1 Лекція 2. Призначення і функції операційної системи персонального комп'ютера МІНІСТЕРСТВО ОБОРОНИ УКРАЇНИ ПОЛТАВСЬКИЙ ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ ЗВЯЗКУ Кафедра інформатики і автоматизованих систем управління військами к.т.н., доцент Юдін О.М.

2 Навчальні питання 1. Історія розвитку операційних систем персональних комп'ютерів 2. Функції операційної системи персонального компютера

3 Перша ОС для ПК Першою операційною системою для персонального комп'ютера вважається ОС СР/М (Control program for microcomputers). Першою операційною системою для персонального комп'ютера вважається ОС СР/М (Control program for microcomputers). Вона була створена Гарі Килделом за замовленням корпорації Intel для мікрокомп'ютера на основі процесора Intel Вона була створена Гарі Килделом за замовленням корпорації Intel для мікрокомп'ютера на основі процесора Intel 8080.

4 Гарі Килдел

5 CP/M. Пізніше Килдел створив свою фірму Digital Reseach для розвитку і продажу CP/M. Пізніше Килдел створив свою фірму Digital Reseach для розвитку і продажу CP/M. Дана ОС займала лідируючі позиції протягом 5-ти років. Дана ОС займала лідируючі позиції протягом 5-ти років.

6 Експансія IBM: IBM PC IBM Personal Computer (IBM PC)

7 На кінець 1982р. IBM продала більше комп'ютерів. Персональний комп'ютер IBM мав настільки великий успіх, що газета "Time" в січні 1983 р. обрала його "Машиною року".

8 MS DOS Першою ОС для комп'ютера IBM PC стала ОС DOS/BASIC, а потім - знаменита MS DOS – продукт компанії Білла Гейтса. Першою ОС для комп'ютера IBM PC стала ОС DOS/BASIC, а потім - знаменита MS DOS – продукт компанії Білла Гейтса. Автором ОС MS DOS був Тім Патерсон, якій став першим співробітником компанії Microsoft. Автором ОС MS DOS був Тім Патерсон, якій став першим співробітником компанії Microsoft.

9 Тім Патерсон

10 Реклама ОС MS DOS v4.01

11 MS DOS Остання версія MS DOS мала номер 6.22 Остання версія MS DOS мала номер 6.22 August 1981DOS 1.0 August 1984DOS 2.0 March 1983DOS 3.0 November 1985WINDOWS 1.0 October 1986DOS 4.0 October 1987WINDOWS 2.0 December 1987OS/2 1.0 October 1988OS/2 1.1 May 1990WINDOWS 3.0 June 1991 DOS 5.0 March 1992OS/2 2.0 April 1992WINDOWS 3.1 May 1993OS/2 2.1 July 1993NT 3.1 September 1994NT 3.5 October 1994OS/2 3.0 June 1995NT 3.51 August 1995WINDOWS 95 August 1996NT 4.0 August 1996OS/2 4.0 June 1998WINDOWS 98 February 2000WINDOWS 2000 таблиця показує в який час з'являлися операційні системи для ПК від компанії

12 Інші ОС для ПК Іншими ОС для ПК були: DR DOS DR DOS PC DOS PC DOS Novell DOS Novell DOS

13 Windows 95 Кінець епохи MS DOS настав у 1995 році, коли з'явилась ОС Windows 95

14 Windows NT 4 Server На рік пізніше вийшла у світ 4 версія серверної ОС від Microsoft – Windows NT 4 Server

15 Починаючи з Windows 2000 всі ОС від Microsoft створюються на бази Windows NT

16 Windows XP На даний час більшість ПК працюють під управлінням ОС Windows ХР, яка вийшла у світ у 2001 році На даний час більшість ПК працюють під управлінням ОС Windows ХР, яка вийшла у світ у 2001 році

17 Windows Vista Продаж останньої версії Windows – Windows Vista розпочався у листопад і 2006р. Продаж останньої версії Windows – Windows Vista розпочався у листопад і 2006р. Тепер робочій стіл має бокову панель Тепер робочій стіл має бокову панель

