Современная операционная система

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Операционная система, сокр. ОС (англ. operating system) - комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствами вычислительной системы и прикладными программами, а с другой - предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений. Это определение применимо к большинству современных ОС общего назначения.

В логической структуре типичной вычислительной системы ОС занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами - с одной стороны - и прикладным программами с другой.

Разработчикам программного обеспечения ОС позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор функций (см. интерфейс программирования приложений).

В большинстве вычислительных систем ОС являются основной, наиболее важной (а иногда единственной) частью системного ПО. С 1990-х наиболее распространёнными операционными системами являются ОС семейства Microsoft Windows и системы класса UNIX (особенно Linux).

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Особое место среди программных средств всех типов занимают операционные системы, являясь ядром программного обеспечения.

Операционная система - это комплекс программ, обеспечивающих:

* управление ресурсами, т.е. согласованную работу всех аппаратных средств компьютера;

* управление процессами, т.е. выполнение программ, их взаимодействие с устройствами компьютера, с данными;

* пользовательский интерфейс, т.е. диалог пользователя с компьютером, выполнение определенных простых команд - операций по обработке информации.

Такое определение операционной системы уже апеллирует к ее функциям, поэтому рассмотрим эти функции подробнее.

Операционные системы - наиболее машинно-зависимый вид программного обеспечения, ориентированный на конкретные модели компьютеров, поскольку они напрямую управляют их устройствами или, как еще говорят, обеспечивают интерфейс между пользователем и аппаратной частью компьютера.

В той мере, в какой это необходимо для понимания функций операционных систем, аппаратную часть компьютера можно представлять себе состоящей из следующих элементов:

* центрального процессора, имеющего определенную архитектуру (структуру регистров, набор и форму представления команд, формат обрабатываемых данных и т.д.) и характеризующегося производительностью, т.е. количеством простейших операций, выполняемых в единицу времени, а также другими качествами;

* оперативной памяти, характеризующейся емкостью (объемом) и скоростью обмена данными (прежде всего с центральным процессором);

* периферийных устройств, среди которых имеются;

* устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер и др.);

* устройства вывода (дисплей, принтер, графопостроитель и др.);

* внешние запоминающие устройства (дисководы для магнитных и оптических дисков, устройства для работы с лентами и др.);

* мультимедийные устройства.

Все эти аппаратные устройства обобщенно называют ресурсами компьютера.

В сравнении с оперативной памятью внешние запоминающие устройства обладают практически неограниченной емкостью. Так, емкость встроенного накопителя персональных компьютеров - винчестера - обычно в 50-100 раз больше объема оперативной памяти. Для других устройств - накопителей на гибких магнитных дисках и оптических дисках - используются сменные носители информации, однако время доступа к информации на внешних запоминающих устройствах значительно больше, чем к информации в оперативной памяти (в тысячи раз). Медленнее, чем центральный процессор, работают и устройства ввода - вывода.

За время существования компьютеров операционные системы претерпели значительную эволюцию. Так, первые операционные системы были однопользовательскими и однозадачными. Эффективность использования ресурсов компьютера в этом случае оказывалось невысокой из-за простоев всех, кроме одного работающего периферийного устройств компьютера. Например, при вводе данных простаивал центральный процессор, устройства вывода и внешние запоминающие устройства.

По мере роста возможностей, производительности и изменениях в соотношении стоимости устройств компьютера положение стало нетерпимым, что привело к появлению многозадачных операционных систем, остававшихся однопользовательскими.

Такие операционные системы обеспечивают постановку заданий в очередь на выполнение, параллельное выполнение заданий, разделение ресурсов компьютера между выполняющимися заданиями. Так, например, одно задание может выполнять ввод данных, другое - выполняться центральным процессором, третье - выводить данные, четвертое - стоять в очереди. Важнейшее техническое решение, обусловившее такие возможности, - появление у внешних устройств собственных процессоров (контроллеров).

При многозадачном режиме:

* в оперативной памяти находится несколько заданий пользователей;

* время работы процессора разделяется между программами, находящимися в оперативной памяти и готовыми к обслуживанию процессором;

* параллельно с работой процессора происходит обмен информацией с различными внешними устройствами.

Наиболее совершенны и сложны многопользовательские многозадачные операционные системы, которые предусматривают одновременное выполнение многих заданий многих пользователей, обеспечивают разделение ресурсов компьютера в соответствии с приоритетами пользователей и защиту данных каждого пользователя от несанкционированного доступа. В этом случае операционная система работает в режиме разделения времени, т.е. обслуживает многих пользователей, работающих каждый со своего терминала.

