Содержание 

Понятие операционной системы (ОС).

    Основные  задачи. 

      Операционная  система — это программа, которая загружается при включении компьютера. Она производит диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом .на дисках и т.д.), запускает другие (прикладные) программы на выполнение. Операционная система обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера.

      Основная  причина необходимости операционной системы состоит в том, что  элементарные операции для работы с устройствами компьютера и управления ресурсами компьютера — это операции очень низкого уровня, поэтому действия, которые необходимы пользователю и прикладным программам, состоят из нескольких сотен или тысяч таких элементарных операций.

      Например, накопитель на магнитных дисках “понимает” только такие элементарные операции, как включить/выключить двигатель  дисковода, установить читающие головки  на определенный цилиндр, выбрать определенную читающую головку, прочесть информацию с дорожки диска в компьютер и т.д. И даже для выполнения такого несложного действия, как копирование файла с одной дискеты на другую (файл — это поименованный набор информации на диске или другом машинном носителе), необходимо выполнить тысячи операций по запуску команд дисководов, проверке их выполнения, поиску и обработке информации в таблицах размещения файлов на дисках и т.д. Задача еще усложняется следующим:

• имеется около десятка форматов дискет, и операционная система должна уметь работать со всеми этими форматами. Для пользователя работа с дискетами различного формата должна осуществляться абсолютно одинаково;
• файл на дискетах занимает определенные участки, причем пользователь не должен ничего знать о том, какие именно. Все функции по обслуживанию таблиц размещения файлов, поиску информации в них, выделению места для файлов на дискетах выполняются операционной системой, и пользователь может ничего не знать о них;
• во время работы программы копирования может возникать несколько десятков различных особых ситуаций, например сбой при чтении или записи информации, неготовность дисководов к чтению или записи, отсутствие места на дискете для копируемого файла и т.д. Для всех этих ситуаций необходимо предусмотреть соответствующие сообщения и корректирующие действия.

      Операционная  система скрывает от пользователя эти  сложные и ненужные подробности  и предоставляет ему удобный  интерфейс для работы. Она выполняет  также различные вспомогательные  действия, например копирование или  печать файлов. Операционная система осуществляет загрузку в оперативную память всех программ, передает им управление в начале их работы, выполняет различные действия по запросу выполняемых программ и освобождает занимаемую программами оперативную память при их завершении.

    Существует несколько видов операционных систем: DOS, Windows, UNIX разных версий и др. Наиболее распространенной является операционная система Windows. Существует несколько версий Windows: Windows-95, Windows-98, Windows Me, Windows-2000,Windows XP, Windows Vista. Все они близки между собой по содержанию, поэтому в дальнейшем рассмотрим операционные системы 2000/XP/Vista и Windows-9х 

Анализ  операционных систем семейств Windows 9x и Windows 2000/XP

WINDOWS 9X

     WINDOWS 95

     В августе 1995 года вышла в свет Windows 95, но её выход не привел к вытеснению MS-DOS, хотя почти все функции MS-DOS были перенесены в Windows. Как Windows 95, так и новая версия MS-DOS 7.0 содержали большинство особенностей монолитной операционной системы, включая виртуальную память и управление процессами. Однако ОС Windows 95 не была полностью 32-разрядной программой. Она содержала большие куски 16-разрядного ассемблерного кода (а также немного 32-разрядного) и продолжала использовать файловую систему MS-DOS, практически со всеми её ограничениями. Единственное значительное изменение файловой системы заключалось в добавлении длинных имен файлов к именам из 8+3 символа, разрешенным в MS-DOS. 

WINDOWS 98

     Даже  в выпуске Windows 98 в июне 1998 года MS-DOS все ещё присутствовала (теперь она называлась версией 7.1) и состояла из 16-разрядного кода. Хотя теперь ещё больше функций было переведено из MS-DOS-части системы в часть Windows, а поддержка больших дисковых разделов стала стандартом, по своему строению ОС Windows 98 не сильно отличалась от Windows 95. Основное отличие заключалось в интерфейсе пользователя, в большей степени интегрировавшем в себе Интернет и рабочий стол пользователя. Именно эта интеграция и привлекла внимание Министерства юстиции США, которое затем выдвинуло против корпорации Microsoft иск, обвиняя корпорацию Microsoft в нарушении закона о монополиях. Корпорация Microsoft яростно отрицала свою вину. В апреле 2000 года Федеральный суд США согласился с правительством. Кроме того, что в ядре ОС Windows 98 содержался большой кусок 16-разрядного ассемблерного кода, у этой системы были ещё серьёзные проблемы, Во-первых, хотя эта система была многозадачной, само ядро не был реентерабельным, Если процесс был занят управлением какой-либо структурой данных в ядре, а затем его квант времени заканчивался и начинал работу другой процесс, новый процесс мог получить структуру данных в противоречивом состоянии. Чтобы предотвратить возникновение подобной проблемы, большинство процессов, зайдя в ядро, первым делом получали гигантский мьютекс, покрывающий всю систему, прежде чем приступить к каким-либо действиям. Хотя такой подход и устранял потенциальную угрозу противоречивости структур данных, он также уничтожал большую часть преимуществ многозадачности, так как процессам, чтобы войти в ядро, часто приходилось ждать пока другой процесс ядро покинет.

