операционные системы можно классифицировать
Популярная классификация операционных систем
Вступление
Теперь все мы (человечки), теперь уже почти с пелёнок, знаем термин «операционная система». Ловко козыряем словечками Виндовс и Андроид. Однако чаще не знаем, на уровне пользователя точно, что есть классификация операционных систем по самым различным характеристикам и параметрам. Исправим эту ситуацию в этой информационной статье.
Что такое операционные системы
Операционная система это базовое программное обеспечение компьютеров, которое обеспечивает интерфейс между компьютерными программами и оборудованием.
Также операционная система — это программная платформа поверх прикладных программ, которые помогают пользователям выполнять типичные функции, такие как создание текста, просмотр видео и т.д.
Ваш выбор операционной системы определяет какие приложения, вы сможете запустить на своём компьютере.
Основные функции ОС это управление ресурсами машины, координация оборудования и организация файлов и каталогов на устройствах хранения.
Классификация операционных систем
Операционные системы можно классифицировать следующим образом:
Многопользовательские: те, которые позволяет двум или более пользователям использовать свои программы одновременно. Некоторые ОС допускают одновременное использование сотнями или даже тысячами пользователей.
Одно пользовательские: позволяет использовать программы только одному пользователю.
Многопроцессорные: поддерживают открытие одной и той же программы на нескольких процессорах.
Многозадачные: позволяют запускать несколько программ одновременно.
Однозадачные: позволяет одновременно запускать разные части одной программы.
Работающие в реальном времени: мгновенно реагирует на ввод: например, QNX и ЦОС.
Системы со средним временем реакции: Unix, DOS.
Оси которые не гарантирует определенное время реакции: например в Windows допустима потеря события.
Классификация по функциям операционных систем
Операционная система выполняет несколько функций:
Управление процессами: Операционная система управляет процессами распределения между программами, используя алгоритм программирования.
Оперативная память управления: Операционная система управляет объемом памяти, выделенным для каждого приложения и каждого пользователя, если это необходимо.
Когда физической памяти недостаточно, ОС создает на жестком диске область памяти, называемую «виртуальной памятью». Виртуальная память позволяет запускать приложения, которым требуется объем памяти, превышающий объем доступной оперативной памяти в системе. Однако эта память намного медленнее.
Управление вводом/выводом: Операционная система используется для унификации и контроля доступа к программам материальных ресурсов через драйверы. Также известные как администраторы периферийных устройств или устройств ввода вывода.
Приложения для управления исполнением: ОС обеспечивает бесперебойную работу приложений, выделяя ресурсы, необходимые для их работы.
Органы управления: ОС несет ответственность за безопасность связанную с выполнением программ, гарантируя вам, что ресурсы используются только для программ и пользователей с соответствующими полномочиями.
Управление файлами: ОС управляет всеми записями и их чтением в файловой системе, а также правами доступа к файлам и пользовательским приложениям. Файловая система, позволяет записывать файлы в древовидной структуре.
Управление информацией: ОСь предоставляет сотни индикаторов, которые можно использовать для диагностики работы оборудования.
Классификация операционных систем по компонентам
Система состоит из набора программного обеспечения (ПО), которое можно использовать для управления взаимодействием с оборудованием. В этот набор ПО обычно входят следующие элементы:
Ядро: это основные функции операционной системы, такие как управление памятью, процессы, файлы, входы основные выходы и функции связи.
Оболочка: обеспечивает связь с операционной системой через язык управления, позволяя пользователю управлять устройством, не зная характеристик оборудования, управления физическими адресами и т. д.
Первая операционная система была разработана IBM молодым человеком по имени Билл Гейтс. Она могла работать на разных компьютерах от разных производителей и называлась DOS. DOS была просто текстовым экраном с командной строкой, которая сообщала нам о каталоге и ждала от нас руководства. Вы должны были «знать», что писать, чтобы машина «что-то делала». Не было контекстного меню и графических дисплеев, которые могли бы нам помочь.