Суть режима разделения времени состоит в следующем. Каждой программе, находящейся в оперативной памяти и готовой к исполнению, выделяется для исполнения фиксированный, задаваемый в соответствии с приоритетом пользователя интервал времени (интервал мультиплексирования). Если программа не выполнена до конца за этот интервал, ее исполнение принудительно прерывается, и программа переводится в конец очереди. Из начала очереди извлекается следующая программа, которая исполняется в течение соответствующего интервала мультиплексирования, затем поступает в конец очереди и т.д. в соответствии с циклическим алгоритмом. Если интервал мультиплексирования достаточно мал (~200 мс), а средняя длина очереди готовых к исполнению программ невелика (~10), то очередной квант времени выделяется программе каждые 2 с. В этих условиях ни один из пользователей практически не ощущает задержек, так как они сравнимы со временем реакции человека.

Одной из разновидностей режима разделения времени является фоновый режим, когда программа с более низким приоритетом работает на фоне программы с более высоким приоритетом. Работа в фоновом режиме реального времени аналогична работе секретаря руководителя. Секретарь занимается текущими делами до тех пор, пока начальник не дал срочное поручение. операционная компьютер процессор файл

Помимо рассмотренных режимов организации вычислительного процесса, все большее распространение получает схема, при которой ЭВМ управляет некоторым внешним процессом, обрабатывая данные и информацию, непосредственно поступающую от объекта управления. Поскольку определяющим фактором являются реально поступающие от объекта управления данные, такой режим называют режимом реального времени, а его организация возлагается на специализированную операционную систему.

Остановимся на некоторых понятиях, важных для понимания принципов функционирования всех операционных систем (ОС).

Понятие процесса играет ключевую роль и вводится применительно к каждой программе отдельного пользователя. Управление процессами (как целым, так и каждым в отдельности) - важнейшая функция ОС. При исполнении программ на центральном процессоре следует различать следующие характерные состояния (рис. 1):

* порождение - подготовку условий для исполнения процессором;

* активное состояние (или "Счет") - непосредственное исполнение процессором;

* ожидание - по причине занятости какого-либо требуемого ресурса;

* готовность - программа не исполняется, но все необходимые для исполнения программы ресурсы, кроме центрального процессора, предоставлены;

* окончание - нормальное или аварийное завершение исполнения программы, после которого процессор и другие ресурсы ей не предоставляются.

Рис. 1. График состояний переходов процесса из одной фазы в другую

Понятие "ресурс" применительно к вычислительной технике следует понимать как функциональный элемент вычислительной системы, который может быть выделен процессу на определенный промежуток времени. Наряду с физическими ресурсами - реальными устройствами ЭВМ - средствами современных операционных систем могут создаваться и использоваться виртуальные (воображаемые) ресурсы, являющиеся моделями физических. По значимости виртуальные ресурсы - одна из важнейших концепций построения современных ОС. Виртуальный ресурс представляет собой модель некоего физического ресурса, создаваемую с помощью другого физического ресурса. Например, характерным представителем виртуального ресурса является оперативная память. Компьютеры, как правило, располагают ограниченной по объему оперативной памятью (физической). Функционально ее объем может быть увеличен путем частичной записи содержимого оперативной памяти на магнитный диск. Если этот процесс организован так, что пользователь воспринимает всю расширенную память как оперативную, то такая "оперативная" память называется виртуальной.

Наиболее законченным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины, являющееся исходным при программировании на языках высокого уровня, например, Паскале. Виртуальная машина есть идеализированная модель реальной машины, изолирующая пользователя от аппаратных особенностей конкретной ЭВМ, воспроизводящая архитектуру реальной машины, но обладающую улучшенными характеристиками:

* бесконечной по объему памятью с произвольно выбираемыми способами доступа к ее данным;

* одним (или несколькими) процессами, описываемыми на удобном для пользователя языке программирования;

* произвольным числом внешних устройств произвольной емкости и доступа.

Концепция прерываний выполнения программ является базовой при построении любой операционной системы. Из всего многообразия причин прерываний необходимо выделить два вида: первого и второго рода. Системные причины прерываний первого рода возникают в том случае, когда у процесса, находящегося в активном состоянии, возникает потребность либо получить некоторый ресурс или отказаться от него, либо выполнить над ресурсом какие-либо действия. К этой группе относят и, так называемые, внутренние прерывания, связанные с работой процессора (например, арифметическое переполнение или исчезновение порядка в операциях с плавающей запятой). Системные причины прерывания второго рода обусловлены необходимостью проведения синхронизации между параллельными процессами.

