Операційна система: система управління роботою користувачів, командні мови

Яка головна задача будь-якої ОС? Операційна система - система управління комп'ютером, процесами його роботи, внутрішньою пам'яттю та діями користувача взагалі. Пропонуємо читачеві детальніше розглянути ОС з даного аспекту.

Що це?

Безумовно, в першу чергу, операційна система - система управління. Наведемо більш повне визначення ОС: комплекс управляючих і обробляючих програм. З одного боку, вони виступають в якості інтерфейсу між пристроями обчислювальної системи і прикладними програмами, програмами. З іншого боку, операційна система - система управління певними пристроями, обчислювальними процесами. Саме ОС ефективно розподіляють обчислювальні ресурси між обчислювальними процесами, надійно організують обчислення в системі.


Якщо ми звернемося до логічній структурі типової обчислювальної системи, то ОС буде тут займати проміжне положення між пристроями, що мають власну мікроархітектуру, машинний мову, вбудовані мікропрограми з одного боку і прикладними програмами з іншого. Що стосується розробників програмного забезпечення, то ОС дозволяє їм абстрагуватися від особливостей функціонування і реалізації пристроїв, надавши мінімально необхідний функціональний набір. У більшості обчислювальних комплексів операційна система - система управління. Це основна, найважливіша (а в певних випадках і єдина) частину системного програмного забезпечення. Якщо звернутися до конкретних прикладів, то найбільш популярною ОС буде продукт "Microsoft - Windows ("Вікна").

Управління операційними системами

Багатьох цікавить питання, чи існують спеціалізовані програми для керування операційними системами? Така побудова пропозиції некоректно. Адже операційна система сама по собі є комплексом програм, які керують комп'ютерними ресурсами, выстаивающим діалог між користувачем і пристроєм. Тому тут "масло масляне": управління управлінням. Існує комплекс прикладних програм, якими "завідує" операційна система.

Основні функції ОС

Операційна система - управління ресурсами комп'ютера. Це головне завдання ОС. Прямо з неї випливає набір наступних функцій: Виконання різних запитів програм. Як то: введення і виведення інформації, запуск і зупинка прикладних програм і додатків, звільнення, виділення пам'яті та ін. Надання стандартизованого доступу до периферійних пристроїв (наприклад, пристроєм введення-виведення). Управління оперативною пам'яттю комп'ютера: розподіл її між активними процесами, загальна організація віртуальної пам'яті. Управління доступом до даних, що знаходяться на енергонезалежних носіях. Наприклад, на оптичних, жорстких дисках і ін. Збереження відомостей помилок системи. Забезпечення користувацького інтерфейсу.

Командні мови - діалог з користувачем

Яким чином можливо керування даними операційних систем? Як і в більшості інтерактивних комплексів, користувач може впливати на функціонування ОС, використовуючи спеціальні командні мови.
Що ж це? Командна мова - це комп'ютерний мову, на якій людина взаємодіє з інтерактивною системою. Чому ж командний? Кожен рядок, що вводиться людиною на терміналі і відправляється системі, сприймається в якості команди користувача відношенню до ОС. Якщо розглядати нішу командних мов з боку загальної системи мов взаємодії людини з комп'ютером, то вони будуть ставитися до розряду інтерпретованих. Їх антагоністи - комплиментируемые мови. Розглянемо різницю між ними: комплиментируемым називається мова, якщо він вимагає, щоб будь-яка конструкція на ньому була настільки замкнутою, що могла б забезпечити можливість ізольованою обробки без залучення додаткових мовних конструкцій. В іншому випадку її розуміння не може гарантуватися. Інтерпретовані мови зрозумілі і без відповідності подібного вимогу.