      Во-вторых, у каждого процесса было 4-гигабайтное  адресное пространство, в котором  первые 2 Гбайт полностью принадлежали процессу. Однако следующий 1Гбайт совместно  использовался (с возможностью записи) всеми процессами системы. Нижний 1Мбайт так совместно использовался всеми процессами, чтобы все они могли получать доступ к векторам прерывания MS-DOS. Эта возможность вовсю использовалась большинством приложений Windows 98. В результате ошибка в одной программе могла повредить ключевые структуры данных, используемые посторонними процессами, вследствие чего все эти процессы рушились. Что ещё хуже, последний 1Гбайт совместно использовался (с возможностью записи) процессами и ядром и содержал некоторые критические структуры данных. Любая программа, записав поверх этих структур какой-либо мусор (преднамеренно или нет), могла вывести из строя всю систему. Очевидное решение, заключающееся в том, чтобы не помещать структуры данных ядра в пространство пользователя, было неприменимо, так как старые программы, написанные для MS-DOS, не смогли бы тогда работать в Windows 98. 

WINDOWS ME

В 2000 году корпорация Microsoft выпустила слегка измененную версию системы Windows 98, названную Windows Me (Windows Millennium Edition — Windows, выпуск тысячелетия). Хотя в данной версии были исправлены некоторые ошибки, а также добавлены новые функции, под внешней оболочкой скрывалась все та же Windows 98. Новые функции включали в себя улучшенные возможности организации и совместного использования изображений, музыки и фильмов, серьезнее поддерживали работу с сетью на дому и многопользовательские игры, а также содержали больше функций, относящихся к Интернету, таких как поддержка мгновенных сообщений и широкополосных соединений (кабельных модемов и ADSL). Одна интересная новая функция состояла в возможности восстановить прежние настройки компьютера после неверной установки каких-либо параметров. Если пользователь перенастраивал систему (например, изменял paзрешение экрана с 640x480 на 1024х768), и после этого система переставала работать, теперь он мог вернуться к последней работающей конфигурации.

WINDOWS NT

     WINDOWS 2000

     Следом  за NT 4.0 предполагалось выпустить версию NT 5.O. Однако в 1999 году корпорация Microsoft изменила ее название на Windows 2000, в основном из-за попыток найти нейтральное имя, выглядящее логическим продолжением как для пользователей Windows 98, так и для пользователей NT. Таким образом, корпорация Microsoft рассчитывала иметь единую операционную систему, построенную на основе надежной 32-разрядной технологии, но использующую популярный интерфейс пользователя системы Windows 98.

Поскольку в  действительности операционная система  Windows 2000 представляет собой NT 5.0, она унаследовала множество свойств системы NT 4.0. Она является полностью 32-разрядной (планируется переход на 64-разрядную) многозадачной системой с индивидуально защищенными процессами. У каждого процесса есть собственное 32-разрядное (будет 64-разрядное) виртуальное адресное пространство. Операционная система работает в режиме ядра, тогда как процессы пользователя работают в пользовательском режиме, что обеспечивает полноценную защиту (в отличие от Windows 98). У процессов может быть один или несколько потоков, видимых для операционной системы и управляемых ею. Она удовлетворяет требованиям безопасности уровня С2 Министерства обороны США для всех файлов, каталогов и процессов, а также других объектов, которые могут использоваться совместно (по крайней мере, если гибкий диск вынут, а сеть отключена). Наконец, она обладает полной поддержкой симметричных многопроцессорных систем с числом процессоров от 2 до 32.

Тот факт, что  Windows 2000 в действительности представляет собой NT 5.0, проявляется во многом. Например, системный каталог называется \winnt, а двоичный файл операционной системы (в каталоге \winnt\system32) называется ntoskrnl.exe. Если щелкнуть на этом файле правой кнопкой мыши и посмотреть его свойства, мы увидим, что номер его версии представляет собой 5xxx.yyy.zzz, где 5 означает NT 5, ххх — номер выпуска, ууу — номер сборки (компиляции), a zzz — дополнительный номер версии. Кроме того, многие файлы в каталоге \winnt и его подкаталогах содержат буквы nt в своих именах, как, например, виртуальный эмулятор MS-DOS ntz'dm.

