Функции операционных систем персональных компьютеров

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

В эпоху бурного развития компьютерных технологий, удивительных открытий, мгновенной передачи информации в любую точку планеты, мы совсем не испытываем дискомфорта при "общении" с техникой. Благодаря чему мы с такой легкостью можем обращаться с технологиями, устройство которых загадка для большинства людей? Есть ли ограничения или наоборот, огромные перспективы?

Целью работы является знакомство с основными понятиями, описывающими принцип работы современных вычислительных устройств за счет операционных систем, а также рассмотрение каждой функции по отдельности.

Задачи работы:

• ознакомиться с назначением операционных систем;
• изучить возможности и функционал современных ОС;
• подробно изучить функции операционных систем;

• дать приблизительную оценку перспектив в развитии индустрии.
  
  1 Назначение операционных систем

В наше время существует огромное количество типов операционных систем, которые имеют разные области внедрения. В этих условиях можно выделить 4 главных аспекта, которые описывают назначение ОС.

1.1 Понятие об операционной системе

Есть 2 группы определений ОС: «совокупность программ, которые управляют оборудованием» и «совокупность программ, которые управляют иными программами». Обе они имеют собственный четкий технический смысл, который становится ясен лишь при детализированном рассмотрении вопроса про то, для чего в принципе необходимы операционные системы.

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Часто этот компьютер все время исполняет только одну программу, запускающуюся по включении. И обыкновенные игровые программы — также представляющие из себя спец. микрокомпьютеры — могут обходиться без ОС, запуская по включении программку, записанную на вставленном в устройство «картридже» либо компакт-диске. (Почти все интегрированные компьютеры и даже некоторые игровые приставки в действительности работают под управлением собственных ОС). Напр., интегрированные микрокомпьютеры содержатся сейчас в почти всех бытовых устройствах, автомобилях (время от времени по 10-ке в каждом), мобильных телефонах.

Операционные системы нужны, если: вычислительная система нужна для разных задач, при этом программы, которые исполняют эти задачи, нуждаются в сохранении и обмене данными. Из данного следует надобность универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС реагирует на неё реализацией файловой системы.

Инновационные ОС, помимо этого, дают вероятность напрямую «объединить» вывод одной программы с вводом другой, избегая сравнительно медлительные дисковые операции; различные программы имеют необходимость в выполнении одинаковых рутинных операций. Напр., простое введение знака с клавиатуры и представление его на экране может требовать исполнения сотен машинных инструкций, а дисковая операция — тыс. Для того чтобы никак не программировать их всякий раз вновь,ОС дают системные библиотеки интенсивно применяемых подпрограмм (функций); между программой и пользователями системы очень важно разделять возможности, для того чтобы пользователи имели возможность оберегать собственные информацию от постороннего взора, а вероятная ошибка в программе никак не активизировала тотальных неприятностей; необходима возможность имитирования «синхронного» выполнения нескольких программ в одном компьютере (в том числе и включающем только один микропроцессор), исполняемой с помощью приёма, знакомого как «разделение времени». При этом специальный компонент, именованный планировщиком, «нарезает» процессорное время на небольшие отрезки и выдает их по очереди разным исполняющимся программам (процессам); наконец, оператор обязан располагать возможностью скажем регулировать процессы выполнения отдельных программ. Для этого предназначены операционные среды, одна из которой — оболочка и комплект стандартных утилит — является составляющей ОС (другие, такие, как графическая операционная среда, формируют самостоятельные от ОС прикладные платформы).

1.2 Взаимодействие пользователя с компьютером

Организация комфортного интерфейса, позволяющая пользователю взаимодействовать с техникой компьютера из-за некоторой расширенной виртуальной машины, с которой комфортнее выполнять работу и которую проще программировать. Вот список главных сервисов, предоставляемых типичными операционными системами.

Разработка программ, где ОС предчтавляет разработчику программного обеспечения различные инструменты разработки приложений: редакторы, отладчики и т.п. Ему не обязательно знать, каким образом работают разнообразные электронные и электромеханические участки и приборы компьютера. Зачастую пользователь способен ограничиться только лишь сильными высокоуровневыми функциями, какие представляет ОС.

Также, для запуска программы необходимо осуществить несколько операций. В них входят : загрузить в основную память программу и данные, инициализировать устройства ввода- вывода и файлы, приготовить прочие ресурсы. ОС осуществляет всю данную работу вместо пользователя.
ОС предоставляет доступ к устройствам ввода-вывода. Любое устройство требует индивидуальный комплект команд для запуска. ОС предоставляет пользователю единообразный интерфейс, который пропускает все без исключения детали и предоставляет программисту доступ к устройствам ввода-вывода посредством простых команд чтения и записей.

При работе с файлами руководство со стороны ОС подразумевает не только глубочайший учет природы устройства ввода-вывода, однако и понимание строений данных, записанных в файлах. Многопользовательские ОС, помимо этого, гарантируют механизм защиты при обращении к файлам.

ОС заведует доступом к совместно используемой либо доступной вычислительной системе в целом, а кроме того к отдельным системным ресурсам. Она гарантирует охрану ресурсов и информации от несанкционированного использования и решает конфликтные ситуации.