Управління процесами

Розглянемо управління процесами в операційних системах. ОС контролює наступну діяльність, з ними пов'язану: Як створення, так і видалення процесів. Синхронізація. Планування. Комунікація. Дозвіл тупикових ситуацій. Треба відзначити, що за час своєї "життя" процес багаторазово змінює власний стан: Новий. Тільки що створений процес. Виконується. Команди програми в цей час виконуються в CPU. Очікує. Процес очікує завершення якої-небудь події. Частіше лише останнім виступає операція введення/виведення. Готовий. Процес, що очікує звільнення CPU. Завершений. Процес, що повністю завершив свою роботу. Відзначимо, що перехід з одного такого стану в інший не може бути довільним.
У багатьох ОС інформація про кожному процесі зберігається в спеціальній таблиці операційних процесів. Кожен з них представлений в операційній системі певним набором даних. Це комплекс значень, параметрів, що характеризують поточний стан процесу. Він і використовується ОС для управління проходженням конкретного процесу через комп'ютер. Як створюється обчислювальний процес в даному випадку? Тут два шляхи: безпосередньо введеної з клавіатури командою або через командний файл. Процес включає в себе як мінімум завантаження додатка і створення спеціальних керуючих блоків. В результаті цього з'являється якісно новий процес, який пізніше включається в мультипрограммную суміш. Після цього ОС вже починає його бачити. Сам процес знаходиться в стані готовності.

Таблиця процесів ОС

Процеси, таким чином, функціонують, працюють під управлінням операційної системи. Наведемо коротку таблицю процесів ОС: Розділ "Управління процесом": регістри, лічильники команд, покажчики стека, стан процесу, його пріоритет, параметри планування, ідентифікатори процесів, батьківські процеси, групи процесів, час запуску процесу, процесорне використаний час. Розділ "Керування пам'яттю": вказівники текстові сегменти, покажчики на сегменти даних, покажчики на сегменти стека. "Керування файлами": робочі каталоги, кореневий каталог, ідентифікатори користувача, дескрипторів файлу, ідентифікатори групи.

Управління пам'яттю

Розберемо ще один важливий аспект: керування пам'яттю в операційних системах.

Необхідно відзначити, що саме пам'ять - найважливіший ресурс, що вимагає найбільш ретельного управління з боку мультипрограмних ОС. Чим же забезпечується її особлива роль? Процесор може виконувати інструкції додатків, програм лише в тому випадку, якщо вони знаходяться в комп'ютерній пам'яті. В ранніх ОС управління пам'яттю було простим: програма та її необхідні дані завантажувалися з будь-якого зовнішнього накопичувача даних (оптичного диска, перфострічки, магнітні стрічки та інше) в пам'ять комп'ютера. З появою мультипрограммирования ситуація докорінно змінилася. Виникла нова задача: розподіл пам'яті комп'ютера між декількома працюючими додатками.

Головні завдання ОС по управлінню пам'яттю

Продовжуємо розповідати про засоби управління в операційних системах. Виділимо головні завдання ОС по управлінню пам'яттю комп'ютера: Відстеження сегментів вільної і зайнятої пам'яті. Виділення пам'яті певним процесам і звільнення її по їх закінченні. Витіснення як кодів, так і даних процесів з оперативної пам'яті на диск - повне або часткове. Застосовується в тому випадку, коли обсягів основної пам'яті недостатньо для розміщення в ній всіх процесів. Коли ВП звільняється, операційна система повертає процеси на місце. Настроювання адрес програм і додатків на конкретні зони фізичної пам'яті.

Додаткові функції ОС по управлінню пам'яттю ПК

Розглянемо додаткові завдання, які виконує в даному випадку система:
Динамічний розподіл пам'яті пристрою. Під цим мається на увазі виконання запитів додатків на виділення їм додаткового резервуара пам'яті на час виконання. Створення нових інформаційних службових структур - буферів, описателей потоків і процесів. Захист пам'яті. Полягає в тому, щоб не дозволити конкретного виконуваного процесу записувати або читати дані, що відносяться до іншого дії. Як ми вже говорили, оперативної пам'яті вистачає не для всіх процесів. Тому ОС підключає зовнішню, дискову. Це полягає в наступних діях системи: Підкачка. Тут процес повністю завантажується в пам'ять для подальшої роботи. Віртуальна пам'ять. В цьому випадку процес частково завантажується для виконання якого-небудь завдання. Ще раз зазначимо, що великі процеси лише тимчасово вивантажуються ОС на жорсткий диск. Після того як "оперативка" звільняється, система повертає їх знову на місце. Операційна система - це цілий комплекс програмного забезпечення, що здійснює управління комп'ютером. Тобто його пам'яттю, процесами, ресурсами. Ще одна важлива функція ОС: вибудувати взаємодію комп'ютерної системи з людиною, користувачем. Це досягається при використанні спеціальних інструментів - командних мов.