Лекция 1. Понятие операционной системы (ОС). История развития ОС. Особенности современного этапа развития ОС Цели изучения Ввод понятия операционной системы и определение ее места в среде программного обеспечения (ПО) Знакомство с историей появления и развития ОС для определения основных тенденций развития данного класса ПО в будущем Знакомство с особенностями современного этапа развития ОС Знакомство с понятием свободного ПО, принципами его создания Краткое сравнение возможностей коммерческих и «свободных» ОС 2 Разновидности программного обеспечения Системное ПО • операционные системы • отдельные утилиты (работа с диском, файловые системы, антивирусные программы и т.д.) • системные ПО для организации работы прикладного ПО, написанного на языке высокого уровня: компиляторы, интерпретаторы, загрузчики, редакторы связей, системные библиотеки и т.д. Прикладное ПО Системы и языки программирования 3 Основные определения Операционная система компьютера представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который выполняет 2 основные функции: • эффективное управление ресурсами компьютера • создание удобного интерфейса между пользователем и компьютером История любой отрасли науки или техники позволяет: Удовлетворить естественное любопытство Глубже понять сущность основных достижений этой отрасли Осознать существующие тенденции Правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития. 5 Операционная система – наиболее близкое к аппаратуре программное обеспечение, поэтому этапы развития ОС тесно связаны с этапами развития вычислительной техники. 4 (5) поколений вычислительной техники => 4 (5) этапов в развитии ОС 6 Вопрос: На каком принципе основано разделение вычислительных машин на поколения? 7 Краткая история эволюции вычислительных систем 1-й период (1945 г. – 1955 г.) Нет Нет Ввод Ламповые разделения операционны программы с машины персонала х систем пульта Научно-исследовательская работа в области вычислительной техники Одновременн Появление Отладка ое прообразов выполнение программы с первых пульта только одной компиляторов операции 8 Одной из первых машин, для которой была разработана ОС (т.е. программа по управлению вычислительным процессом) была ЭВМ MARK I (университет в Бостоне) 9 10 11 Краткая история эволюции вычислительных систем 2-й период (1955 г. – начало 60х гг.) Начало использования ЭВМ в научных и коммерческих целях Транзисторные машины Происходит разделение персонала Бурное развитие алгоритмических языков Ввод задания с колоды перфокарт Отладка программы по изучению распечаток Пакеты заданий и системы пакетной обработки 12 Системы пакетной обработки 13 До систем пакетной обработки Задача 1 Задача 2 Задача 3 t П1 З1 П2 З2 П3 З3 Пi подготовительное время i-ой задачи 3i –заключительное время i-ой задачи 14 Системы пакетной обработки Цель - обеспечение максимальной загрузки аппаратуры Задача 3 Задача 2 Задача 1 t Подготовительное время пакета Пока одна программа выполняет операцию вводавывода, процессор не простаивает, а переключается на другую готовую к выполнению программу. Заключительное время пакета В результате достигается сбалансированная загрузка всех устройств компьютера, а, следовательно, увеличивается число задач, решаемых в единицу времени. 15 Характеристики систем пакетной обработки Достоинство: • повышение эффективности использования компьютера Недостаток: • программисты-пользователи лишились непосредственного доступа к компьютеру, что снижало эффективность их работы - внесение любого исправления требовало значительно больше времени, чем при интерактивной работе за пультом машины. 16 Краткая история эволюции вычислительных Широкое использования систем ЭВМ в научных и коммерческих целях 3-й период (начало 60х гг. – середина1970 г.) Машины на интегральных схемах Виртуальная память Интерактивная отладка программ Использование спулинга (spooling) Системы разделения времени (timesharing) Развитые файловые системы Планирование заданий Мультипрограммн ые пакетные системы Семейства ЭВМ 17 Мультипрограммирование — способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находилось одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре. В системах пакетной обработки В системах разделения времени 18 Системы разделения времени Многотерминальные системы, когда каждый пользователь работает за своим терминалом. Цель - создание для каждого отдельного пользователя иллюзии единоличного владения вычислительной машиной за счет периодического выделения каждой программе своей доли процессорного времени. Задача 3 Задача 2 Задача 1 Задача 3 Задача 2 Задача 1 t 19 Многотерминальный режим • В системах разделения времени эффективность использования оборудования ниже, чем в системах пакетной обработки, что явилось платой за удобства работы пользователя. • Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие операционные системы получили название систем удаленного ввода заданий. 