При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:

* восприятие запроса на прерывание;

* запоминание состояния прерванного процесса, определяемое значением счетчика команд и других регистров процессора;

* передача управления прерывающей программе, для чего в счетчик команд заносится адрес, соответствующий данному типу прерывания;

* обработка прерывания;

* восстановление прерванного процесса.

В большинстве ЭВМ первые три этапа реализуются аппаратными средствами, а остальные - блоком программ обработки прерываний операционной системы. В настоящее время используется много типов различных операционных систем для ЭВМ различных видов, однако в их структуре существуют общие принципы. В составе многих операционных систем можно выделить некоторую часть, которая является основой всей системы и называется ядром. В состав ядра входят наиболее часто используемые модули, такие как модуль управления системой прерываний, средства по распределению таких основных ресурсов, как оперативная память и процессор. Программы, входящие в состав ядра, при загрузке ОС помещаются в оперативную память, где они постоянно находятся и используются при функционировании ЭВМ. Такие программы называют резидентными. К резидентным относят также и программы-драйверы, управляющие работой периферийных устройств.

Важной частью ОС является командный процессор - программа, отвечающая за интерпретацию и исполнение простейших команд, подаваемых пользователем, и его взаимодействие с ядром ОС. Кроме того, к операционной системе следует относить богатый набор утилит - обычно небольших программ, обслуживающих различные устройства компьютера (например, утилита форматирования магнитных дисков, утилита восстановления необдуманно удаленных файлов и т.д.).

Основные функции:

· Выполнение по запросу программ тех достаточно элементарных (низкоуровневых) действий, которые являются общими для большинства программ и часто встречаются почти во всех программах (ввод и вывод данных, запуск и остановка других программ, выделение и освобождение дополнительной памяти и др.).

· Загрузка программ в оперативную память и их выполнение.

· Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).

· Управление оперативной памятью (распределение между процессами, организация виртуальной памяти).

· Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, оптические диски и др.), организованным в той или иной файловой системе.

· Обеспечение пользовательского интерфейса.

· Сетевые операции, поддержка стека сетевых протоколов.

Дополнительные функции:

· Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).

· Эффективное распределение ресурсов вычислительной системы между процессами.

· Разграничение доступа различных процессов к ресурсам.

· Организация надёжных вычислений (невозможности одного вычислительного процесса намеренно или по ошибке повлиять на вычисления в другом процессе), основана на разграничении доступа к ресурсам.

· Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.

· Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от действий пользователей (злонамеренных или по незнанию) или приложений.

· Многопользовательский режим работы и разграничение прав доступа (см. аутентификация, авторизация).

ПОНЯТИЕ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Существуют две группы определений ОС: "набор программ, управляющих оборудованием" и "набор программ, управляющих другими программами". Обе они имеют свой точный технический смысл, который, однако, становится ясен только при более детальном рассмотрении вопроса о том, зачем вообще нужны ОС.

Есть приложения вычислительной техники, для которых ОС излишни. Например, встроенные микрокомпьютеры содержатся сегодня во многих бытовых приборах, автомобилях (иногда по десятку в каждом), сотовых телефонах и т. п. Зачастую такой компьютер постоянно исполняет лишь одну программу, запускающуюся по включении. И простые игровые приставки - также представляющие собой специализированные микрокомпьютеры - могут обходиться без ОС, запуская при включении программу, записанную на вставленном в устройство "картридже" или компакт-диске. Тем не менее, некоторые микрокомпьютеры и игровые приставки всё же работают под управлением особых собственных ОС. В большинстве случаев это UNIX-подобные системы (последнее особенно верно в отношении программируемого коммутационного оборудования: межсетевых экранов, маршрутизаторов).

ОС нужны, если:

· вычислительная система используется для различных задач, причём программы, исполняющие эти задачи, нуждаются в сохранении данных и обмене ими. Из этого следует необходимость универсального механизма сохранения данных; в подавляющем большинстве случаев ОС отвечает на неё реализацией файловой системы. Современные ОС, кроме того, предоставляют возможность непосредственно "связать" вывод одной программы со вводом другой, минуя относительно медленные дисковые операции;

· различные программы нуждаются в выполнении одних и тех же рутинных действий. Например, простой ввод символа с клавиатуры и отображение его на экране может потребовать исполнения сотен машинных команд, а дисковая операция - тысяч. Чтобы не программировать их каждый раз заново, ОС предоставляют системные библиотеки часто используемых подпрограмм (функций);

