Функции операционных систем персональных компьютерах

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Операционная система скрывает от пользователя сложные и ненужные подробности обработки и загрузки цифровых процессов и предоставляет ему удобный интерфейс для работы. Она выполняет различные вспомогательные действия, например, копирование и печать файлов.

ОС  осуществляет загрузку в оперативную  память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.

Выбор темы курсового проекта обусловлен тем, на сегодняшний момент существует множество операционных систем, они могут различаться в написании кода, во внешнем виде, в предназначении.

По моему мнению, эта тема актуальна так как, любой компьютер, в котором нет операционной системы, представляет собой «груду металлолома». Но сейчас большой популярностью пользуются компьютеры Apple, поэтому тема более чем актуальна.

Актуальность  работы  обусловлена потребность рассмотрения операционных систем на компьютерах.

Цель данной работы являться изучение теоретических и практических аспектов современных операционных систем для конкретных компьютеров.

В соответствии с целью сформулированы следующие задачи работы:

– рассмотреть сущность и классификацию операционных систем;

– сформулировать требования, предъявляемые к современным ОС;

– проанализировать управление памятью на примере использования в двух ОС

Объектом исследования является – совокупность операционных систем и рассмотрение управление памятью на примере двух ОС

Представленный проект курсовой работы состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 Общая характеристика операционных систем

Операционная система (ОС) — это системное программное обеспечение, которое управляет компьютерными аппаратными и программными ресурсами и предоставляет общие службы для компьютерных программ. Все компьютерные программы, за исключением прошивки, требуют работы операционной системы.

Операционные системы с разделением времени планируют задачи для эффективного использования системы и могут также включать в себя программное обеспечение учета для распределения затрат времени процессора, массового хранения, печати и других ресурсов.

Доминирующей настольной операционной системой является Microsoft Windows с долей рынка около 83,3%. MacOS от Apple Inc. занимает второе место (11,2%), а разновидности Linux находятся на третьей позиции (1,55%).

В секторе мобильных (смартфонов и планшетов) по данным третьего квартала 2018 года Android от Google доминирует с 87,5%, а темпы роста — 10,3% в год, за которым следует iOS Apple с 12,1% и в год снижение рынка Доля в 5,2 процента, тогда как другие операционные системы составляют всего 0,3 процента.

В компьютерах фирмы Apple в основном используются такие ОС как: MacOS, iOS, Linux. Будем рассматривать в данной работе в основном эти три операционных системы.

Популярность операционных систем в России: Первое место Windows — 68,58%. Второе и третье место Android — 15,88% и iOS — 7,11%. Построили диаграмму спроса, согласно опросу популярности (рис. 1)

Рисунок 1-Популярность ОС в России

1.2. Немного истории

Рассмотрим основные этапы развития операционных систем.

В 1940-е годы самые ранние электронные цифровые системы не имели операционных систем. Электронные системы этого времени были запрограммированы на ряды механических переключателей или с помощью перемычек на платах.

Это системы специального назначения, которые, например, генерировали баллистические таблицы для военных или контролировали печать чеков начисления заработной платы из данных на перфокартах.

После того, как были изобретены программируемые компьютеры общего назначения, были введены машинные языки (состоящие из строк двоичных цифр 0 и 1 на перфолентой бумажной ленте), которые ускорили процесс программирования.

В начале 1950-х годов компьютер мог выполнять только одну программу за раз. Каждый пользователь пользовался исключительно компьютером в течение ограниченного периода времени и получал запланированное время с программой и данными на перфокартах или перфоленте. Программа будет загружена в машину, и машина будет работать, пока программа не завершится. Обычно программы можно отлаживать с помощью передней панели с использованием тумблеров и панельных ламп. Компьютеры использовались в производстве, не было и речи, чтобы компьютер был у кого то дома.

Позже машины поставлялись с библиотеками программ, которые были бы связаны с пользовательской программой для оказания помощи в таких операциях, как ввод и вывод, а также генерация компьютерного кода из удобочитаемого символьного кода. Это был генезис современной операционной системы.

