Классификация операционных систем

В основе классификация операционных систем лежат следующий принцип:

количество процессов, пользователей и ЭВМ, обслуживаемых операционной системой одновременно.

Рис. 2.1 - Классификация операционных систем

Наиболее простыми являются однозадачные ОС, т.е.
такие, которые позволяют держать в памяти и выполнять одновременно
только одну задачу. Примером такой операционной системы является DOS.

Многозадачные ОС позволяют параллельно выполнять несколько задач, распределяя между ними ресурсы компьютера. Если между задачами делится только оперативная память, но не процессорное время, то многозадачность называется условной, так как реально работает только одна активная задача, остальные ждут или ее завершения, или внешней команды на переключение (активизации) другой задачи. Впервые многозадачный режим был реализован в ОС Windows З.х.

Истинная многозадачность подразумевает распределение
пpoцecсopного времени между задачами во время их выполнения па основе
вытесняющего или не вытесняющего переключения. В последнем слуге
переключение на новую задачу происходит как бы по инициативе
выполняемой задачи - в моменты освобождения процессора. Первым примером таких OC является Windows 9х.

Вытесняющая многозадачность - это когда решение о переключении
на другую задачу принимает сама ОС. Например, на основе квантования (распределения) процессорного времени между выполняемыми процессами. Такая возможность реализована начиная с Windows NT, в UNIX, ОС/2.

Если однопользовательские OC могут быть как одно, так и много многозадачными, то многопользовательские ОС - только многозадачными. На эти операционные системы ложится функции обеспечения разграничения доступа к данным по приоритетам и паролям пользователей. Чacтo таим OC
приходится вести учет потребленных ресурсов каждым пользователем (например, в случаях использования ЭВМ на коммерческой основе).

Иногда многопользовательские ОС применяются для обслуживания
программ, управляющих некоторыми технологическими процессами или
внешними устройствами. В этом случае время реакции на сигналы от этих
устройств может быть критическим параметром. ОС должна обеспечить
управление внешним процессом в "реальном" времени, т.е обработка
поступающей информации и управляющее воздействие должны выполняться
быстрее, чем реально протекающий процесс. Такие ОС носят название систем реального времени.

Требования к повышению быстродействия компьютера привело к появлению машин, содержащих не один, а несколько процессоров. Однако, недостаточно установить па материнскую плату ряд процессоров. Необходимо обеспечить их работой, расщепляя выполнение задачи или нескольких задач между процессорами. Эти функции также ложатся на операционную систему.

Примерами таких ОС являются Windows 2000, Solaris 2.х (UNIX), NetWаre-4.l и другие

Операционная среда

Операционная система выполняет функции управления вычислительными процессами в вычислительной системе, распределяет ресурсы вычислительной системы между различными вычислительными процессами и образует программную среду, в которой выполняются прикладные программы пользователя. Такая среда называется операционной.

Любая программа имеет дело с некоторыми исходными данными, которые она обрабатывает и порождает выходные данные. В абсолютном большинстве случаев исходные данные попадают в оперативную память. Результаты вычислений также выводятся на внешние устройства. Одной из важных задач, решаемых операционной системой, являются операции ввода/вывода. Набор операций называется операционной средой.

Прерывания

Прерывания — это сигналы, при поступлении которых нормальная последовательность выполнения программы может быть прервана. При этом система запоминает информацию, необходимую для возобновления работы прерванной программы, и передает управление подпрограмме обработки прерывания. По завершению обработки, как правило, управление возвращается прерванной программе.

Все прерывания можно разделить на три основных типа:

1. Аппаратные прерывания от периферийных устройств

2. Внутренние аппаратные прерывания.

3. Программные прерывания.

При возникновении аппаратных прерываний аппаратура компьютера по номеру прерывания определяет адрес подпрограммы обработки и вызывает ее.

Программные прерывания вызываются выполнением специальной команды. В большинстве современных ОС программные прерывания используются при вызове системных функций из прикладной программы.

Одним из важнейших источников прерываний являются периферийные устройства. Как правило, устройство генерирует сигнал прерывания в одном из двух случаев:

1) при переходе в состояние готовности;

2) при возникновении ошибки выполнения операции.

Состояние готовности - это такое состояние устройства, в котором оно готово принять и выполнить команды от процессора. Для устройства ввода готовность означает наличие в устройстве данных, которые могут быть переданы в процессор. Например, клавиатура переходит в состояние "Готово" при нажатии клавиши. Для устройства вывода готовность - это возможность принять от процессора данные, которые следует вывести. Например, матричный принтер принимает символы, которые нужно напечатать. Если буфер принтера заполнен, он переходит в состояние "Не готово" до тех пор, когда часть символов будет напечатана и в буфере освободится место.

Дисковый накопитель при начале выполнения новой операции "чтения или записи" на диск переходит в состояние "Не готово", а после завершения операции возвращается в состояние "Готово". Переход устройств в состояние "Готово" - это повод для устройства напомнить о себе процессору.

Ошибка операции также требует вмешательства системы или пользователя. Например, при ошибке отсутствия бумаги в лотке принтера система должна оповестить об этом пользователя; при ошибке чтения с диска либо система, либо пользователь должен решить, что делать: повторить операцию, завершить программу или продолжить выполнение.

Не каждое устройство генерирует прерывания. Например, монитор ПК не выдает прерываний: он всегда готов, т.е. всегда может принять данные для отображения, и он никогда не ошибается.