Обнаружение погрешностей и их обработка — это ещё один весьма значительный момент в предназначении ОС. При работе компьютерной системы имеют все шансы происходить различные перебои за счет внутренних и наружных погрешностей в аппаратном обеспечении, разного рода программных ошибок (переполнение, попытка обращения к ячейке памяти, доступ к которой запрещен и др.). В любом случае ОС осуществляет действия, минимизирующие воздействие ошибки на работу приложения (с обычного сообщения о погрешности вплоть до аварийной остановки программы).

И, в конечном итоге, подсчет использования ресурсов. ОС обладает средствами учета использования разных ресурсов и отображения характеристик производительности вычислительной системы. Данная сведения значимы для настройки (оптимизации) вычислительной системы с целью повышения её производительности. [1]

1.3 Использование ресурсов

Организация эффективного применения ресурсов компьютера. ОС также считается своего рода диспетчером ресурсов компьютера. К количеству основных ресурсов нынешних вычислительных систем принадлежат основная память, процессоры, таймеры, наборы данных, диски, накопители на МЛ, принтеры, сетевые устройства, и др. Перечисленные средства определяются операторной системой среди выполняемыми программами. В отличие от программы, что являются статическим предметом, выполняемая программа - это динамический объект, который получил название процесса и считается базовым определением нынешних ОС. Руководство ресурсами вычислительной системы с целью более эффективного их применения представляет собой другое назначение операционной системы. Критерии эффективности, в соответствии с которыми ОС организует управление ресурсами компьютера, могут являться различными. К примеру, в одном случае более значимым считается пропускная способность вычислительной системы, в ином - время её реакции. Нередко ОС должны удовлетворять нескольким, противоречащим друг другу аспектам, что приносит создателям значительные проблемы. Управление ресурсами включает в себя решение ряда общих, никак не зависящих от вида ресурса проблем.

Планирование ресурса - установление процесса, для которого нужно выделить ресурс. Тут предопределяется, когда и в каком качестве должен выделиться этот ресурс. Удовлетворение запросов на ресурсы - выделение ресурсов процессам; мониторинг состояния и учет применения ресурса - поддержание своевременной информации о задействовании ресурса и применении его доли. Разрешение столкновений между процессами, претендующими на один и тот же ресурс.

Для решения данных общих задач управления ресурсами различные ОС используют разнообразные алгоритмы, что в результате и определяет облик ОС в целом, в том числе характеристики производительности, сферу использования и даже пользовательский интерфейс. [1]

1.4. Облегчение процессов вычислительной системы

Упрощение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы. Цикл операционных систем содержит в своем составе наборы служебных программ, обеспечивающие резервное копирование, архивацию данных, контроль, очистку и дефрагментацию дисковых устройств и др. Помимо этого, инновационные ОС обладают довольно огромным пакетос средств и методов диагностики и возобновления работоспособности системы.

Сюда входят:
- диагностические программы для выявления погрешностей в конфигурации операционной системы;
- средства восстановления последней работоспособной конфигурации;
- средства восстановления поврежденных и пропавших системных файлов и др. [1]

1.5. Возможность развития

Нынешние ОС организуются таким способом, что допускают эффективную разработку, испытание и ввод новейших системных функций, никак не прерывая хода стандартного функционирования вычислительной системы. Большая часть операционных систем постоянно развиваются (нагляден пример Windows). Происходит такое в силу следующих факторов. [1]

Для удовлетворения пользователей либо потребностей системных администраторов ОС обязаны постоянно предоставлять новейшие возможности. К примеру, может понадобиться добавить новейшие инструменты для контроля либо оценки производительности, новейшие ресурсы ввода-вывода данных (речевой ввод).

Другой пример - поддержка новейших приложений, использующих окна в экране дисплея. [1]

В любой ОС имеются погрешности. Время от времени они выявляются и исправляются. Отсюда стабильные появления новых версий и редакций ОС. Необходимость постоянных перемен накладывает некоторые условия на организацию операционных систем. Несомненно, что данные системы должны иметь модульную структуру с отчетливо определенными межмодульными связями. Значительную роль представляет хорошая и полная документированность системы. [1]

2. Функции операционной системы

Функции ОС как правило группируются или в соответствии с видами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, или в соответствии с характерными задачами, применимыми к абсолютно всем ресурсам. Совокупности модулей, выполняющих подобные категории функций, формируют подсистемы операционной системы. Более значимыми подсистемами управления ресурсами считаются подсистемы управления действиями, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для абсолютно всех ресурсов, считаются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования. [2]

2.1 Управление процессами

Процесс - это некая сущность, которая имеется почти во всех ОС. Процесс - это программа, имеющая права собственности на ресурсы. Разберем две программы (то есть код и данные, которые применяются) и проанализируем все без исключения те ресурсы, какие принадлежат программе (это могут быть: пространство оперативной памяти, данные на внешнем запоминающем устройстве, права владения другими ресурсами, к примеру, линиями связи). В случае если множество ресурсов, которые принадлежат двум программам, совпадают, то в данном случае мы никак не можем говорить о данных программах, равно как о двух процессах, - это один процесс. В случае если у любой программы имеется собственное большое число ресурсов, причем, эти множества могут пересекаться, но никак не совпадать, в таком случае мы говорим о двух процессах.

Задачи, решаемые подсистемой управления процессами:

• Планирование процессов - деление процессорного времени: что, какое количество, и когда исполняется;
• Создание и ликвидирование процессов - ОС гарантирует старты, выделяет ресурсы, обеспечивает ликвидирование, освобождение ресурсов и т.д.
• Обеспечение действий системными ресурсами (памятью, разными устройствами)
• Поддержка взаимодействия среди процессов (предоставление межпроцессорного взаимодействия)

Состояние процесса в течении жизненного цикла в ОС:
1.ВЫПОЛНЕНИЕ: интенсивное состояние процесса, в период которого процесс имеет абсолютно все нужные ресурсы и напрямую исполняется процессором.
2.ГОТОВНОСТЬ: кроме того пассивное состояние процесса, однако в данном случае процесс блокирован в связи с внешними по отношению к нему факторами: процесс содержит все без исключения необходимые для него ресурсы, он готов осуществляться, но процессор занят выполнением иного процесса.
3.ОЖИДАНИЕ: бездейственное состояние процесса, процесс блокирован, он никак не способен осуществляться согласно собственным внутренним обстоятельствам, он ожидает реализации определенного действия, к примеру, окончания процедуры ввода-вывода, извлечения информации с иного процесса, избавления какого-либо требуемого ему ресурса.

В ходе жизненного цикла любой процесс переходит из одного состояния в иное в соответствии с алгоритмом планирования процессов, реализуемым в этой операторной системе.

В состоянии ВЫПОЛНЕНИЕ в однопроцессорной системе способен присутствовать только лишь один процесс, а в любом из состояний ОЖИДАНИЕ и ГОТОВНОСТЬ - несколько процессов, данные процессы формируют очередности в соответствии с этим ожидающих и готовых процессов. Жизненный цикл процесса наступает с состояния ГОТОВНОСТЬ, если процесс готов к осуществлению и ожидает своей очереди. При активизации процесс переключается в положение ВЫПОЛНЕНИЕ и располагается в нем вплоть до тех периодов, пока или он непосредственно освободит процессор, перейдя в положение ОЖИДАНИЯ какого-нибудь действия, или будет принудительно "вытеснен" с процессора, к примеру, из-за исчерпания назначенного этому процессу кванта процессорного периода. В последнем случае процесс возвратится в положение ГОТОВНОСТЬ. В это же положение процесс переключается из состояния ОЖИДАНИЕ, уже после того, как ожидаемое событие совершится.

Информация о процессе:
• Режим работы процессора.
• Информация об открытых файлах.
• Регистры.
• Состояние внешних устройств.
• Операции ввода – вывода.

Задача планирования процессов складывается из 3-х операций:
1.Определение этапа времени с целью смены, выполняемого в этот период, процесса.
2.Выбор этого процесса из очереди готовности, которому будет передано управление.
3. Переключение контекста (переключение между процессами).
Первые 2 действия производятся на программном уровне (намеренно написанный код) и причисляются к планированию, на третьем месте – в аппаратном уровне и причисляется к диспетчеризации.

Создание хода:
• ОС формирует контекст и дескриптор процесса.
• Загрузка кодового сегмента в оперативную память.
• Дескриптор помещается в очередь процессов, пребывающих в готовности.
С данного этапа разрешается считать, то что процесс начался.

Проанализируем детально вопрос образования процесса. Когда запускается приложение, Операционная Система формирует две информационные структуры: контекст и дескриптор (идентификатор и т.д.). Кодовый элемент грузится в оперативную память (данные о нём заносится в контекст). Далее дескриптор процесса включается в очередь процессов; затем планировщик принимать решение, что процесс должен являться выполненным, а дескриптор процесса находится в очереди готовых процессов. Прежде чем прекратить выполнение процесса, ОС сначала сохраняет его контекст, для того чтобы в последствие использовать данную инструкцию с целью последовательного возобновления. Далее контекст обновляется (переключение контекста) и активный контекст получает информацию о новом процессе. Затем процессу выделяются ресурсы, процессорное период и т.д. При удалении процесса: уничтожается дескриптор и удаляется контекст. Новый процесс способен приобрести дескриптор с тем же номером.

2.2 Управление памятью

Операционная система решает следующие задачи:

Отслеживание свободной и занятой памяти.

Выделение и освобождение памяти по запросам процессов.

Обеспечение настройки адресов.

Поддержка механизма виртуальной памяти

Оперативная память представляет собой важный ресурс вычислительной системы, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Особая значимость памяти объясняется тем, что процессор способен осуществлять инструкции программы только лишь в том случае, когда они находятся в памяти. Память распределяется как между модулями прикладных программ, так и между модулями самой операционной системы.

