками оборудования. Для подключения или замены ВУ достаточно установить соответствующий драйвер.
Часть программ, реализующих базовые функции по управлению устройствами ПК, обычно реализована аппаратно.
Базовая система ввода-вывода (BIOS – Basic Input/Output System) находится в ПЗУ. Каждого IBM-совместимого ПК. Модуль BIOS реализует наиболее простые и универсальные функции по управлению стандартными ВУ. В нем содержатся аппаратно зависимые драйверы стандартных устройств (дисплея, клавиатуры и т. д.), тестовые программы для контроля работоспособности оборудования, программа начальной загрузки. Любая ОС опирается на BIOS, поэтому BIOS можно считать как частью аппаратуры, так и частью ОС. Модуль BIOS индивидуален для каждого типа ПК и поставляется изготовителями. Выделение BIOS в отдельный модуль позволяет обеспечить независимость программного обеспечения от специфики конкретной модели ПК.
В MS DOS новые драйверы можно подключить с помощью файла CONFIG.SYS, в Windows реализована технология Plug and Play, которая заключается в поддержке самонастраивающейся аппаратуры.
4. Интерфейс пользователя
Организация диалога с пользователем также является функцией ОС. Интерфейс пользователя обеспечивает возможность диалога между пользователем и ОС. Кроме того, ОС отслеживает события, происходящие в системе, обрабатывает их и выводит сообщения о них в форме понятной пользователю.
Большинство современных ОС реализуют графический интерфейс пользователя, представляющий информацию в более наглядном виде.
Текстовый интерфейс позволяет вводить команды с клавиатуры. Все ОС обеспечивают возможность ввода команд в специальную командную строку.
В соответствии с выделенными функциями можно выделить и три основные части ОС:

1. 
   Файловая система. Она служит для организации хранения информации в ЭВМ. Драйверы внешних устройств. Драйвер – это программа специального типа, ориентированная на управление ВУ. Драйверы ВУ образуют BIOS (base input/output system), которая заносится в ПЗУ.
   
2. 
   Командный процессор. Это программа, которая обрабатывает команды вводимые пользователем.