Тем не менее, машины по-прежнему выполняли одно задание за раз. В Кембриджском университете в Англии очередность работы была когда-то стиральной линией (линия одежды), из которой ленты были подвешены с разными цветными штифтами для обозначения приоритетов работы.

Улучшением стал Супервайзер Atlas, введенный с Манчестерским Атласом, введенным в эксплуатацию в 1962 году, это и считается первая операционная система о которой знают во всем мире. Рассмотрим кратко операционные системы современного мира.

1.2.1.Macos

MacOS (ранее «Mac OS X» и более поздняя «OS X») представляет собой линейку графических операционных систем открытого ядра, разработанных, продаваемых и проданных Apple Inc., последняя из которых предварительно загружена на все компьютеры Macintosh, которые в настоящее время поставляются.

MacOS является основной операционной системой Apple с 1984 года. Это операционная система UNIX, построенная технология, разработанной в NeXT во второй половине 1980-х годов , Apple купила компанию в начале 1997 года. Операционная система была впервые выпущена в 1999 году Mac OS X Server 1.0, а в марте 2001 года — клиентской версией (Mac OS X кипа v10.0 « Cheetah»).

С тех пор было выпущено еще шесть различных «клиентских» и «серверных» выпусков macOS, пока они не были объединены в OS X трут 10.7 «Lion»

Сервер macOS включал инструменты управления и администрирования рабочих групп, которые обеспечивают выбор доступа к ключевым сетевым службам, включая агента передачи почты, сервера Samba, сервера LDAP, сервера имен доменов и других.

1.2.2.Linux

Ubuntu, настольный дистрибутив Linux. Ядро Linux появилось в 1991 году в качестве проекта Линуса Торвальдса, в то время студента университета в Финляндии. Обычный студенческий проект принес не только популярность его автору, но и «подарил» миру абсолютно новую ни на какую другую не похожую операционную систему.

Линус Торвальдс опубликовал информацию о своем проекте в группе новостей для  студентов вуза и программистов и получил поддержку и помощь от добровольцев, которым удалось создать полноценное и функциональное ядро.

Linux является Unix-подобным, но был разработан к Unix, в отличие от BSD и его вариантов. Из-за своей модели с открытой лицензией код ядра Linux доступен для изучения и модификации, что привело к его использованию на широком спектре вычислительной техники от суперкомпьютеров до смарт-часов.

Хотя оценки предполагают, что упор Linux используется базис только на 1,82% всех «настольных» (или переносных) ПК, он широко используется для использования на серверах и встраиваемых системах, таких как мобильные телефоны. Но там он стал менее популярный на его смену пришел Android.

Linux заменил Unix на многих платформах и используется на большинстве компьютерах в промышленности

1.2.3.Microsoft Windows

Об операционной системе " Windows " знает каждый пользователь компьютера. На сегодня она считается самой распространенной, простой и удобной, ориентированной и на начинающего, и на "продвинутого" владельца. С версиями данной операционной системы знаком каждый пользователь. Windows выполняет следующие основные функции:

• Удобный, наглядный графический интерфейс пользователя.
• Многозадачная работа, т.е. выполнение одновременно нескольких программ.
• Унификация использования аппаратных ресурсов компьютера.

Большинство пользователей, выполнив установку другой ОС возвращается к Windows, так как данная система устойчивая, понятная и давно знакомая.

1.2.4. Другие

Кроме рассмотренных выше операционных систем, также используются и другие. Но это уже на выбор пользователя, кто то выбирает по своим профессиональным заданиям, кто то просто решил попробовать другую систему и т.д.. Рассмотрим мало известную в РФ операционную систему – Rhapsody.

Операционная система Rhapsody была впервые продемонстрирована на Всемирной конференции разработчиков WWDC в 1997 году и состояла из следующих основных компонентов:

• Ядро и соответствующие подсистемы, основанные на Mach и BSD
• ·Виртуальна машина Java
• Совместимая с Mac OS подсистема, названная Blue Box
• Пользовательский интерфейс в духе Mac OS с некоторыми функциями OPENSTEP

Своего рода это «гибрид» двух операционных систем. В то время существовали планы перенести в Rhapsody большинство фреймворков Mac OS, в числе которых: QuickTime, QuickDraw 3D, QuickDraw GX, ColorSync и т.д.

