ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Классификация операционных систем
В настоящее время существует большое разнообразие ОС. Они классифицируются по следующим признакам:
- по количеству пользователей, одновременно обслуживаемых системой;
- по числу процессов, которые могут одновременно выполняться под управлением ОС;
- по типу доступа пользователя к компьютеру;
- по типу средств вычислительной техники, для управления ресурсами которых система предназначена.
В соответствии с первым признаком различают однопользовательские и многопользовательские ОС. Многопользовательские системы поддерживают одновременную работу на компьютере нескольких пользователей (конечно, за различными терминалами).
Второй признак делит ОС на однозадачные и многозадачные. Заметим, что если система многопользовательская, то обычно она и многозадачная, но не наоборот.
В соответствии с третьим признаком ОС делятся на:
- системы с пакетной обработкой, когда из программ, подлежащих выполнению, формируется пакет, который предъявляется компьютеру. В этом случае пользователи непосредственно с ОС не взаимодействуют. Данный тип ОС предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов компьютера;
- системы разделения времени, обеспечивающие одновременный диалоговый (интерактивный) доступ к компьютеру нескольких пользователей через терминалы. Ресурсы компьютера выделяются при этом каждому пользователю “по очереди” в соответствии с той или иной дисциплиной обслуживания. Этот тип ОС предназначен для обеспечения удобства работы группы пользователей;
- системы реального времени, которые должны обеспечивать гарантированное время ответа на внешние события. Такие ОС служат для управления внешними по отношению к компьютеру процессами и объектами.
По четвертому признаку ОС делятся на однопроцессорные, многопроцессорные, сетевые и распределенные.
ОС не могут, как правило, предоставить пользователям возможности, которыми не обладает компьютер. Они в состоянии только эффективно использовать аппаратные средства компьютера. Поэтому мы сначала перечислим возможные режимы работы ПЭВМ., чтобы понять, какими типами ОС они могут комплектоваться.
В настоящее время ПЭВМ поддерживают спектр режимов работы, среди которых:
- однопрограммный режим;
- однопользовательский многопрограммный, или просто многопрограммный режим;
- многопользовательский многопрограммный, или просто многопрограммный режим;
- система виртуальных машин (дальнейшее развитие мультипрограммирования, основным признаком которого является возможность одновременной нескольких ОС, что уже отмечалось).
С точки зрения работы микропроцессора режимы 2 и 3 близки друг другу, но для обеспечения последнего необходимо наличие нескольких терминалов (дисплеев и клавиатур). Многопрограммные режимы могут реализовываться как на одно-, так и на многопроцессорных ПЭВМ.
Для поддержки перечисленных режимов работы ПЭВМ существуют следующие типы ОС:
- однопользовательские однозадачные, или просто однозадачные;
- однопользовательские многозадачные, или просто многозадачные;
- многопользовательские многозадачные, или просто многопользовательские.
Для обеспечения работы ПЭВМ в режиме системы виртуальных машин необходим монитор виртуальных машин.
При рассмотрении режимов работы ПЭВМ и ОС не случайно использовались различные термины - соответственно “программа” и “задача”. Без дополнительных пояснений здесь не обойтись, что мы сейчас и сделаем.
На аппаратном уровне случаи одновременного выполнения последовательностей команд нескольких программ или одной программы неразличимы. Понятие же “задача” вообще не вводится, а посему можно использовать лишь термин “программа”, понимая под многопрограммностью способность одновременного (при наличии одного процессора - только попеременного) выполнения нескольких последовательностей команд.
На уровне же ОС дело обстоит несколько иначе: считается, что система организует выполнение задачи, формируемой из самой программы или из логически законченного фрагмента программы. Поэтому в данном случае правомерно говорить об одно- или многозадачности. Однако следует иметь в виду, что многозадачность бывает разная. Простейшим случаем многозадачности является поддержка одновременного нескольких программ без возможности разбиения программы на несколько задач. “Чистая” же многозадачность предполагает обеспечение такой возможности. Это дополнительно требует наличия в составе ОС средств для взаимодействия и синхронизации процессов. В связи с различными видами многозадачности применительно к ОС иногда употребляют термины многопрограммность для обозначения простейшего случая многозадачности и собственно “многопрограммность” для обозначения полностью реализованного многозадачного режима. Мы же будем употреблять только термин “многозадачность”, понимая его в широком смысле. В целях конкретизации при этом будет использоваться понятие “ гранула параллелизма”, которой может являться программа целиком, процесс (задача) как часть программы или даже цепочка команд в рамках процесса.
Дополнительно заметим, что многопользовательская ОС должна быть многозадачной (иначе нельзя будет обслуживать нескольких пользователей одновременно), хотя последняя возможность в отдельности каждому пользователю может и не предоставляться.
Для многопользовательских и многозадачных ОС важным показателем является дисциплина обслуживания. В соответствие с этим различают вытесняющий и согласующий режимы многозадачной работы.
При вытесняющей организации выделением задачам процессорного времени занимается исключительно ОС. Примерами такого режима являются квантование, когда каждой задаче процессор выделяется по очереди, причем на фиксированный промежуток времени, и приоритетное обслуживание. Вытеснение поддерживают ОС OS/2 и UNIX, а также интерфейсная система DESQview.
В случае согласующейся организации каждая задача, получившая управление, сама определяет, когда ей отдать процессор другой системе. Иначе говоря, здесь инициатива исходит не от ОС, а главным образом от самой задачи. Согласование применяется в сетевой ОС фирмы Novell, а также в интерфейсной системе MS Windows.
В общем случае согласование эффективнее и надежнее вытеснения, так как позволяет самой программе выбирать удобный и безопасный метод своего прерывания. Однако при этом ни одна из программ не должна узурпировать процессор, добровольно отказываясь от монопольного его использования.
Очевидно, однозадачная ОС может быть поставлена на поддерживающую любой режим работы ПЭВМ, что и делается многими пользователями. Однако, на что уже обращалось внимание читателя, современные мощные ПЭВМ имеют такие ресурсы, которые не могут быть эффективно использованы одним пользователем даже в многопрограммном режиме. На таких машинах целесообразнее применять многопользовательские ОС.
Для IBM - совместимых ПЭВМ разработаны и используются следующие классы ОС:
- ОС семейства DOS;
- ОС семейства MS WINDOWS (WINDOWS 95 и WINDOWS 98);
- ОС семейства NT;
- ОС семейства OS/2;
- ОС семейства UNIX.
Наибольшее распространение в настоящее время имеют представители семейства интерфейсных многооконных операционных систем MS WINDOWS (WINDOWS 95 и WINDOWS 98). Применяются операционные системы семейства DOS. Многие пользователи применяют операционные системы семейства UNIX и сетевые операционные системы Windows NT. Операционная система OS/2 не получила широкого распространения. Данное соотношение в ближайшие годы сохранится. Основные характеристики операционных систем семейств DOS, OS/2 и UNIX сведены в табл. 4.1. Сделаем относительно нее следующие замечания:
некоторые UNIX - подобные системы являются менее требовательными к ресурсам ПЭВМ и способны функционировать на ПЭВМ менее мощных классов;
можно использовать и меньший, чем указано, объем ОЗУ, однако при этом некоторые программы могут оказаться неработоспособными, а эффективность ОС снизится.
Таблица 4.1.
Основные характеристики ОС ПЭВМ