· между программами и пользователями системы необходимо распределять полномочия, чтобы пользователи могли защищать свои данные от несанкционированного доступа, а возможная ошибка в программе не вызывала тотальных неприятностей;

· необходима возможность имитации "одновременного" исполнения нескольких программ на одном компьютере (даже содержащем лишь один процессор), осуществляемой с помощью приёма, известного как "разделение времени". При этом специальный компонент, называемый планировщиком, делит процессорное время на короткие отрезки и предоставляет их поочерёдно различным исполняющимся программам (процессам);

· наконец, оператор должен иметь возможность так или иначе управлять процессами выполнения отдельных программ. Для этого служат операционные среды, одна из которых - оболочка и набор стандартных утилит - является частью ОС (прочие, такие, как графическая операционная среда, образуют независимые от ОС прикладные платформы).

Таким образом, современные универсальные ОС можно охарактеризовать, прежде всего, как

· использующие файловые системы (с универсальным механизмом доступа к данным),

· многопользовательские (с разделением полномочий),

· многозадачные (с разделением времени).

Многозадачность и распределение полномочий требуют определённой иерархии привилегий компонентов самой ОС. В составе ОС различают три группы компонентов:

· ядро, содержащее планировщик; драйверы устройств, непосредственно управляющие оборудованием; сетевая подсистема, файловая система;

· системные библиотеки;

· оболочка с утилитами.

Большинство программ, как системных (входящих в ОС), так и прикладных, исполняются в непривилегированном ("пользовательском") режиме работы процессора и получают доступ к оборудованию (и, при необходимости, к другим ресурсам ядра, а также ресурсам иных программ) только посредством системных вызовов. Ядро исполняется в привилегированном режиме: именно в этом смысле говорят, что ОС (точнее, её ядро) управляет оборудованием.

В определении состава ОС значение имеет критерий операциональной целостности (замкнутости): система должна позволять полноценно использовать (включая модификацию) свои компоненты. Поэтому в полный состав ОС включают и набор инструментальных средств (от текстовых редакторов до компиляторов, отладчиков и компоновщиков).

ФУНКЦИИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА

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. Таким образом, операционная система - это набор программ, контролирующих работу прикладных программ и системных приложений и исполняющих роль интерфейса между пользователями, программистами, прикладными программами, системными приложениями и аппаратным обеспечением компьютера. Она опирается на базовое программное обеспечение - базовую систему ввода-вывода BIOS (Base Input-Output System). Программы, работающие под управлением операционной системы, называются приложениями. Под ресурсами вычислительной системы понимаются объем оперативной памяти, процессорное время, объем внешней памяти, внешние устройства.

Операционная система обеспечивает следующие виды интерфейсов:

· интерфейс между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера (интерфейс пользователя);

· интерфейс между программным и аппаратным обеспечением (программно-аппаратный интерфейс);

· интерфейс между разными видами программного обеспечения (программный интерфейс).

Все операционные системы обеспечивают пакетный и диалоговый режим работы.

В пакетном режиме операционная система автоматически исполняет заданную последовательность команд.

В диалоговом режиме операционная система находится в ожидании команды пользователя, получив её, приступает к исполнению, а после завершения возвращает отклик и ждёт очередной команды. Диалоговый режим работы основан на использовании прерываний. Прерыванием называется способность операционной системы прервать текущую работу и отреагировать на события, вызванные пользователем с помощью управляющих устройств.

По способу реализации интерфейса пользователя различают неграфические и графические операционные системы.

Неграфические операционные системы используют интерфейс командной строки. Основным устройством управления в этом случае является клавиатура. Управляющие команды вводятся в виде некоторых слов в поле командной строки, где их можно редактировать. Исполнение команды начинается после нажатия определённой клавиши, чаще всего.

Графические операционные системы обеспечивают более сложный интерфейс, в котором в качестве устройства управления кроме клавиатуры используется мышь. Работа графической операционной системы основана на взаимодействии активных и пассивных экранных элементов управления. В качестве активного элемента управления выступает указатель мыши, перемещение которого по экрану синхронизировано с перемещением мыши.

В качестве пассивных элементов управления выступают графические элементы управления приложений: экранные кнопки, значки, переключатели, раскрывающиеся списки, меню и др.

Взаимодействие активного элемента с пассивным осуществляется путем наведения указателя мыши на элемент управления и нажатия кнопки мыши.

Большинство современных графических операционных систем являются многозадачными. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между приложениями и обеспечивают:

· возможность одновременного выполнения нескольких приложений;

· возможность обмена данными между приложениями;

· возможность совместного использования программных, аппаратных и сетевых ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.