18 Новий засіб, який має назву DreamScene, дозволяє розміщувати на робочому столі анімовані шпалери та відео зображення, наприклад, відео кліпи Відео кліп Кайлі Міноуг виконується нескінченно але без звуку. Завантаження процесору при цьому складає 10-15%

19 VISTA має новий інтерфейс користувача – AERO, який використовує можливості 3D акселератора VISTA має новий інтерфейс користувача – AERO, який використовує можливості 3D акселератора Приклад, перегляд вікон - FLIP 3D Приклад, перегляд вікон - FLIP 3D

20 Після встановлення ОС виконує оцінку індексу продуктивності системи

21 Новий вигляд має панел ь задач Новий вигляд має панел ь задач Після наведення миші на кнопку панелі задач з'являється мініатюра відповідного вікна програми Після наведення миші на кнопку панелі задач з'являється мініатюра відповідного вікна програми

22 Windows Vista Ще один приклад роботи AERO Вигляд кнопок вікна програми Прозори заголовки вікон Новий значок корзини для сміття

23 VISTA має дуже великі вимоги до апаратного забезпечення комп'ютеру Зверніть увагу на залишки від 2 Гб вільної оперативної пам'яті Вікно монітору ресурсів, з'явився контроль за помилками оперативної пам'яті Вікно монітору ресурсів, з'явився контроль за помилками оперативної пам'яті

24 Нове оригінальне представлення інформації про розділи НЖМД Нове оригінальне представлення інформації про розділи НЖМД

25

26 Тепер кожне вікно має рядок пошуку Тепер кожне вікно має рядок пошуку

27 Після завантаження ОС може бути завантажений центр попереднього настроювання Після завантаження ОС може бути завантажений центр попереднього настроювання

28 Панель управління отримала велику кількість нових можливостей

29 VISTA має вбудований брандмауер, але з дуже обмеженими можливостями настроювання його роботи VISTA має вбудований брандмауер, але з дуже обмеженими можливостями настроювання його роботи

30 Нові підходи до відображення об'єктів операційної системи папки вікна

31 Панель задач з кнопкою START Панель задач з кнопкою START Вікно центру управління мережами і загальним доступом Вікно центру управління мережами і загальним доступом Зверніть увагу на відображення поточного підключення Зверніть увагу на відображення поточного підключення

32 Головне меню. Після вибору елементу з'являється відповідне зображення Головне меню. Після вибору елементу з'являється відповідне зображення

33 Новий засіб захисту ОС, якого не було у Windows XP, що забезпечує пошук і знищення шпигунських програм Новий засіб захисту ОС, якого не було у Windows XP, що забезпечує пошук і знищення шпигунських програм

34 Альтернативні ОС FreeBSD FreeBSD LINUX LINUX

35 Питання ?

36 2. Функції операційної системи персонального компютера 2. Функції операційної системи персонального компютера

37 Функції ОС ПК - операційна система як віртуальна машина; - операційна система як віртуальна машина; - управління ресурсами; - управління ресурсами; - управління процесами; - управління процесами; - управління пам'яттю; - управління пам'яттю; - управління файлами і зовнішніми пристроями; - управління файлами і зовнішніми пристроями; - захист даних і адміністрування; - захист даних і адміністрування; - інтерфейс прикладного програмування; - інтерфейс прикладного програмування; - забезпечення взаємодії з користувачем. - забезпечення взаємодії з користувачем.

38 ОС як віртуальна машина - ОС позбавляє користувача необхідності знати, яким чином функціонують різні електронні блоки й електромеханічні вузли компютеру; - ОС надає користувачу можливість використовувати замість низкорівневих команд високорівневі, наприклад: видалити файл, змінить імя файлу, відформатувати диск, запустити програму та інші.