Rhapsody также должна была поддерживать несколько файловых систем, в том числе Apple Filing Protocol (AFP), FAT, HFS, HFS+, ISO9660 и UFS. Существовало и две версии Rhapsody, предназначенных для разработчиков и выпущенных под названиями DR1 и DR2. Они были предназначены как для платформы PowerPC, так и для x86

Но данная операционная система так и осталась не востребованная. И постепенно все меньше о ней упоминалось, сейчас же большинство пользователей и не слышали такое название

1.3 Положительные и отрицательные стороны популярных операционных систем современности

Но в любой программе есть как положительные, так и отрицательные стороны, идеальной программы не существует. Рассмотрим минусы и плюсы некоторых их современных систем.

Операционная система Windows 10 появилась относительно недавно – она стала доступной с 29 есть июля 2015 года и постоянно обновляется. В данной системе также была выполнена унификация. Большинство пользователей выбирают именно данную версию системы, но также многие использую Windows 7. Эта ОС универсальная, установка возможна на любое устройство: на компьютеры, ноутбуки, планшеты, а также смартфоны и консоли Xbox One.

Таким образом, данная система подходит для всех гаджетов. Единая платформа обеспечивает возможность синхронизации настроек, как это уже было на предшествующих выбор версиях.

Плюсы:

В новых версиях установлены системы диагностики и ошибок, также улучшена антивирусная система. Кроме этого добавлен интуитивный интерфейс, и при переходе с одной версии на другую пользователь быстро адаптируется. Таким образом, работа на компьютере стала продуктивной и направленной на результат. Но есть, конечно, и минусы

Минусы:

Главный минус Windows 10 в том, что эта операционная система, скажем так, следит за своими пользователями для рекламных объявлений. Но подобный подход есть у Google и Apple . Данная функция установлена по умолчанию и конечно же ее можно отключить, но не все пользователи это знают.

1.3.1.Linux

Одна из лучших версий - LTS версию, потому что она на много отличается от предыдущих - это Ubuntu 10.04 lucid lynx. На ней будто решена главная проблема Linux - соединение с Интернетом. В отличии от прошлых версий, в этой ничего настраивать не надо, вы просто устанавливаете программу, нажимаете кнопку "подключиться" и у вас есть доступ в Интернет.

Плюсы:

Ubuntu запускается намного быстрее ОС  Windows. Пользователя также можно сменить очень быстро. Нет потребности устанавливать вручную драйвера, есть возможность подключать разные источники для обновления системы и приложений (рис. 2)

Рисунок 2- Рабочее окно Ubuntu

Проблем со скачиванием и установкой приложений почти не возникнет не обязательно заходить в браузер, чтобы найти и скачать, достаточно зайти в один из менеджеров управления приложениями, там найти нужное приложение и установить его. Одно из основных преимуществ это наличие менеджера приложений- удобно и практично.

Множество настроек - интерфейс настраиваться под личные предпочтения пользователя.

Отсутствие вирусов – проверка антивирусом автоматически.

Кроме этого удобная командная строка. Благодаря истории команд, авто дополнению команд и путей к файлам, поиску по истории, операциям обеднения команд и удобным горячим клавишам, терминалом пользоваться очень удобно, если привыкнуть (рис.3)

Рисунок 3- Командная строка

Минусы:

• Сложность освоения, особенно для нового пользователя. Много настроек, совершенно другое оформление рабочего окна чем у других ОС.
• Многие обновления а также и программы нельзя установить, например: Photoshop, Компас, AutoCAD, KeyCollector и т.д. Можно установить программу, а вот обновления уже не поддерживаться в данной ОС.
• Отсутствие некоторых драйверов. Например драйвер Wi-Fi очень редко удаётся установить.
• Драйверы оборудования для Linux разрабатываются либо производителем, либо энтузиастами. На протяжении всего развития Linux многие производители оборудования не хотели выпускать драйверы для этой операционной системы, а энтузиасты делали свои драйверы далеко не для всего оборудования.
• Отсутствие возможности установки некоторых игр

