ZCub

Функции ОС

Функции ОС обычно группируются либо в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам вычислительной системы. Такие группы именуются подсистемами. Наиболее важные – это подсистемы управления процессами, памятью, файлами и внешними устройствами, а подсистемами, общими для всех ресурсов, являются подсистемы пользовательского интерфейса, защиты данных и администрирования. Рассмотрим возложенные на них основные задачи.

Подсистема управления процессами генерирует системные информационные структуры, содержащие данные о потребностях в ресурсах вычислительной системы, а также о фактически выделенных ресурсах для каждой задачи. Процесс  (задача) – представляет собой базовое понятие современных ОС и часто кратко определяется как программа в стадии выполнения. Программа – это статический объект, представляющий собой файл с кодами и данными, процесс является динамическим объектом, который возникает в операционной системе после того, как пользователь или ОС решает запустить программу на выполнение. Во многих современных ОС для обозначения минимальной единицы работы ОС используют термин “нить”, или “поток”, при этом изменяется суть термина “процесс”.

В мультипрограммной ОС одновременно может существовать несколько процессов, часть из которых, называемая пользовательскими процессами, порождается по инициативе пользователей. Другие процессы инициализируются самой ОС для выполнения своих функций и называются  системными.

Поскольку процессы довольно часто одновременно претендуют на одни и те же ресурсы вычислительной системы, на ОС ложится задача поддержания очередей заявок на такие ресурсы.

ОС берет на себя также функции синхронизации процессов, позволяющие процессу приостанавливать свое выполнение до наступления какого-либо события в системе, которым может быть, например, завершение операции ввода-вывода, осуществляемой ОС по его запросу.

На подсистему управления памятью возложены очень важные функции, поскольку процесс может выполняться только в том случае, если его коды и данные находятся в оперативной памяти компьютера. Управление памятью включает в себя распределение имеющейся в вычислительной системе физической памяти между всеми существующими в данный момент в системе процессами, загрузку кодов и данных процессов в отведенные им области памяти, настройку адресно-зависимых частей кодов процесса на физические адреса выделенной области, а также защиту областей памяти каждого процесса. Одним из наиболее популярных способов управления памятью в современных ОС является так называемая виртуальная память. Наличие в ОС механизма виртуальной памяти позволяет программисту писать программу так, как будто в его распоряжении имеется однородная оперативная память большого объема, часто существеннопревышающего объем имеющейся физической памяти.

Защита памяти – это избирательная способность предохранять выполняемую задачу от операций записи или чтения памяти, назначенной другой задаче. Правильно написанные программы не делают некорректных попыток обратиться к памяти, используемой другими программами. Однако вследствие того, что в реальных программах часто содержатся ошибки, такие попытки могут предприниматься. Средства защиты памяти, реализованные в ОС, должны пресекать несанкционированный доступ процессов к чужим областям памяти.

Способность ОС к “экранированию” сложностей реальной аппаратуры ярко проявляется в одной из основных подсистем ОС – файловой системе. ОС виртуализирует отдельный набор данных, хранящихся на внешнем накопителе, в виде файла – простой неструктурированной последовательности байтов, имеющей символьное имя. Для удобства работы с данными файлы группируются в каталоги, которые, в свою очередь, образуют группы – каталоги более высокого уровня. Пользователь, применяя средства ОС, может выполнять над файлами и каталогами такие действия, как поиск по имени, удаление, вывод содержимого на внешнее устройство, изменение и сохранение содержимого.

Подсистема управления внешними устройствами, называемая также подсистемой ввода-вывода, является интерфейсом ко всем устройствам, подключенным к компьютеру. Множество этих устройств очень велико. Номенклатура выпускаемых накопителей на жестких, гибких и оптических дисках принтеров, сканеров, мониторов, плоттеров, модемов, сетевых адаптеров и специализированных устройств ввода-вывода (например, аналого-цифровых преобразователей, устройств считывания шрих-кода и т.д.) насчитывает тысячи моделей. Эти модели отличаются набором и последовательностью команд, используемых для обмена информацией с процессором и памятью компьютера, скоростью работы, кодировкой передаваемых данных, возможностью совместного использования, поддерживаемыми функциональными возможностями и множеством других деталей. Программа, управляющая конкретной моделью внешнего устройства и учитывающая все его особенности, называется драйвером этого устройства (от англ. drive – управлять).

Драйвер может управлять единственной моделью устройства или же группой устройств определенного типа. Для конечного пользователя важное значение имеет наличие в ОС как можно большего количества разнообразных драйверов (для широкого спектра устройств), поскольку это гарантирует возможность подключения к компьютеру большого числа внешних устройств различных производителей. От наличия подходящих драйверов во многом зависит успех ОС на рынке. Так, отсутствие многих необходимых драйверов внешних устройств было одной из причин низкой популярности ОС OS/2 и ранних версий Windows NT. Поэтому, прежде чем выпускать на рынок новую ОС, разработчики стараются включить в ее состав драйверы для поддержки самого разного имеющегося в продаже оборудования. Созданием драйверов занимаются как разработчики конкретной ОС, так и специалисты компаний, выпускающих внешние устройства. ОС должна поддерживать четко  определенный интерфейс между драйверами и остальными частями ОС, чтобы разработчики из компаний-производителей устройств ввода-вывода могли поставлять вместе со своими устройствами драйверы для данной ОС.