39 Управління ресурсами Пропускна здатність Час реакції процесори пам'ятьтаймери Набори даних зовнішні пристрої мережні пристрої Ресурси Ресурси розділяються між процесами Процес (задача) – програма в стадії виконання Процес є динамічним обєктом, основною одиницею обчислювальної роботи. Критерії ефективності управління ресурсами

40 Управління ресурсами Процес (задача) - це програма в стадії виконання Процес (задача) - це програма в стадії виконання

41 ОС як система управління ресурсами Процес це динамічний об'єкт, що виникає в операційній системі після того як користувач чи сама операційна система вирішує «запустити програму на виконання» Процес це динамічний об'єкт, що виникає в операційній системі після того як користувач чи сама операційна система вирішує «запустити програму на виконання»

42 Управління ресурсами включає рішення наступних загальних, що не залежать від типу ресурсу задач: 1. Планування ресурсу тобто визначення, якому процесу, коли й у якій кількості (якщо ресурс може виділятися частинами) варто виділити даний ресурс; 1. Планування ресурсу тобто визначення, якому процесу, коли й у якій кількості (якщо ресурс може виділятися частинами) варто виділити даний ресурс;

43 Управління ресурсами задоволення запитів на ресурси задоволення запитів на ресурси відстеження стану й облік використання ресурсу тобто підтримка оперативної інформації про те, зайнятий чи вільний ресурс і яка частка ресурсу вже розподілена; відстеження стану й облік використання ресурсу тобто підтримка оперативної інформації про те, зайнятий чи вільний ресурс і яка частка ресурсу вже розподілена; вирішення конфліктів між процесами. вирішення конфліктів між процесами.

44 Управління ресурсами Задача організації ефективного спільного використання ресурсів декількома процесами є дуже складною, і складність ця породжується в основному випадковим характером виникнення запитів на споживання ресурсів. Задача організації ефективного спільного використання ресурсів декількома процесами є дуже складною, і складність ця породжується в основному випадковим характером виникнення запитів на споживання ресурсів.

45 Управління ресурсами ОС Процес 1Процес 2Процес 3Процес N процесиресурси ПроцесориПам'ятьДані Пристрої вводу- виводу

46 Управління ресурсами У мультипрограмній системі утворюються черги заявок від програм, що одночасно виконуються до ресурсів комп'ютера, що розподіляються: процесору, сторінці пам'яті, до принтера, до диска. У мультипрограмній системі утворюються черги заявок від програм, що одночасно виконуються до ресурсів комп'ютера, що розподіляються: процесору, сторінці пам'яті, до принтера, до диска. Операційна система організує обслуговування цих черг по різних алгоритмах: у порядку надходження, на основі пріоритетів, кругового обслуговування і т.д. Операційна система організує обслуговування цих черг по різних алгоритмах: у порядку надходження, на основі пріоритетів, кругового обслуговування і т.д.

47 Управління ресурсами Аналіз і визначення оптимальних дисциплін обслуговування заявок є предметом спеціальної області прикладної математики теорії масового обслуговування. Аналіз і визначення оптимальних дисциплін обслуговування заявок є предметом спеціальної області прикладної математики теорії масового обслуговування. Ця теорія іноді використовується для оцінки ефективності тих чи інших алгоритмів управління чергами в операційних системах. Ця теорія іноді використовується для оцінки ефективності тих чи інших алгоритмів управління чергами в операційних системах.

48 Управління процесами Для кожного знову створюваного процесу ОС генерує системні інформаційні структури, що містять дані про потреби процесу в ресурсах обчислювальної системи, а також про фактично виділені йому ресурси. Для кожного знову створюваного процесу ОС генерує системні інформаційні структури, що містять дані про потреби процесу в ресурсах обчислювальної системи, а також про фактично виділені йому ресурси.

49 Управління процесами Щоб процес міг бути виконаний, операційна система повинна призначити йому область оперативної пам'яті, у якій будуть розміщені коди і дані процесу, а також надати йому необхідну кількість процесорного часу. Щоб процес міг бути виконаний, операційна система повинна призначити йому область оперативної пам'яті, у якій будуть розміщені коди і дані процесу, а також надати йому необхідну кількість процесорного часу. Крім того, процесу може, знадобитися доступ до таких ресурсів, як файли і пристрої вводу-виводу. Крім того, процесу може, знадобитися доступ до таких ресурсів, як файли і пристрої вводу-виводу.