Многие годы у Linux была проблема с играми. Все самые интересные игры выпускались для Windows, а для Linux было только несколько свободных игр, плюс возможность запуска игр от Windows в прослойке совместимости. Но в последнее время всё изменилось. Появилась платформа Steam для Linux и тут начали появляться многие интересные и популярные игры, например Metro Exodus, XCOM, CS GO и многие другие.

1.3.2.Mac OS

Операционная система, созданная корпорацией Apple. Саму операционную систему отдельно не продают, продается она только с ноутбуками и настольными компьютерами Apple. Поэтому первое что получает пользователь при покупки компьютера, это использование данной ОС. Один такой ноутбук будет ввод  примерно около 50 000 рублей, конечно понятно что такая цена обусловлена в первую очередь «брендом» фирмы, не совсем функциональной операционной системой, но пользователи покупают так «железо» данной фирмы стоит своей стоимостью

Плюсы:

Приятный интерфейс. Все в ней рассчитано на то, чтобы вам вроде было удобно ей пользоваться. Но к сожалению удобно не значит функционально.(рис 4.)

Рисунок 4- Менеджер приложений

Отсутствие вирусов – установлена изначально хорошая антивирусная защита. Известные программы, существующие на Windows, обычно выпускаются и для Mac, потому что разработчикам это выгоднее, чем выпускать их на Linux, таким образом не нужны дополнительные затраты. Но например офисные программы Windows, такие как MS Access не откроется на Mac.

Набор полезных стандартных программы и свободная загрузка образов (рис. 5)

Рисунок 5 - Свободная загрузка образов из App Store

Минусы:

Цена. Из-за большой цены она менее доступна, чем Windows и Linux. Не каждый пользователь позволит себе приобрести такую операционную систему намного дешевле купить Windows, или использовать бесплатно Linux

Не все игры, выпускаемые для Windows, выпускаются Mac. И опять один из минусов это игры. Компьютеры в основном покупают в двух направлениях учебе и работа и развлечение – игры. Так что в этом моменте сново пользователи выберут - Windows

Вывод: В данной главе работы рассмотрели основные понятия операционных систем которые могут быть использованы. Выполнили анализ положительных и отрицательных сторон использования основных популярных OC

ГЛАВА 2. УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ В РАЗНЫХ ОС

2.1. Общая характеристика в управлении памятью в ОС Linux

Базовой единицей в организации памяти для систем UNIX/Linux является страница памяти.

Обладающая размером от 4 Кбайт, которому соответствует объём физического пространства в оперативной или виртуальной (область подкачки на диске или другом устройстве хранения) памяти. При запуске процессов, они запрашивают у системы (т. е. у ядра посредством соответствующих системных вызовов) память для своей работы.

Рассмотрим основные виды памяти данной ОС:

• Физическая память
• Виртуальная память

Система распределения физической памяти в Linux будни занимается размещением и освобождением страниц, групп страниц и небольших блоков памяти. Она имеет дополнительные механизмы для виртуальной памяти, отображаемой в адресное пространство исполняемых процессов.

Система виртуальной памяти в Linux поддерживает адресное пространство, видимое каждому процессу: она создает страницы виртуальной памяти по требованию и управляет загрузкой этих страниц с диска или откачкой их обратно на диск, если требуется.

Операционная система Linux работает таким образом, что получает произвольный участок памяти, но при этом конкретного размера это участка нет. В такой ситуации используется дружественный алгоритм.

Его идея заключается в том, что память состоит из непрерывного участка и когда поступает запрос на выделение памяти, по общий блок памяти делиться пополам. Но такие участки могут быть большие по объёму, тогда нижняя половина делиться еще раз пополам и так до тех пор пока не будет получен необходимый участок памяти.