Вначале только люди, обладающие большими компьютерными знаниями, могли пользоваться компьютерами.
В 80-е годы появляются системы Mac OS и MS-DOS, Windows. Экспоненциальный рост пользователей, большинство из которых не знают языков программирования, начался в 80-х годах. Приоритетом разработки операционной системы стала простота использования, что привело к появлению первых пользовательских интерфейсов.
Macintosh это имя, под которым мы в настоящее время называем любой персональный компьютер, спроектированный, разработанный, построенный и продаваемый Apple Inc.
Macintosh 128K был выпущен 22 июля 1984 г. и был первым успешно проданным персональным компьютером, в котором использовались графический интерфейс и мышь, вместо интерфейса с командной строкой.
Графический интерфейс пользователя использует среду WIMP (windows, icons, menus and pointer – окна, значки, меню и указатель). Фон экрана стал называться рабочим столом и содержать изображения, называемые иконками.
В 1984 году Apple выпустила Macintosh — первый компьютер с мышью и графическим пользовательским интерфейсом (GUI — graphical user interface, графический пользовательский интерфейс).
Несколько лет спустя Microsoft запустил Windows, еще одну операционную систему, основанную на графике и интуитивно понятных инструментах.
Список для классификации операционных систем
Майкрософт Виндовс
Microsoft Windows это серия программных операционных систем, основанных на графических пользовательских интерфейсах, разработанных Microsoft.
Различные версии Windows: Windows 1.0/2.0/3.0/95/98/XP/Vesta/7/10.
Mac OS
Mac OS это операционная система, разработанная Apple Computer Inc. Macintosh пользуется популярностью, потому что графический пользовательский интерфейс, был неотъемлемой частью системного программного обеспечения, впервые представленного в 1984 году.
Mac OS можно разделить на два семейства:
Он был разработан в 1969 году группой сотрудников AT&T Bell Labs. UNIX была разработана на ассемблере, но 1973 год был почти полностью переписан на C, что облегчило их разработку и переход на другое оборудование. Эта операционная система используется на мэйнфреймах и рабочих станциях корпоративных установок.
Linux
Linux берет свое начало от UNIX. Он был разработан в шестидесятых годах сотрудниками из AT&T Bell Labs.
Linux можно установить на любой компьютер, независимо от оборудования. Эта операционная система является ведущей серверной операционной системой и может работать с 10 самыми быстрыми суперкомпьютерами в мире. Самое лучшее в этой системе — это невозможность заражения вирусами и полная бесплатность.
Мобильные операционные системы
Мобильная ОС это операционная система, которая контролирует мобильные устройства. Созданы различные системы для мобильных телефонов:
Заключение
Итак, классификация операционных систем: для мобильных устройств и настольных компьютеров, для домашнего и офисного использования, для установки на индивидуальные компьютеры и рабочие станции.
Архитектура, назначение и функции операционных систем
1.6. Классификация операционных систем
Все многообразие существующих (и ныне не использующихся) ОС можно классифицировать по множеству различных признаков. Остановимся на основных классификационных признаках.
По назначению ОС делятся на универсальные и специализированные. Специализированные ОС, как правило, работают с фиксированным набором программ (функциональных задач). Применение таких систем обусловлено невозможностью использования универсальной ОС по соображениям эффективности, надежности, защищенности и т.п., а также вследствие специфики решаемых задач [10].
Универсальные ОС рассчитаны на решение любых задач пользователей, но, как правило, форма эксплуатации вычислительной системы может предъявлять особые требования к ОС, т.е. к элементам ее специализации.
Поддержка многозадачности (многопрограммности). По числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на 2 класса: однопрограммные (однозадачные) – например, MS-DOS, MSX, и многопрограммные (многозадачные) – например, ОС ЕС ЭВМ, OS/360, OS/2, UNIX, Windows разных версий.
Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся: на однопользовательские (MS-DOS, Windows 3х, ранние версии OS/2) и многопользовательские (UNIX, Windows NT/2000/2003/XP/Vista).
Главное отличие многопользовательских систем от однопользовательских – наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что может быть однопользовательская мультипрограммная система.
Виды многопрограммной работы. Специфику ОС во многом определяет способ распределения времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или потоками). По этому признаку можно выделить 2 группы алгоритмов: не вытесняющая многопрограммность (Windows3.x, NetWare) и вытесняющая многопрограммность (Windows 2000/2003/XP, OS/2, Unix).
В первом случае активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдает управление операционной системе. Во втором случае решение о переключении процессов принимает операционная система. Возможен и такой режим многопрограммности, когда ОС разделяет процессорное время между отдельными ветвями (потоками, волокнами) одного процесса.
Многопроцессорная обработка. Важное свойство ОС – отсутствие или наличие средств поддержки многопроцессорной обработки. По этому признаку можно выделить ОС без поддержки мультипроцессирования (Windows 3.x, Windows 95) и с поддержкой мультипроцессирования (Solaris, OS/2, UNIX, Windows NT/2000/2003/XP).
Многопроцессорные ОС классифицируются по способу организации вычислительного процесса на асимметричные ОС (выполняются на одном процессоре, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам) и симметричные ОС (децентрализованная система).
Первые предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Критерий создания таких ОС – максимальная пропуская способность при хорошей загрузке всех ресурсов компьютера. В таких системах пользователь отстранен от компьютера.
Системы разделения времени обеспечивают удобство и эффективность работы пользователя, который имеет терминал и может вести диалог со своей программой.
Системы реального времени предназначены для управления техническими объектами (станок, спутник, технологический процесс, например доменный и т.п.), где существует предельное время на выполнение программ, управляющих объектом.
1.7. Эффективность и требования, предъявляемые к ОС
Эффективность. Под эффективностью вообще любой технической (да и не только технической) системы понимается степень соответствия системы своему назначению, которая оценивается некоторым множеством показателей эффективности [10].
Поскольку ОС представляет собой сложную программную систему, она использует для собственных нужд значительную часть ресурсов компьютера. Часто эффективность ОС оценивают ее производительностью (пропускной способностью) – количеством задач пользователей, выполняемых за некоторый промежуток времени, временем реакции на запрос пользователя и др.
На все эти показатели эффективности ОС влияет много различных факторов, среди которых основными являются архитектура ОС, многообразие ее функций, качество программного кода, аппаратная платформа (компьютер) и др.
Надежность и отказоустойчивость. Операционная система должна быть, по меньшей мере, так же надежна, как компьютер, на котором она работает. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних сбоев и отказов. В случае ошибки в программе или аппаратуре система должна обнаружить ошибку и попытаться исправить положение или, по крайней мере, постараться свести к минимуму ущерб, нанесенный этой ошибкой пользователям.
Надежность и отказоустойчивость ОС, прежде всего, определяются архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также отлаженностью программного кода (основные отказы и сбои ОС в основном обусловлены программными ошибками в ее модулях). Кроме того, важно, чтобы компьютер имел резервные дисковые массивы, источники бесперебойного питания и др., а также программную поддержку этих средств.
Безопасность (защищенность). Ни один пользователь не хочет, чтобы другие пользователи ему мешали. ОС должна защищать пользователей и от воздействия чужих ошибок, и от попыток злонамеренного вмешательства (несанкционированного доступа). С этой целью в ОС как минимум должны быть средства аутентификации – определения легальности пользователей, авторизации – предоставления легальным пользователям установленных им прав доступа к ресурсам, и аудита – фиксации всех потенциально опасных для системы событий.
Свойства безопасности особенно важны для сетевых ОС. В таких ОС к задаче контроля доступа добавляется задача защиты данных, передаваемых по сети.