50 Управління процесами В інформаційні структури процесу часто включаються допоміжні дані: дані, що визначають, яку частку часу процес витратив на операції вводу- виводу, а яку – на обчислення дані, що визначають, яку частку часу процес витратив на операції вводу- виводу, а яку – на обчислення поточний стан (активний чи заблокований) поточний стан (активний чи заблокований) ступінь привілейованості процесу (значення пріоритету) ступінь привілейованості процесу (значення пріоритету)

51 Управління процесами Процеси, як ми вже знаємо, розподіляються на системні і користувальницькі Процеси, як ми вже знаємо, розподіляються на системні і користувальницькі Важливою задачею операційної системи є захист ресурсів, виділених даному процесу, від інших процесів Важливою задачею операційної системи є захист ресурсів, виділених даному процесу, від інших процесів Одним з найбільш захищених ресурсів процесу, є області оперативної пам'яті, в якій зберігаються коди і дані процесу Одним з найбільш захищених ресурсів процесу, є області оперативної пам'яті, в якій зберігаються коди і дані процесу Сукупність всіх областей оперативної пам'яті, виділених операційною системою процесу, називається його адресним простором. Сукупність всіх областей оперативної пам'яті, виділених операційною системою процесу, називається його адресним простором.

52 Управління процесами Виконання процесу може бути багаторазово перерване і продовжено. Виконання процесу може бути багаторазово перерване і продовжено. Для того щоб відновити виконання процесу, необхідно відновити стан його операційного середовища. Для того щоб відновити виконання процесу, необхідно відновити стан його операційного середовища. Стан операційного середовища ідентифікується станом регістрів і програмного лічильника, режимом роботи процесора, покажчиками на відкриті файли, інформацією про незавершені операції вводу-виводу, кодами помилок виконуваних даним процесом системних викликів. Стан операційного середовища ідентифікується станом регістрів і програмного лічильника, режимом роботи процесора, покажчиками на відкриті файли, інформацією про незавершені операції вводу-виводу, кодами помилок виконуваних даним процесом системних викликів. Ця інформація називається контекстом процесу. Ця інформація називається контекстом процесу.

53 Управління процесами Операційна система бере на себе також функцій синхронізації процесів, що дозволяють процесу припиняти своє виконання до настання якої-не будь події в системі, наприклад завершення операції вводу-виводу. Операційна система бере на себе також функцій синхронізації процесів, що дозволяють процесу припиняти своє виконання до настання якої-не будь події в системі, наприклад завершення операції вводу-виводу.

54 Управління процесами Один і той же програмний файл може породити декілька процесів, що паралельно виконуються, а процес може в ході свого виконання перемінити програмний файл і почати виконувати іншу програму Один і той же програмний файл може породити декілька процесів, що паралельно виконуються, а процес може в ході свого виконання перемінити програмний файл і почати виконувати іншу програму

55 Управління пам'яттю Управління пам'яттю включає розподіл наявної фізичної пам'яті між всіма існуючими в системі в даний момент процесами, завантаження кодів і даних процесів у відведені їм області пам'яті, настроювання адресно-залежних частин кодів процесу на фізичні адреси виділеної області, а також захист областей пам'яті кожного процесу. Управління пам'яттю включає розподіл наявної фізичної пам'яті між всіма існуючими в системі в даний момент процесами, завантаження кодів і даних процесів у відведені їм області пам'яті, настроювання адресно-залежних частин кодів процесу на фізичні адреси виділеної області, а також захист областей пам'яті кожного процесу.

56 Управління пам'яттю Одним з найбільш популярних способів управління пам'яттю сучасних операційних системах являється так названа віртуальна пам'ять Одним з найбільш популярних способів управління пам'яттю сучасних операційних системах являється так названа віртуальна пам'ять Наявність в ОС механізму віртуальної пам'яті дозволяє програмісту писати програму так, начебто в його розпорядженні мається однорідна оперативна пам'ять великого обсягу, що часто істотно перевищує обсяг наявної фізичної пам'яті Наявність в ОС механізму віртуальної пам'яті дозволяє програмісту писати програму так, начебто в його розпорядженні мається однорідна оперативна пам'ять великого обсягу, що часто істотно перевищує обсяг наявної фізичної пам'яті

57 Управління пам'яттю Захист пам'яті це виборча здатність охороняти задачу, яка виконується від запису або читання пам'яті, яка призначена іншій задачі. Захист пам'яті це виборча здатність охороняти задачу, яка виконується від запису або читання пам'яті, яка призначена іншій задачі. Правильно написані програми не намагаються звертатися до пам'яті, призначеній іншим. Правильно написані програми не намагаються звертатися до пам'яті, призначеній іншим.

58 Управління файлами Файл проста неструктурована послідовність байтів, що має символьне ім'я Файл проста неструктурована послідовність байтів, що має символьне ім'я Для зручності роботи файли групуються в каталоги, що у свою чергу, утворюють групи каталоги більш високого рівня. Для зручності роботи файли групуються в каталоги, що у свою чергу, утворюють групи каталоги більш високого рівня.

59 Управління файлами Користувач може за допомогою ОС виконувати над файлами і каталогами такі дії, як пошук по імені, видалення, вивід змісту на зовнішній пристрій (наприклад, на дисплей), зміну і збереження змісту файлу. Користувач може за допомогою ОС виконувати над файлами і каталогами такі дії, як пошук по імені, видалення, вивід змісту на зовнішній пристрій (наприклад, на дисплей), зміну і збереження змісту файлу.

60 Управління зовнішніми пристроями Підсистема управління зовнішніми пристроями, яка також називається підсистемою вводу-виводу, виконує роль інтерфейсу до всіх пристроїв, підключених до комп'ютера. Підсистема управління зовнішніми пристроями, яка також називається підсистемою вводу-виводу, виконує роль інтерфейсу до всіх пристроїв, підключених до комп'ютера. Програма, що керує конкретною моделлю зовнішнього пристрою і враховує всі його особливості називають драйвером цього пристрою. Програма, що керує конкретною моделлю зовнішнього пристрою і враховує всі його особливості називають драйвером цього пристрою.

61 Управління зовнішніми пристроями Підтримка високорівневого уніфікованого інтерфейсу прикладного програмування до різнорідних пристроїв вводу-виводу є однією з найбільш важливих задач ОС Підтримка високорівневого уніфікованого інтерфейсу прикладного програмування до різнорідних пристроїв вводу-виводу є однією з найбільш важливих задач ОС З часу появи ОС UNIX такий уніфікований інтерфейс у більшості операційних систем будується на основі концепції файлового доступу З часу появи ОС UNIX такий уніфікований інтерфейс у більшості операційних систем будується на основі концепції файлового доступу

62 Управління зовнішніми пристроями Ця концепція полягає в тому, що обмін з будь-яким зовнішнім пристроєм виглядає як обмін з файлом, що має ім'я яке являє собою неструктуровану послідовність байтів. В якості файла може виступати як реальний файл на диску, так і алфавітно- цифровий термінал, друкуючий пристрій чи мережний адаптер. Ця концепція полягає в тому, що обмін з будь-яким зовнішнім пристроєм виглядає як обмін з файлом, що має ім'я яке являє собою неструктуровану послідовність байтів. В якості файла може виступати як реальний файл на диску, так і алфавітно- цифровий термінал, друкуючий пристрій чи мережний адаптер.

63 Захист даних і адміністрування На безпеку даних оказують вплив: відкази апаратури, помилки програмного забезпечення, а також несанкціонований доступ. На безпеку даних оказують вплив: відкази апаратури, помилки програмного забезпечення, а також несанкціонований доступ. Першим рубежем оборони при захисті даних від несанкціонованого доступу є процедура логічного входу. Першим рубежем оборони при захисті даних від несанкціонованого доступу є процедура логічного входу. Функції захисту ОС дуже тісно зв'язані з функціями адміністрування Функції захисту ОС дуже тісно зв'язані з функціями адміністрування

64 Захист даних і адміністрування Адміністратор визначає права доступу користувачів до того чи іншого ресурсу системи файлу, каталогу, принтеру, сканеру Адміністратор визначає права доступу користувачів до того чи іншого ресурсу системи файлу, каталогу, принтеру, сканеру Адміністратор обмежує можливості користувачів у виконанні тих чи інших системних дій Адміністратор обмежує можливості користувачів у виконанні тих чи інших системних дій