Операционная  система Windows 2000 — это не просто улучшенная версия NT 4.0 с интерфейсом Windows 98. Начнем с того, что она содержит множество других функций, которые ранее были только в Windows 98. К ним относится полная поддержка устройств plug-and-play, шины USB, стандарта IEEE 1394 (FireWire), IrDA (Infrared Data Association — стандарт на инфракрасную передачу данных и вывод на печать, разработанный ассоциацией IrDA), а также, среди прочего, управление питанием. Кроме того, были добавлены несколько новых функций, не присутствовавших ранее в других операционных системах корпорации Microsoft, включая каталоговую службу Active Directory, систему безопасности Kerberos, поддержку смарт-карт, инструменты мониторинга системы, лучшую интеграцию лэптопов и настольных компьютеров, инфраструктуру системного администрирования и рабочие объекты. Другая новая особенность файловой системы NTFS состоит в разновидности связи с копированием при записи, при использовании которой два пользователя могут совместно использовать один связанный файл. Как только один из пользователей начинает запись в этот файл, автоматически создается копия файла.

Еще одно значительное усовершенствование заключается в интернационализации. Операционная система NT 4.0 поставлялась в виде отдельных версий для различных языков, так как текстовые строки были внедрены в программный код. При установке английского программного пакета на голландский компьютер часто части операционной системы переставали использовать голландский язык и переходили на английский, поскольку определенные файлы, содержащие программные и текстовые строки, были перезаписаны. Эта проблема была устранена. Операционная система Windows 2000 состоит из единого двоичного кода, работающего во всех странах мира. Для каждой установки системы и даже для каждого пользователя можно выбрать язык, который будет использоваться во время работы системы. Это возможно потому, что все пункты меню, строки диалоговых окон, сообщения об ошибках и другие текстовые строки были удалены из операционной системы и помещены в специальные каталоги, по одному для каждого языка. Как и предыдущие версии операционной системы NT, Windows 2000 использует кодировку Unicode для поддержки языков, не использующих латинский алфавит, например русского, греческого, иврита и японского.

Единственная  вещь, которой нет в Windows 2000 — это MS-DOS. Ее просто нет здесь ни в каком виде (как не было в NT). Есть интерфейс командной строки, но это новая 32-разрядная программа, включающая функциональность старой системы MS-DOS, а также некоторые новые функции.

Несмотря на многочисленные свойства, способствующие переносимости системы с точки зрения программ, аппаратуры, языков и т. д., в одном отношении операционная система Windows 2000 обладает меньшей переносимостью, чем NT 4.0. Она работает только на двух платформах — Pentium и Intel IA-64. Изначально операционная система NT поддерживала дополнительные платформы, включая PowerPC, MIPS и Alpha, но с годами корпорация Microsoft перестала поддерживать эти процессоры один за другим по коммерческим соображениям. 
 

WINDOWS XP

     Операционная система Microsoft Windows XP (от англ. eXPerience — опыт), известная также под кодовым наименованием Microsoft Codename Whistler, является новой ОС семейства Windows, созданной на базе технологии NT. Первоначально в планы корпорации Microsoft входила разработка двух независимых операционных систем нового поколения. Первый проект получил рабочее название Neptune, эта ОС должна была стать очередным обновлением Windows Millennium Edition, новой системой линейки Windows 9X. Второй проект, называвшийся Odyssey, предполагал создание ОС на платформе Windows NT, которая должна была придти на смену Windows 2000. Однако руководство Microsoft посчитало нецелесообразным рассредоточивать ресурсы на продвижение двух разных ОС, вследствие чего оба направления разработок были объединены в один проект - Microsoft Whistler. Возможно, именно благодаря этому решению Windows XP объединяет в себе достоинства уже знакомых пользователям операционных систем предыдущих поколений: удобство, простоту в инсталляции и эксплуатации ОС семейства Windows 98 и Windows ME, а также надежность и многофункциональность Windows 2000. В настоящее время Windows XP для настольных ПК и рабочих станций выпускается в трех модификациях: Home Edition для домашних персональных компьютеров, Professional Edition — для офисных ПК и, наконец, Microsoft Windows XP 64bit Edition — это версия Windows XP Professional для персональных компьютеров, собранных на базе 64-битного процессора Intel Itanium с тактовой частотой более 1 ГГц.