Следует заметить, что в зависимости от области применения конкретной операционной системы может изменяться и состав предъявляемых к ней требований.
Производители могут предлагать свои ОС в различных, различающихся ценой и производительностью, конфигурациях. Например, Microsoft продает [10]:
Платформа в информационных технологиях
2.2. Операционные системы как составная часть платформы
Операционные системы (ОС) являются важной составной частью платформы в ИТ. Они отражают как развитие аппаратных средств, так и стремление разработчиков улучшить функциональные характеристики, повысить степень комфортности ОС по отношению к пользователям.
Операционная система выполняет функции автоматического управления рядом подсистем персонального компьютера и предоставляет готовые процедуры управления его внутренними и внешними ресурсами, т. е. операционная система является некоей автоматической системой управления работой и ресурсами компьютера, повышающей удобство и эффективность его использования.
Каждый персональный компьютер (аппаратная платформа) обязательно комплектуется операционной системой, для которой создается свой набор прикладных решений (приложений, прикладных программ).
В процессе развития большинство операционных систем модифицируются и совершенствуются в направлении исправления ошибок и включения новых возможностей. В целях сохранения преемственности новая модификация операционной системы не переименовывается, а приобретает название версии.
На одной и той же аппаратной платформе могут функционировать различные операционные системы, имеющие разную архитектуру и возможности. Однако при этом следует учитывать, что различные ОС представляют разную степень сервиса для программирования и работы с прикладными программами пользователей. Кроме того, для их работы необходимы различные ресурсы оперативной памяти.
Современные операционные системы можно классифицировать по различным признакам, представленным в табл. 2.1.
В целом функции, выполняемые операционными системами разных классов и видов, достаточно схожи и направлены на обеспечение поддержки работы прикладных программ, организацию их взаимодействия с устройствами, предоставление пользователям возможности работы в сетях, а также управление функционированием персонального компьютера. Поэтому при выборе операционной системы пользователь должен четко представлять, насколько та или иная ОС обеспечит ему решение его задач.
Чтобы выбрать ту или иную операционную систему, необходимо знать:
Введение в операционные системы
Операционная система (operating system ) – комплекс программ, предоставляющий пользователю удобную среду для работы с компьютерным оборудованием.
Операционная система позволяет запускать пользовательские программы; управляет всеми ресурсами компьютерной системы – процессором (процессорами), оперативной памятью, устройствами ввода вывода; обеспечивает долговременное хранение данных в виде файлов на устройствах внешней памяти; предоставляет доступ к компьютерным сетям.
Для более полного понимания роли операционной системы рассмотрим составные компоненты любой вычислительной системы (рис.1.1).
Взаимодействие всех программ с операционной системой осуществляется при помощи системных вызовов ( system calls) – запросов программ на выполнение операционной системой необходимых действий. Набор системных вызовов образует API – Application Programming Interface ( интерфейс прикладного программирования).
Далее рассмотрим, какие функции должны выполнять современные операционные системы.
Функции операционной системы
К основным функциям, выполняемым операционными системами, можно отнести:
Структура операционной системы
Перед изучением структуры операционных систем следует рассмотреть режимы работы процессоров.
Современные процессоры имеют минимум два режима работы – привилегированный (supervisor mode) и пользовательский (user mode).
Отличие между ними заключается в том, что в пользовательском режиме недоступны команды процессора, связанные с управлением аппаратным обеспечением, защитой оперативной памяти, переключением режимов работы процессора. В привилегированном режиме процессор может выполнять все возможные команды.
Приложения, выполняемые в пользовательском режиме, не могут напрямую обращаться к адресным пространствам друг друга – только посредством системных вызовов.
Все компоненты операционной системы можно разделить на две группы – работающие в привилегированном режиме и работающие в пользовательском режиме, причем состав этих групп меняется от системы к системе.
Основным компонентом операционной системы является ядро (kernel). Функции ядра могут существенно отличаться в разных системах; но во всех системах ядро работает в привилегированном режиме (который часто называется режим ядра, kernel mode).