65 Захист даних і адміністрування Адміністратор може також урізати можливості користувальницького інтерфейсу, забравши, наприклад, деякі пункти з меню операційної системи, виведеного на дисплей користувача Адміністратор може також урізати можливості користувальницького інтерфейсу, забравши, наприклад, деякі пункти з меню операційної системи, виведеного на дисплей користувача Важливим засобом захисту даних є функції аудита ОС, що полягають у фіксації всіх подій, від яких залежить безпека системи Важливим засобом захисту даних є функції аудита ОС, що полягають у фіксації всіх подій, від яких залежить безпека системи

66 Захист даних і адміністрування Підтримка відмовостійкості реалізується операційною системою, як правило, на основі резервування Підтримка відмовостійкості реалізується операційною системою, як правило, на основі резервування Підтримка відмовостійкості також входить в обов'язок системного адміністратора. До складу ОС звичайно входять утиліти, що дозволяють адміністратору виконувати регулярні операції резервного копіювання для забезпечення швидкого відновлення важливих даних Підтримка відмовостійкості також входить в обов'язок системного адміністратора. До складу ОС звичайно входять утиліти, що дозволяють адміністратору виконувати регулярні операції резервного копіювання для забезпечення швидкого відновлення важливих даних

67 Інтерфейс прикладного програмування Можливості операційної системи доступні прикладному програмісту у вигляді набору функцій, що називається інтерфейсом прикладного програмування (Application Programming Interface, API). Можливості операційної системи доступні прикладному програмісту у вигляді набору функцій, що називається інтерфейсом прикладного програмування (Application Programming Interface, API). Додатки виконують звертання до функцій API за допомогою системних викликів Додатки виконують звертання до функцій API за допомогою системних викликів Спосіб реалізації системних викликів залежить від структурної організації ОС, що, у свою чергу, тісно зв'язана з особливостями апаратної платформи Спосіб реалізації системних викликів залежить від структурної організації ОС, що, у свою чергу, тісно зв'язана з особливостями апаратної платформи

68 Користувальницький інтерфейс Операційна система повинна забезпечувати зручний інтерфейс не тільки для прикладних програм, але і для людини, що працює за терміналом Операційна система повинна забезпечувати зручний інтерфейс не тільки для прикладних програм, але і для людини, що працює за терміналом Сучасні ОС підтримують розвиті функції користувальницького інтерфейсу для інтерактивної роботи за терміналами двох типів: алфавітно-цифровими і графічними. Сучасні ОС підтримують розвиті функції користувальницького інтерфейсу для інтерактивної роботи за терміналами двох типів: алфавітно-цифровими і графічними.

69 Інтерфейс користувача При роботі за алфавітно-цифровим терміналом користувач має у своєму розпорядженні систему команд При роботі за алфавітно-цифровим терміналом користувач має у своєму розпорядженні систему команд Команди можуть уводитися не тільки в інтерактивному режимі з термінала, але і зчитуватися з так званого командного файлу, що містить деяку послідовність команд Команди можуть уводитися не тільки в інтерактивному режимі з термінала, але і зчитуватися з так званого командного файлу, що містить деяку послідовність команд

70 Програмний модуль ОС, відповідальний за читання окремих команд чи послідовності команд із командного файлу, іноді називають командним інтерпретатором. Програмний модуль ОС, відповідальний за читання окремих команд чи послідовності команд із командного файлу, іноді називають командним інтерпретатором. Уведення команди може бути спрощено, якщо операційна система підтримує графічний користувальницький інтерфейс. У цьому випадку користувач для виконання потрібної дії за допомогою миші вибирає на екрані потрібний пункт меню чи графічний символ. Уведення команди може бути спрощено, якщо операційна система підтримує графічний користувальницький інтерфейс. У цьому випадку користувач для виконання потрібної дії за допомогою миші вибирає на екрані потрібний пункт меню чи графічний символ. Інтерфейс користувача

71 Питання ?

72 Література Сетевые операционные системы. /В.Н. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, с Сетевые операционные системы. /В.Н. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, с