Второй алгоритм, который используется – это алгоритм замещения страниц. Его работа заключается в следующем. Операционная система пытается некоторое количество страниц держать свободными, чтоб их использовать для загрузки какого то процесса.

Во время загрузки ОС запускает станичного агента обработки страниц, который работает 1 раз в секунду и проверят достаточно ли количество страниц. Такой агент состоит из цикла, который выполняется до 6 раз и каждый раз с возрастающей срочностью.

Сначала в данном алгоритме в приоритете легкодоступные страницы затем более труднодоступные.

Рассмотрим пример. Например, 1 процедура- использует алгоритм часов и определяет страницы из кэш-памяти к которым последнее время никто не обращался

При выполнении 2 процедуры – выполняется поиск совместно использованных страниц.

При выполнении 3 процедуры- уже выполняться цикл, который выполняет поиск процесса, у которого в данных момент времени больше страниц в памяти. Если возникает ситуация, когда выбранная страница чистая то она удаляется. А если уже была модификация на такой странице то она становиться в очередь для записи.

В современных компьютерах Mac в которых стоит чип Apple T2 уже невозможна установка Linux или любой другой системы, отличной от macOS и Windows 10. Таким образом, выставили ограничение на использование только этих систем.

Отключение функции безопасной загрузки обычно решала любую проблему с установкой программ или обновлений, но сейчас это уже не решает проблему. С этим сопроцессором выпускаются iMac Pro, MacBook Pro 2018, MacBook Air Retina и Mac mini 2018. При запуске любой операционной системы T2 проверяет каждый этап загрузки, используя криптографические ключи, подписанные Apple. Таким образом компания ограничила аппаратно перечень систем, доступных для установки на свои компьютеры.

Встроенная в macOS утилита Boot Camp, обеспечивающая единственную возможность установки Windows 10 на компьютеры Apple, автоматически добавляет в систему сертификат Windows Production CA 2011, который разрешает использование загрузчиков Microsoft. А вот сертификат MC UEFI CA 2011, применяемый разработчиками дистрибутивов Linux, на данный момент не считается доверительным.

Впервые Apple T2 появился в моноблоке iMac Pro, представленном в конце 2017 года. Помимо функции безопасности, чип выступает в качестве контроллера управления системой, процессора обработки изображений, аудиоконтроллера и контроллера твердотельных накопителей.

2.2. Общая характеристика памяти в ОС Mac

Исторически сложилось, что классический Mac OS используется форма управления памятью, который упал в немилость в современных системах. Критика такого подхода была одна из ключевых областей, рассматриваемых изменений в Mac OS X .

В сети существует множество ошибочных мнений, что память в компьютерах может быть только оригинальной от Apple. Это не так. Как и все крупнейшие производители электронной техники, Apple сама не производит комплектующие: используются электронные компоненты сторонних фирм. Поэтому, под брендом «Apple memory», как правило, скрываются DIMM&SO-DIMM модули производства Samsung или Hynix, реже Kingston серии KTA.

Существуют также «специальные» серии модулей памяти и других производителей: Corsair, OWC, Transcend — при правильном подборе эта память прекрасно работает в Mac mini, MacBook’ах и так далее. Не стоит использовать модули с более высокими частотами, чем указано в таблицах: как правило, они, даже если и «заводятся», то работают очень нестабильно. ОЗУ с высокой частотой работает с более низкими таймингами только на платформах AMD. По причине факторов риска не стоит гнаться за дешевизной и ставить, так называемую, память «NoName».

Отдельно стоит упомянуть об оперативной памяти для Mac Pro: в них используется память с коррекцией ошибок, а в моделях по Mac Pro 3.1. Такую память достаточно сложно найти в торговой сети и стоит она дорого. В некоторых моделях (Mac Pro 1.1 — Mac Pro 3.1) на микросхемах памяти обязательно должны присутствовать радиаторы: чипы памяти очень сильно греются и без нормального охлаждения быстро выходят из строя

Поэтому не вся та память с маркой "for Apple" является для вас обязательной покупкой. В памяти ECC всегда присутствует дополнительный чип. И если вам продают модули у который 8 чипов распаяны, и преподносят как работа с ECC - это обман в расчете на неопытного пользователя.

Буферизованная память (Registered) содержит на модуле специальные регистры, составляющие буфер, который используется для промежуточного сохранения данных, снижая таким образом нагрузку на систему синхронизации и контроллер памяти. Стоит учесть, что наличие буфера вызывает задержку длительностью в один такт, что не слишком отражается на быстродействии, но значительно повышает надёжность передачи данных.Из-за высокой стоимости и несовместимостью с обычными мат. платами, буферизованная память используется преимущественно в серверных системах для улучшения стабильности их работы. При этом модули с дополнительными регистрами не совместимы со стандартными в пределах одной системы.

Различают чисто регистровую память (буферизированная) и просто Unbuffered ECC по признакам присутствия микросхем и маркировке - буква E(Unbuffered ECC), буква R(Registered).

Чтобы получить подробные сведения об установленных модулях памяти в iMac, нажмите «Отчет о системе». Затем выберите «Память» в разделе «Аппаратные средства» на левой панели окна «Информация о системе».

Вывод: В данной главе работы рассмотрели основные понятия управления памятью на примере использования в двух ОС Linux и Mac

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Операционная система управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту данных, выполняет различные сервисные функции по запросам пользователя и программ.

Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением ОС, которая обеспечивает для нее услуги. Таким образом, собой ОС приведет к остановки работы компьютера.

От выбора ОС будет зависеть производительность, степень защиты данных, работа аппаратных и программных средств и т.д. Чем современней систем, тем имеет больше возможностей, но существуют требования к компьютеру, например, тактовая частота процессора, объём памяти, разрядность и т.д. Основная  причина необходимости  ОС состоит  в том, что элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управление его ресурсами - то операции очень вслед низкого уровня, поэтому действия, которые ядро необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций. Весь этот объём операций скрыт от пользователя.

Цель проекта выполнена. Во время выполнения проекта выполнили характеристику и анализ операционных систем, а также выявили положительные и отрицательные стороны популярных ОС и рассмотрели основанные моменты управления памятью на примере двух операционных систем таких как ОС Linux и ОС Mac.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гохберг, Г.С. Информационные технологии: Учебник для студ. учрежд. сред. проф. образования / Г.С. Гохберг, А.В. Зафиевский, А.А. Короткин. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 208 c.
2. Гришин, В.Н. Информационные технологии в профессиональной деятельности: Учебник / В.Н. Гришин, Е.Е. Панфилова. - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 416 c.
3. Дейтел, Х., М. Операционные системы. Основы и принципы. Т. 1 / Х. М. Дейтел, Д.Р. Чофнес. - М.: Бином, 2016. - 1024 c.
4. Дейтел, Х.М. Операционные системы. Распределенные системы, сети, безопасность / Х.М. Дейтел, Д.Р. Чофнес. - М.: Бином, 2013. - 704 c.
5. Дейтел, Х.М. Операционные системы. Т. 2. Распределенные системы, сети, безопасность / Х.М. Дейтел, П.Д. Дейтел, Д.Р. Чофнес; Пер. с англ. С.М. Молявко.. - М.: БИНОМ, 2013. - 704 c.
6. Дроздов, С.Н. Операционные системы: Учебное пособие / С.Н. Дроздов. - Рн/Д: Феникс, 2018. - 480 c.
7. Матросов, В.Л. Операционные системы, сети и интернет-технологии: Учебник / В.Л. Матросов. - М.: Academia, 2017. - 1040 c
8. Спиридонов, Э.С. Операционные системы / Э.С. Спиридонов, М.С. Клыков, М.Д. Рукин. - М.: КД Либроком, 2015. - 350 c.
9. Таненбаум, Э. Современные операционные системы / Э. Таненбаум. - СПб.: Питер, 2013. - 1120 c.