Термин «ядро» также используется в разных смыслах. Например, в Windows термин «ядро» (NTOS kernel) обозначает совокупность двух компонентов – исполнительной системы (executive layer) и собственно ядра (kernel layer) [12].
Существует два основных вида ядер – монолитные ядра (monolithic kernel) и микроядра (microkernel). В монолитном ядре реализуются все основные функции операционной системы, и оно является, по сути, единой программой, представляющей собой совокупность процедур [6]. В микроядре остается лишь минимум функций, который должен быть реализован в привилегированном режиме: планирование потоков, обработка прерываний, межпроцессное взаимодействие. Остальные функции операционной системы по управлению приложениями, памятью, безопасностью и пр. реализуются в виде отдельных модулей в пользовательском режиме.
Ядра, которые занимают промежуточные положение между монолитными и микроядрами, называют гибридными (hybrid kernel).
Примеры различных типов ядер:
Обсуждение того, к какому типу относится ядро Windows NT, приведено в [5; 2]. В [2] говорится о том, что Windows NT имеет монолитное ядро, однако, поскольку в Windows NT имеется несколько ключевых компонентов, работающих в пользовательском режиме (например, подсистемы окружения и системные процессы – см. Лекцию 4 «Архитектура Windows»), то относить Windows NT к истинно монолитным ядрам нельзя, скорее к гибридным.
Кроме ядра в привилегированном режиме (в большинстве операционных систем) работают драйверы (driver) – программные модули, управляющие устройствами.
В состав операционной системы также входят:
Пользовательские оболочки реализуют один из двух основных видов пользовательского интерфейса:
Пример реализации текстового интерфейса в Windows – интерпретатор командной строки cmd.exe; пример графического интерфейса – Проводник Windows (explorer.exe).
Классификация операционных систем
Классификацию операционных систем можно осуществлять несколькими способами.
Требования к операционным системам
Основное требование, предъявляемое к современным операционным системам – выполнение функций, перечисленных выше в параграфе «Функции операционных систем». Кроме этого очевидного требования существуют другие, часто не менее важные [3]:
Резюме
В этой лекции приведено определение операционной системы, представлены виды программного обеспечения, рассмотрены функции и структура операционной системы. Особое внимание уделено понятию «ядра». Также приведены различные способы классификации операционных систем и требования, предъявляемые к современным операционным системам.
В следующей лекции будет представлен обзор операционных систем Microsoft Windows.
Операционные системы
3.5. Классификация операционных систем
Все многообразие существующих (и ныне не использующихся) ОС можно классифицировать по множеству различных признаков. Остановимся на основных классификационных признаках.
По назначению ОС делятся на универсальные и специализированные. Специализированные ОС, как правило, работают с фиксированным набором программ (функциональных задач). Применение таких систем обусловлено невозможностью использования универсальной ОС по соображениям эффективности, надежности, защищенности и т. п., а также вследствие специфики решаемых задач [13].
Универсальные ОС рассчитаны на решение любых задач пользователей, но, как правило, форма эксплуатации вычислительной системы может предъявлять особые требования к ОС, т. е. к элементам ее специализации.
Поддержка многозадачности (многопрограммности). По числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на 2 класса: однопрограммные (однозадачные), например, MS-DOS, MSX, и многопрограммные (многозадачные), например, ОС ЕС ЭВМ, OS/360, OS/2, UNIX, Windows разных версий.
Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на однопользовательские (MS-DOS, Windows 3х, ранние версии OS/2) и многопользовательские (UNIX, Windows NT/2000/2003/XP/Vista).
Главное отличие многопользовательских систем от однопользовательских – наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа других пользователей. Следует заметить, что может быть однопользовательская мультипрограммная система.