Функциями ОС в области управлению памятью в мультипрограммной системе считаются:

1. отслеживание наличия свободной и занятой памяти;
2. выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов;
3. вытеснение кодов и данных процессов из оперативной памяти на диск (абсолютное либо выборочное), если размеры основной памяти не достаточны чтобы разместить в ней все процессы, и возвращение их в оперативную память, если в ней освобождается место;
4. настройка адресов программы на конкретную область физической памяти;
5. защита памяти процессов от взаимного вмешательства.

В различных стадиях жизненного цикла программы для представления переменных и кодов необходимы три вида адресов: символьные (имена, используемые разработчиком программного обеспечения), виртуальные (условные числа, вырабатываемые компилятором) и физические (адреса фактического размещения в оперативной памяти).

Совокупность виртуальных адресов процесса называется виртуальным адресным пространством. Диапазон возможных адресов виртуального пространства у всех процессов является одним и тем же.

Виртуальное адресное пространство может быть плоским (линейным) или структурированным.

Следует различать предельно допустимое виртуальное адресное пространство процесса, какое обусловливается только лишь разрядностью виртуального адреса и архитектурой компьютера, и назначенное (выделенное) процессу виртуальное адресное пространство, состоящее из набора виртуальных адресов, действительно необходимых процессу для работы.

Виртуальное адресное пространство процесса разделяется на 2 постоянные составляющие: системную и пользовательскую. Системная составляющая представляет собой общую для абсолютно всех действий, в ней располагаются коды и сведения операционной системы.

Наиболее результативным методом управления памятью считается виртуальная память, вытеснившая в сегодняшних ОС способы распределения памяти фиксированными, динамическими либо перемещаемыми разделами.

Виртуальная память применяет дисковую память с целью преходящего сохранения не помещающихся в оперативную память данных и кодов выполняемых процессов ОС.

В настоящее время любое большое число реализаций виртуальной памяти представлено 3-мя классами:

1. Страничная виртуальная память образует передвижение данных между памятью и диском страницами — частями условного адресного пространства фиксированного и относительно небольшого размера (плюсы — высокая скорость обмена, незначительная степень фрагментации; минусы — трудно осуществить защиту данных, разделенных на части механически);
2. Сегментная виртуальная память учитывает передвижение данных сегментами — частями виртуального адресного пространства свободного размера, приобретенными с учетом смыслового значения данных (плюсы — «осознанность» сегментов упрощает их защиту; минусы — медленное преобразование адреса, высокий уровень фрагментации);
3. Ссегментно-страничная условная воспоминания совмещает плюсы двух предшествующих раскладов.
   Сегменты виртуальной памяти имеют все шансы являться разделяемыми среди несколькими процессами. Разделяемые сегменты используются или для экономии физической памяти, если несколько пользователей работают с одним кодовым сегментом приложения, или в качестве средства обмена данными среди процессов.
   Для ускорения доступа к данным в вычислительных системах обширно применяется принцип кэширования. В компьютерах имеется иерархия запоминающих устройств, в которой нижний уровень занимают емкая, но сравнительно медленная дисковая память, далее располагается оперативная память, а верхний уровень составляет сверхоперативная память процессорного кэша. Каждый уровень памяти (помимо нижнего) выполняет роль кэша по отношению к нижележащему.

Каждая запись в кэш-памяти об элементе данных включает в себя:

1. значение элемента данных;
2. местоположение, которое данный элемент информации имеет в основной памяти;
3. дополнительную информацию, что применяется с целью осуществления алгоритма замещения информации в кэше и как правило содержит критерий модификации и критерий действительности данных.

При ненамеренном показе компонент своевременной памяти способен являться расположен в случайном участке память-памяти . При кэшировании данных из оперативной памяти широко применяют две ключевые схемы отображения: беспорядочное представление и детерминированное представление.. С целью этого для того чтобы в последующем возможно существовало отыскать необходимые сведения в кэше, они вмещаются тама совместно с собственным адресом своевременной памяти.

Во многих нынешних процессорах кэш-память строится на базе сочетания этих двух подходов, что дает возможность найти компромиссное решение среди относительно невысокой стоимостью кэша с прямым отображением и интеллектуальностью алгоритмов замещения в кэше со случайным отображением. Детерминированный (прямой) метод отображения подразумевает, что каждый элемент основной памяти постоянно отображается в одно и то же место кэш-памяти. В данном случае кэш-память разделена на строки, любая из которых предназначена для хранения одной записи об одном составляющем данных и обладает собственным номером.

2.3 Защита памяти

Защита памяти (англ. Memory protection) — данный метод управления правами доступа к отдельным регионам памяти. Применяется основной массой многозадачных операционных систем. Главной целью защиты памяти считается запрет доступа процессу к той памяти, которая никак не выделена для данного процесса. Подобные запреты увеличивают надежность работы равно как программ так и операционных систем, так как ошибка в одной программе никак не способна оказать влияние непосредственно на память других приложений.
Нарушения защиты памяти сопряжены с обращениями процессов к участкам памяти, выделенной другим процессам прикладных программ либо программ самой ОС. Ресурсы защиты памяти обязаны пресекать подобные попытки доступа посредством аварийного завершения программы-нарушителя.

2.4 Управление файлами

Файловая система- такая часть операционной системы, предназначение каковой заключается в том, чтобы гарантировать пользователю удобный интерфейс при работе с информацией, хранящейся на диске, и гарантировать совместное применение файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком значении понятие "файловая система" содержит:
• совокупность абсолютно всех файлов на диске;
• наборы структур информации, применяемых с целью управления файлами, подобные, к примеру, равно как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения беспрепятственного и занятого места на диске;
• комплекс системных программных средств, реализующих руководство файлами, в частности: формирование, ликвидирование, чтение, регистрация, именование, поиск и прочие операции над файлами.

СУФ реализует осуществление следующих базисных функций.
1. Организацию закономерной системы в виде томов памяти и каталогов файлов.
2. Управление томами, в том числе:
• инициализацию (форматирование);
• подключение (переход в оперативное положение);
• отключение (переход в автономное положение).
3.Управление каталогами файлов:
• создание каталогов;
• переключение между каталогами;
• удаление каталогов.
4.Манипуляции с файлами:
• создание файла (определение имени, выделение участка во внешней памяти);
• удаление файла (освобождение имени и занимаемого файлами места);
• открытие файла (сообщение ОС о намерении применять документ с некоторыми функциями доступа и правами);
• закрытие открытого файла (запрет любого доступа к файлу);
• копирование и переименование файла.
5. Связь файлов и потоков ввода/вывода, объединение и переадресация потоков.
6. Организацию логической структуры файлов и доступа к записям файлов в требуемом режиме.
7. Модификацию записей файлов: читать, записывать, менять, вставлять, дополнять, устранять записи.
8. Защиту файлов от несанкционированного доступа и управление правами доступа.

Кроме этого, может быть масса сервисных функций проверки и модификации различных характеристик файлов, каталогов, томов, зависящих от конкретной реализации СУФ.

2.5 Управление внешними устройствами

В компьюторных системах помимо процессора и оперативной памяти имеется большое число различных приборов (device) – жесткие диски, приводы оптических дисков (CD, DVD, Blu-Ray Disk), устройства флеш-памяти, принтеры, сканеры, голосовые и видеокарты, модемы, сетевые карты и т. п.

Операционная система обязана гарантировать управление абсолютно всеми данными приборами, т. е. обеспечивать методы обмена данными между приложениями и устройствами.

Управление устройствами в Windows исполняется подсистемой ввода вывода, содержащей ряд компонентов (см. рис.4.1 в лекции 4 "Структура Windows"):
• диспетчер ввода-вывода (I/O manager – Input/Output manager) – главный элемент; гарантирует интерфейс среди приложениями и устройствами;
• диспетчер PnP (Plug and Play manager) – элемент, осуществляющий правило Plug and Play ("подключи и работай") – автоматическую идентификацию и конфигурацию подключаемых к системе девайсов;
• диспетчер электропитания (power manager) – гарантирует помощь разных режимов энергопотребления системы и устройств;
• драйверы устройств – программы, реализующие операции ввода-вывода с целью определенного устройства; драйверы больше прочих частей системы "знают" о специфике личного устройства;
• HAL (Hardware Abstraction Layer) – степень абстрагирования с аппаратных средств; утаивает от иных частей характерные черты реализации определенных процессоров, системных плат и контроллеров прерываний;
• реестр (registry) – применяется в качестве базы информации с целью параметров устройств и драйверов.

2.6 Защита данных и администрирование

Защищенность сведений вычислительной системы гарантируется средствами отказоустойчивости ОС, сосредоточенными на защиту от сбоев и отказов аппара­туры и ошибок программного обеспечения, а кроме того средствами защиты с не­санкционированного доступа. В крайнем случае ОС оберегает данные от оши­бочного либо умышленного действия пользователей системы.

Первым рубежом защиты при охране информации от несанкционированного досту­па считается процесс логического входа. Операционная система обязана убе­диться, что в систему старается войти пользователь, вход которого разрешен ад­министратором. Функции защиты ОС в целом весьма непосредственно объединены с функциями администрирования, таким образом равно как непосредственно администратор устанавливает права пользо­вателей при их обращении к различным ресурсам системы — файлам, каталогам, принтерам, сканерам и т. п. Помимо этого, администратор ограничивает возможно­сти пользователей в выполнении этих либо других системных действий. К примеру, пользователю может быть не разрешено осуществлять процедуру прекращения работы ОС, устанавливать системное время, завершать посторонние процессы, формировать учет­ные записи пользователей, менять полномочия доступа к определенным каталогам и файлам. Администратор способен кроме того сократить способности пользовательского интерфейса, сняв, к примеру, определенные пункты из список операционной систе­мы, выводимого на экран пользователя.

Значимым средством охраны информации считаются функции аудита ОС, заключаю­щиеся в регистрации абсолютно всех событий, с которых находится в зависимости защищенность системы. На­пример, попытки успешного и безуспешного логического входа в систему, процедуры доступа к определенным каталогам и файлам, применение принтеров и т. п. Спи­сок событий, какие следует отслеживать, устанавливает администратор ОС.

Поддержка отказоустойчивости реализуется операционной системой, обычно на основе резервирования. Чаще всего в функции ОС вносится поддерживание некоторых копий данных в различных дисках либо различных дисковых накопите­лях. Резервируются кроме того принтеры и прочие приборы ввода-вывода. При от­казе одного избыточного устройства операционная система обязана моментально и понятным для юзера способом осуществить реконфигурацию системы и продолжить работу с запасным устройством. Особенным случаем обеспечения отка­зоустойчивости считается применение некоторых процессоров, в таком случае имеется мультипроцессирование, если концепция не прекращает работу при отказе 1-го процессора, хотя и с меньшей производительностью. (Следует выделить, что многочисленные ОС используют мультипроцессорную конфигурацию компьютера только лишь с целью форсирования работы и при отказе какого то одного процессора прерывают работу.) Поддержка отказоустойчивости вдобавок укладывается в прямые обязанности системного админи­стратора. В состав ОС в большинстве случаев вмещаются утилиты, разрешающие администратору осуществлять постоянные операции резервного копирования с целью предоставления бы­строго восстановления значимых данных.

Администратор вычислительной системы определяет и ограничивает возможности пользователей в выполнении этих либо других операций, т.е. устанавливает их полномочия согласно обращению и применению ресурсов системы. Значимым средством защиты считаются функции аудита ОС, содержащегося в фиксации абсолютно всех событий, от которых находится в зависимости защищенность системы. Поддержка отказоустойчивости вычислительной системы реализуется на базе резервирования (дисковые RAID-массивы, резервные принтеры и прочие приборы, в некоторых случаях резервирование центральных процессоров, в ранних ОС - дуальные и дуплексные системы, системы с мажоритарным органом и др.). В целом обеспечение отказоустойчивости системы - одно из основных обязательств системного администратора, который с целью этого применяет несколько специальных средств и инструментов. [2]

2.7 Интерфейс прикладного программирования

Прежде всего необходимо однозначно разделить общий термин API(applicationprograminterface, интерфейс прикладного программирования) на следующие направления:

♦ APIкак интерфейс высокого уровня, принадлежащий к библиотекамRTL;

♦ APIприкладных и системных программ, входящих в поставку операционной системы;

♦ прочие API.

Интерфейс прикладного программирования,равно как это и следует из наименования, предназначен для применения прикладными программами системных ресурсов ОС и реализуемых ею функций.API описывает комплекс функций и операций, которые принадлежат ядру либо надстройкам ОС.

Итак, AP Iпредставляет из себя пакет функций, предоставляемых системой программирования разработчику прикладной программы и направленных на организацию взаимодействия результирующей прикладной программы с целевой вычислительной системой.Целевая вычислительная система выступать в роли комплекса программных и аппаратных средств, в окружении которых производится результирующая программа. Самостоятельно результирующая программа порождается концепцией программирования в основе кода исходной программы, созданного разработчиком, а кроме того объектных модулей и библиотек, вмещающихся в группу концепции пр В принципе API используется не только лишь прикладными, но и многочисленными системны­ми программами, равно как в составе ОС, таким образом и в составе системы программирования.
Но далее разговор пойдет только лишь о функциях API с точки зрения создателя прикладной программы. Для системной программы имеются определенные вспомогательные ограничения на потенциальные реализации API.

Функции API позволяют разработчику строить результирующую прикладную программу таким образом, чтобы использовать средства целевой вычислительной системы с целью исполнения стандартных операций. При этом разработчик программы избавлен от надобности формировать первоначальный код с целью исполнения данных операций.

Программный интерфейс API включает в себя не только лишь сами функции, но и со­глашения относительно их применения, которые регламентируются операционной системой (ОС), архитектурой целевой вычислительной системы и системой программирования.

Существует несколько вариантов реализации API:

 реализация на уровне ОС;

 реализация на уровне системы программирования;

 реализация на уровне внешней библиотеки процедур и функций.

Система программирования в любом из данных разновидностей дает разработчику средства с целью подсоединения функций API к начальному коду программы и организации их вызовов. Объектный код функций API подключается к результирующей программе компоновщиком при необходимости.

Возможности API можно оценивать со следующих позиций:

1. эффективность выполнения функций API– включает в себя скорость выполнения функций и объём вычислительных ресурсов, потребных для их выполнения;

 2. широта предоставляемых возможностей;

 3. зависимость прикладной программы от архитектуры целевой вычислительной системы.

В совершенстве желательно обладать комплектом функций API, выполняющихся с наивысшей эффективностью, предоставляющих пользователю все без исключения способности передовых ОС и обладающих наименьшей связью с архитектурой вычислительной системы (еще лучше – лишённых такого рода зависимостей).

Добиться наивысшей эффективности исполнения функций API фактически сложно по тем же основаниям, согласно которым нереально достичь наивысшей эффективности исполнения для какой угодно результирующей программы. По этой причине об эффективности API допускается заявлять только лишь в сравнении его характеристик с остальными API.

Что затрагивает две иные характеристики, то в принципе отсутствуют технические ограничений на их реализацию. Но имеются организационные трудности и ограниченные корпоративные интересы, тормозящие формирование подобного рода библиотек программирования.

2.8 Пользовательский интерфейс

Согласно разновидности пользовательского интерфейса чцществуют текстовые (линейные), графические и речевые операционные системы.
Пользовательским интерфейсом именуется комплект способов взаимодействия пользователя с приложением. Пользовательский интерфейс содержит общение пользователя с приложением и язык общения.

Текстовые ОС

Линейные операционные системы осуществляют интерфейс командной строки. Главным механизмом управления в них считается клавиатура. Команда набирается на клавиатуре и отображается на экране монитора. Окончанием ввода указания работает нажатие клавиши Enter. С целью работы с операционными системами, обладающими текстовый интерфейс, следует освоить командным языком этой среды, т.е. совокупностью команд, состав которых обусловливается синтаксисом данного языка.

Первые реальные операционные системы обладали текстовым интерфейсом. В наше время он вдобавок используется в серверах и компьютерах пользователей.

Графические ОС

Такие операционные системы выполнят интерфейс, созданный на взаимодействии активных и пассивных графических экранных компонентов управления. Приборами управления в этом случае считаются клавиатура и мышь. Пассивные компоненты управления — это графические компоненты управления приложений (экранные кнопки, значки, переключатели, флажки, раскрывающиеся перечни, строки меню и т.д.).

Активным компонентом управления считается курсор мыши — графический предмет, передвижение которого на экране синхронизировано с движением мыши. Примером только графических ОС служат операционные системы Windows. Стартовый экран аналогичных ОС представляет из себя комплексный объект, именуемый рабочим столом. Рабочий стол — такая графическая среда, в которой воспроизводятся объекты (файлы и каталоги), а так же элементы управления.

В графических операционных системах большую часть действий возможно осуществлять многочисленными разными методами, к примеру посредством строки меню, посредством панели приборов, посредством системы окон и др. Так как операции выполняются над объектом, заранее он обязан быть выбран (выделен).

Основу графического интерфейса пользователя является сформированная концепция окон и иных графических предметов, при формировании которой разработчики стремятся к наибольшей стандартизации абсолютно всех компонентов и способов работы.

Окно — данная обрамленная прямоугольная область на экране монитора, в которой отражаются приложения, документ, информация. Все без исключения процедуры, производимые в графических ОС, совершаются или в Рабочем столе, или в котором-либо окне.

Окно считается действующим, когда с ним в этот период работает пользователь. Речевые ОС

В случае SILK-интерфейса (с англ. speech – речь, image – образ, language – язык, knowledge – знание) – на экране согласно речевой команде совершается передвижение с 1 поисковых образов к остальным.

Предполагается, то что при применении общественного интерфейса не требуется ориентироваться в меню. Экранные образы недвусмысленно покажут последующий путь перемещения с 1 поисковых образов к остальным согласно смысловым смысловым взаимосвязям.

В наше время наблюдается существенное увеличение надежности, защищенности и отказоустойчивости ОС; сближение согласно возможностям ОС для настольных компьютеров и ОС с целью мобильных устройств.

Тенденция к проектам по ОС с не закрытым кодом - данное весьма интересное направление в развитии ОС, таким образом равно как фирмам-разработчикам нужны свежие мысли, которые им может предложить молодое поколение программистов.

На базе навыка использования многочисленных нынешних ОС, можно подчеркнуть следующие ключевые тенденции в их эволюции.

Графические оболочки. Каждая нынешняя ОС содержит графический пользовательский интерфейс, при этом (согласно абсолютно ясным обстоятельствам резкой конкурентной борьбы среди фирмами-разработчиками) графические оболочки для всех ОС приблизительно схожи в области возможностей. Порой пользователю сложно определиться, в какой именно ОС он работает, впрочем для конечных пользователей (не программистов), по-видимому, подобная унификация комфортна.

Поддержка новейших сетных технологий и Интернет-технологий. Узы и Сеть интернет стремительно формируются. Возникают новейшие образцы и протоколы – IPv6, HTML 5 (с целью облачных вычислений) и т.д. Инновационные ОС формируются в направлении содействия абсолютно всем новейшим сетевым технологиям.

Усиленное внимание к механизмам безопасности и защиты. Во многом благодаря инициативе Trustworthy Computing, начатой компанией Microsoft в 2002 г., а кроме того по причине все нарастающей киберпреступности, все инновационные ОС уделяют усиленное внимание безопасности: при просмотре интернет-страничек браузеры осуществляют их проверку на отсутствие phishing; загрузки и инсталляции программ из сети выполняются только лишь с явного согласия пользователя и т.д.

Поддержка многопоточности и многоядерных процессоров. По причине обширного распространения многоядерных процессоров, все без исключения инновационные ОС обладают библиотекой программ, поддерживающие данную возможность техники. Непосредственно из-за многоядерной архитектуре, делается действительно допустимым параллельное выполнение потоков (threads).

Поддержка распределенных и параллельных вычислений. Инновационные ОС обладают в индивидуальном составе высокоуровневыми библиотеками, которые дают возможность создавать параллельные алгоритмы решения заданий – к примеру, поддерживающие стандарты параллелизма OpenMP и MPI.

Виртуализация ресурсов и техники. Инновационные ОС обладают в индивидуальном составе средствами виртуализации, разрешающими выполнять приложения для других платформ в изолированных виртуальных машинах, в которые могут быть инсталлированы прочие операционные системы.

Развитие файловых системс мишенью защиты данных и существенного повышения объема файлов (для мультимедиа). Инновационные условия обрабатывания мультимедийных данных приводят к тому, что прежние файловые системы (к примеру, FAT) становятся недостаточными для хранения мультимедийных файлов. К примеру, наибольший объем файла в системе FAT – 4 гб – легко способен быть превышен при переписи на компьютер цифровой видеопленки продолжительностью 10-15 мин.. По этой причине разрабатываются свежие файловые системы, предполагающие сохранение весьма крупных файлов, к примеру, система ZFS в ОС Solaris. Вторым условием считается предоставление конфиденциальности данных, что приводит к потребности осуществлении в файловых системах возможности криптования (которая выполнена, к примеру, в файловой системе ZFS).

Поддержка облачных вычислений– совершенно свежая направленность в эволюции ОС, основание которой положила "облачная" ОС Windows Azure компании Microsoft.

Колоссальной значимостью обладает потребность в корпоративные операционные системы, для которых свойственны значительный уровень масштабируемости, поддержка сетевой работы, развитые средства предоставления безопасности, способность функционировать в неоднородной сфере, присутствие средств централизованного администрирования и управления. В таком случае и необходим шанс обработки большого объема информации. [3]

Кто-то делает ставку на облачные хранилища, и дает прогноз "вымирание" ОС совсем. В том числе и то, что мы используем облако, подобная предпосылка не кажется вероятной в ближайшее время. Я замечаю желание создателей к увеличению производительности за счет наиболее рационального применения ресурсов (Windows 10 запускается на 28% быстрее, чем Windows 7), надежности и комфорта в применении. Голосовое руководство либо разнообразные оригинальные нововведения в интерфейс для наиболее дружелюбного взаимодействия. [5] [7]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как видите, операторные системы имеют огромную значимость в совместной деятельности пользователя и ПК. Основным считается в таком случае, то что развитие движется, постоянно разрабатываются наиболее сильные машины, масштаб обрабатываемой информации увеличивается, одновременно с этим вдобавок формируются и улучшаются ОС, возникают новейшие мысли ради наиболее комфортного и результативного использования собранных сведений. ОС согласно собственному функционалу движется в сторону обеспечения подсознательного взаимодействия пользователя и ПК.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ОС - операционная система;

ПУ - периферийное устройство.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Назаров, С. В. Современные операционные системы: учебное пособие / С. В. Назаров, А. И. Широков. — Москва : Национальный

Открытый Университет «ИНТУИТ», 2012. — 367 с.

1. Грошев, С. Основные понятия ОС [Электронный ресурс] : Наука и

образование / МГТУ им. Н.Э. Баумана — Электрон. журн. — Москва : ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана" 2015. — Режим доступа:

http://technomag.bmstu.ru/doc/48639.html

1. Перспективы операционных систем и сетей [Электронный ресурс]: национальный открытый университет «ИНТУИТ». — Москва: 2015 — Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/641/497/lecture/11328
2. Архитектура, назначение и функции операционных систем

[Электронный ресурс] : Лекция 1 / Национальный открытый университет «ИНТУИТ» — Москва, 2015. — Режим доступа:

http://www.intuit.ru/studies/courses/631/487/lecture/11048

1. Даровский, Н. Н. Перспективы развития операционных систем [Электронный ресурс] / Н. Н. Даровский // интернет-портал Web-3. — 2015. — Режим доступа: http://system.web-3.ru/windows/?act=full&id_article=12055
2. Компоненты Windows 10 [Электронный ресурс] : официальный сайт

разработчика / Microsoft Corporation — 2016. — Режим доступа:

https://www.microsoft.com/ru-ru/windows/features?section=familiar

1. Android 6.0 Marshmallow [Электронный ресурс] : официальный сайт

разработчика / Google Corp. — 2016. — Режим доступа:

https://www.android.com/intl/ru_ru/versions/marshmallow-6-0/

8 Назаров, С.В. Современные операционные системы: Учебное пособие / С.В. Назаров. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2016. - 367 c.

9 Партыка, Т.Л. Операционные системы, среды и оболочки: Учебное пособие / Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 560 c.

10 Синицын, С.В. Операционные системы: Учебник для студентов учреждений высш. проф. образования / С.В. Синицын, А.В. Батаев, Н.Ю. Налютин. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 304 c.

11 Спиридонов, Э.С. Операционные системы / Э.С. Спиридонов, М.С. Клыков. - М.: КД Либроком, 2010. - 352 c.

12 Джонс Средства автоматизации в Microsoft Windows (+ CD-ROM) / Джонс, Дон. - М.: Эком, 2017. - 416 c.

13 Журин, А.А. Учимся работать на компьютере / А.А. Журин. - М.: Лист Нью, 2015. - 320 c.

14 Фигурнов, В.Э. IBM PC для пользователя / В.Э. Фигурнов. - М.: Инфра-М; Издание 6-е, перераб. и доп., 2017. - 432 c.