20 Влияние идеи мультипрограммирования на эволюцию вычислительных систем Software Hardware Планирование заданий Защита памяти Управление памятью Сохранение контекста Сохранение контекста Планирование использования процессора Механизм прерываний Системные вызовы Средства коммуникации Средства синхронизации Привилегированные команды Изменения в аппаратной части, вызванные развитием ОС В процессорах появился привилегированный и пользовательский режимы работы Специальные регистры для быстрого переключения с одной программы на другую Средства защиты областей памяти Развитая система прерываний 22 Сетевые ОС Появились с появлением локальных сетей Выполняют все функции локальной операционной системы Обладают дополнительными средствами, позволяющими им взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров 1969 год - министерство обороны США инициировало работы по объединению суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров в единую сеть (проект АRPANЕТ). 23 Локальные сети и ОС (середина 70х годов) Широкое распространение получили мини-компьютеры, такие как РDР-11, Novа, НР. Операционные системы миникомпьютеров часто стали делать специализированными, например, только для управления в реальном времени (ОС RT-11 для миникомпьютеров РDР-11) или только для поддержания режима разделения времени (RSX-11M для тех же компьютеров). Важной вехой в истории миникомпьютеров явилось создание ОС UNIX. 24 Краткая история эволюции вычислительных систем 4-й период (с середины1970 г. – по середину 80-х) Машины на больших интегральных схемах (БИС) Персональные ЭВМ Дружественное программное обеспечение Сетевые и распределенные операционные системы Широкое использования ЭВМ в быту, в образовании, на производстве 25 Краткая история эволюции вычислительных систем 5-й период ( с середины1980 г. ) Уменьшение стоимости компьютеров и увеличение стоимости труда программиста. Возможность иметь компьютер практически каждому пользователю на рабочем столе. пользователи получают доступ к территориально распределенным компьютерам. Появление микропроцессоров Возникла концепция виртуализации ресурсов ЭВМ – создание функциональных программно моделируемых эквивалентов реального монопольного ресурса, допускающих их совместное 26 использование многими процессами 80-е годы К наиболее важным событиям этого десятилетия можно отнести: • разработку стека ТСР/IР • становление Интернета • стандартизацию технологий локальных сетей • появление персональных компьютеров и операционных систем для них (август 1981г.). 27 MS-DOS – одна из первых ОС для ПК однозадачная с интерфейсом командной строки однопользовательская способная стартовать с дискеты имеющая в UNIXподобную иерархическую файловую систему 28 Другие известные операционные системы для персональных компьютеров в 80-е годы ОС NetWare (компании Novell) OS/2 (компании Microsoft и IВМ) 29 Особенности ОС в 90-е годы Многозадачные (принцип мультипрограммирования) Многопользовательские Имеют графический интерфейс Имеют встроенную поддержку сети Поддержка работы в Internet (компьютер превратился из чисто вычислительного устройства в средство коммуникаций с развитыми вычислительными возможностями) 30 Лидеры среди операционных систем в настоящий момент Системы семейства Windows Системы, построенные на принципах UNIX 31 Операционные системы, построенные на принципах UNIX коммерческие версии (с закрытым кодом) свободнораспрос траняемое ПО (с открытым кодом) 32 Коммерческие версии UNIX AIX (Для специализированного оборудования IBM, ориентир. на рынок серверов) HP-UX (Для специализ. оборудования Hewlett Packard) IRIX (Большинство граф. раб. станций фирмы Silicon Graphics работает под управлением этой ОС) Digital UNIX (Для процессоров Alpha) Solaris (Используется в серверных платформах (процессоры SPARC) ) 33 Некоммерческое «UNIX-подобное» программное обеспечение Linux FreeBSD 34 Свободное ПО (лицензия GNU) Свобода запускать программу в любых целях (свобода 0) Свобода изучения работы программы и адаптация ее к вашим нуждам (свобода 1). Доступ к исходным текстам является необходимым условием. Свобода распространять копии (свобода 2). Свобода улучшать программу и публиковать ваши улучшения (свобода 3). Доступ к исходным текстам является необходимым условием. 35 Версии ОС Linux Red Hat Ubuntu Debian Mandriva Slackware Mageia Fedora 36 FreeBSD занимает 2 место в мире среди систем с открытым кодом. Участники проекта FreeBSD разделены на 3 группы: • Контрибьюторы ( contributors) - те, кто пишет код или документацию, но не имеет права вносить изменения непосредственно в код разработки (около 4000 человек) • Коммитеры ( commiters) - участники группы разработки, имеющие право изменения (около 400 человек) • Core Team - группа людей, управляющих деятельностью разработчиков FreeBSD (9 человек) 37 Операционные системы, родственные FreeBSD NetBSD (кроссплаформенно сть) OpenBSD (повышенная безопасность) 38 Mac OS Только для ПК фирмы apple Приложение dashboard ( аналог active desktop в windows) Улучшенные графические и мультимедиа возможности Улучшенная система поиска информации (spotlight) Улучшенные коммуникационные возможности Улучшенная Совместимость (в том числе возможен обмен файлами с другими операционными системами) 39