Виды многопрограммной работы. Специфику ОС во многом определяет способ распределения времени между несколькими одновременно существующими в системе процессами (или потоками). По этому признаку можно выделить 2 группы алгоритмов: не вытесняющая многопрограммность (Windows3.x, NetWare) и вытесняющая многопрограммность (Windows 2000/2003/XP, OS/2, Unix).
В первом случае активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдает управление операционной системе. Во втором случае решение о переключении процессов применяет операционная система. Возможен и такой режим многопрограммности, когда ОС разделяет процессорное время между отдельными ветвями (потоками, волокнами) одного процесса.
Многопроцессорная обработка. Важное свойство ОС – отсутствие или наличие средств поддержки многопроцессорной обработки. По этому признаку можно выделить ОС без поддержки мультипроцессирования (Windows 3.x, Windows 95) и с поддержкой мультипроцессирования (Solaris, OS/2, UNIX, Windows NT/2000/2003/XP).
Многопроцессорные ОС классифицируются по способу организации вычислительного процесса на асимметричные ОС (выполняются на одном процессоре, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам) и симметричные ОС (децентрализованная система).
По области использования и форме эксплуатации. Обычно здесь выделяют три типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:
Первые предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Критерий создания таких ОС – максимальная пропуская способность при хорошей загрузке всех ресурсов компьютера. В таких системах пользователь отстранен от компьютера.
Системы разделения времени обеспечивают удобство и эффективность работы пользователя, который имеет терминал и может вести диалог со своей программой.
Системы реального времени предназначены для управления техническими объектами (станок, спутник, технологический процесс, например доменный, и т. п.), где существует предельное время на выполнение программ, управляющих объектом.
3.6. Эффективность и требования, предъявляемые к ОС
Эффективность. Под эффективностью вообще любой технической (да и не только технической) системы понимается степень соответствия системы своему назначению, которая оценивается некоторым множеством показателей эффективности [13].
Поскольку ОС представляет собой сложную программную систему, она использует для собственных нужд значительную часть ресурсов компьютера. Часто эффективность ОС оценивают ее производительностью (пропускной способностью) – количеством задач пользователей, выполняемых за некоторый промежуток времени, временем реакции на запрос пользователя и др.
На все эти показатели эффективности ОС влияет много различных факторов, среди которых основными являются архитектура ОС, многообразие ее функций, качество программного кода, аппаратная платформа (компьютер) и др.
Надежность и отказоустойчивость. Операционная система должна быть, по меньшей мере, так же надежна, как компьютер, на котором она работает. Система должна быть защищена как от внутренних, так и от внешних, сбоев и отказов. В случаи ошибки в программе или аппаратуре система должна обнаружить ошибку и попытаться исправить положение или, по крайней мере, постараться свести к минимуму ущерб, нанесенный этой ошибкой пользователям.
Надежность и отказоустойчивость ОС, прежде всего, определяются архитектурными решениями, положенными в ее основу, а также отлаженностью программного кода (основные отказы и сбои ОС в основном обусловлены программными ошибками в ее модулях). Кроме того, важно, чтобы компьютер имел резервные дисковые массивы, источники бесперебойного питания и др., а также программную поддержку этих средств.
Безопасность (защищенность). Ни один пользователь не хочет, чтобы другие пользователи ему мешали. ОС должна защищать пользователей и от воздействия чужих ошибок, и от попыток злонамеренного вмешательства (несанкционированного доступа). С этой целью в ОС как минимум должны быть средства аутентификации – определения легальности пользователей, авторизации – предоставления легальным пользователям установленных им прав доступа к ресурсам, и аудита – фиксации всех потенциально опасных для системы событий.
Свойство безопасности особенно важно для сетевых ОС. В таких ОС к задаче контроля доступа добавляется задача защиты данных, передаваемых по сети.
Следует заметить, что в зависимости от области применения конкретной операционной системы может изменяться и состав предъявляемых к ней требований.
Производители могут предлагать свои ОС в различных, различающихся ценой и производительностью конфигурациях. Например, Microsoft продает [13]: