Операционная система как интерфейс между пользователем и компьютером

ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОПЕРАЦИОННЫХ

СИСТЕМ

Операционная система — это программа, контролирующая работу приклад­ных программ и системных приложений и исполняющая роль интерфейса между приложениями и аппаратным обеспечением компьютера. Ее предназначение можно разделить на три основные составляющие.

• Удобство. Операционная система делает использование компьютера простым и удобным.

• Эффективность. Операционная система позволяет эффективно использовать
ресурсы компьютерной системы.

• Возможность развития. Операционная система должна быть организована
так, чтобы она допускала эффективную разработку, тестирование и внедрение новых приложений и системных функций, причем это не должно ме­шать нормальному функционированию вычислительной системы.

Рассмотрим все три аспекта работы операционных систем по очереди.

Операционная система как интерфейс между пользователем и компьютером

На рис. 2.1 представлена иерархическая структура программного и аппа­ратного обеспечения, использующегося для предоставления конечному пользова­телю возможности работы с приложениями. Конечный пользователь обычно не интересуется деталями устройства аппаратного обеспечения компьютера. Ком­пьютер видится ему как набор приложений. Приложение можно написать на ка­ком-то из языков программирования; эту задачу выполняют программисты. Ес­ли бы кто-то задумал разработать реализованную в виде набора машинных ко­манд программу, которая полностью отвечает за управление аппаратным обеспечением компьютера, то это оказалось бы слишком сложной задачей. Что­бы упростить ее, имеется набор системных программ, некоторые из которых на­зываются утилитами. С их помощью реализуются часто использующиеся функ­ции, которые помогают при создании пользовательских программ, работе с фай­лами и управлении устройствами ввода-вывода. Программист использует эти средства при разработке собственных программ, а приложения во время выпол­нения обращаются к утилитам для выполнения определенных функций. Наибо­лее важной из системных программ является операционная система, которая скрывает от программиста детали аппаратного обеспечения и предоставляет ему удобный интерфейс для использования системы. Операционная система выступа­ет в роли посредника, облегчая программисту и программным приложениям доступ к различным службам и возможностям.

Рис. 2.1. Уровни и различные точки зрения на вы­числительную систему

Приведем краткий список сервисов, предоставляемых типичными операци­онными системами.

• Разработка программ. Содействуя программисту при разработке программ,
операционная система предоставляет ему разнообразные инструменты и сервисы, например редакторы или отладчики. Обычно эти сервисы реализо­ваны в виде программ-утилит, которые поддерживаются операционной сис­темой, хотя и не входят в ее ядро. Такие программы называются инстру­ментами разработки приложений.

• Исполнение программ. Для запуска программы требуется выполнить ряд
действий. Следует загрузить в основную память команды и данные, инициализировать устройства ввода-вывода и файлы, а также подготовить дру­гие ресурсы. Операционная система выполняет всю эту рутинную работу вместо пользователя.

• Доступ к устройствам ввода-вывода. Для управления работой каждого устройства ввода-вывода нужен свой особый набор команд или контрольных
сигналов. Операционная система предоставляет пользователю единообраз­ный интерфейс, который скрывает все эти детали, и обеспечивает програм­мисту доступ к устройствам ввода-вывода с помощью простых команд чтения и записи.

• Контролируемый доступ к файлам. При работе с файлами управление со
стороны операционной системы предполагает не только глубокое понимание
природы устройств ввода-вывода (дисковода, лентопротяжного устройства),
но и знание структур данных, записанных в файлах. Многопользовательские операционные системы, кроме того, могут обеспечивать работу меха­низмов защиты при обращении к файлам.

• Системный доступ. Операционная система управляет доступом к совместно
используемой или общедоступной вычислительной системе в целом, а также к отдельным системным ресурсам. Она должна обеспечивать защиту ресур­сов и данных от несанкционированного использования, а также разрешать конфликтные ситуации.

• Обнаружение ошибок и их обработка. При работе компьютерной системы могут
происходить разнообразные сбои. К их числу относятся внутренние и внешние ошибки, возникшие в аппаратном обеспечении (например, ошибки памяти, от­каз или сбой устройств). Возможны и различные программные ошибки, такие, как арифметическое переполнение, попытка обратиться к ячейке памяти, дос­туп к которой запрещен, или невозможность в выполнения запроса приложения. В каждом из этих случаев операционная система должна выполнить действия, минимизирующие влияние ошибки на работу приложения. Реакция операци­онной системы на ошибку может быть различной — от простого сообщения об
ошибке до аварийного останова программы, вызвавшей ее.

• Учет использования ресурсов. Хорошая операционная система должна
иметь средства учета использования различных ресурсов и отображения параметров производительности. Эта информация крайне важна в любой системе, особенно в связи с необходимостью дальнейших улучшений и на­стройки вычислительной системы для повышения ее производительности.