ОРГАНИЗАЦИЯ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Жесткий диск представляет собой набор (пакет) дисков, надетых на одну ось и покрытых ферромагнитным слоем. Принцип организации файловой системы табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица. Местоположение файла на диске определяется номером рабочей поверхности, номером цилиндра и номером сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения.

Данные о местоположении файла хранятся в системной области диска, в специальной таблице размещения файлов, которая называется FAT-таблицей (File Allocation Table). Поскольку нарушение FAT-таблицы приводит к невозможности найти данные на диске, к ней предъявляются особые требования по надежности. FAT-таблица существует в двух экземплярах, идентичность которых регулярно контролируется операционной системой.

В файлах могут храниться тексты программ, документы, готовые к выполнению программы и любые другие данные. Файлы разделяются на две категории - текстовые и двоичные. Текстовые файлы предназначены для чтения человеком. Они состоят из строк символов. Каждая строка оканчивается двумя специальными символами "возврат каретки" и "новая строка". Все файлы, отличные от текстовых, называются двоичными.

Исполняемым файлом называется файл, содержащий готовую к исполнению программу.

Чтобы операционная система и другие программы могли обращаться к файлам, они должны иметь имена. В операционной системе Windows обозначение файла состоит из имени и расширения. Расширение имени является необязательным. Как правило, оно описывает содержимое файла. Расширение отделяется от имени файла точкой, например, command.com, setup.exe.

Разрешается присваивать файлам имена длиной до 256 символов. Имя может содержать любые символы, в том числе и пробел, кроме символов \, /, *,?, ", <, >, |.

В имени можно использовать несколько точек. Расширением считаются символы, идущие после последней точки. В именах различаются прописные и строчные символы.

Примеры:

· com - исполняемые файлы;

· bat - командные файлы;

· pas - программа на Паскале;

· c - программа на СИ.

Кириллицу в именах файлов нужно применять осторожно, так как некоторые операционные системы не понимают имен с ней.

КАТАЛОГИ

Имена файлов регистрируются на дисках в каталогах. Каталог - это специальная таблица на диске, в которой хранятся имена файлов, сведения о размере файла, времени его последнего обновления, атрибуты (свойства) файла и т.д. Если в каталоге хранится имя файла, то говорят, что файл находится в данном каталоге. На каждом диске может быть несколько каталогов. В каждом каталоге может быть много файлов, но каждый файл всегда регистрируется только в одном каталоге. В Windows каталоги называются папками.

Каждый каталог имеет имя, и он может быть зарегистрирован в другом каталоге. Если каталог зарегистрирован в другом каталоге, то говорят, что X - подкаталог Y. Требования к именам каталогов те же, что и к именам файлов, однако расширение обычно не используется.

Все каталоги образуют вложенную иерархическую структуру. На каждом диске имеется один главный каталог, который называется корневым. В нём регистрируются файлы и каталоги 1-го уровня. В каталогах 1-го уровня регистрируются файлы и каталоги 2-го уровня и т.д.

Каталог, с которым в настоящее время работает пользователь, называется текущим каталогом. Когда используется файл не из текущего каталога, необходимо указать, в каком каталоге он находится. Это можно сделать с помощью указания пути к файлу. Путь - это последовательность имен каталогов, разделенных символом "\". Этот путь задает маршрут от корневого каталога диска к тому каталогу, в котором находится нужный файл. Например: C:\Kurs1\Informanika.doc.

В компьютере обычно имеется несколько устройств памяти: накопители на жестких дисках, на дискетах, на компакт-дисках и т.п. На каждом из них могут находиться файлы и каталоги. Для того чтобы указать, какой диск необходим, надо обратиться к дисководу по имени. Дисководы имеют имена A, B, и т.д. Имена A и B зарезервированы для дисководов гибких дисков, а имя C соответствует жесткому диску, с которого загружается операционная система.

Текущий дисковод - это дисковод, с которым работает пользователь в настоящее время. Полное имя файла начинается с имени дисковода, на котором он находится.

АТРИБУТЫ ФАЙЛОВ

Кроме имени и расширения файла операционная система хранит для каждого файла дату его создания или изменения и несколько дополнительных параметров, определяющих свойства файлов, которые называются атрибутами файла. Операционная система может их контролировать и изменять. Состояние атрибутов учитывается при проведении операций с файлами.

В операционной системе Windows файл может иметь следующие атрибуты:

· только для чтения (Read Only);

· скрытый (Hidden);

· системный (System);

· архивный.

Атрибут "только для чтения" ограничивает возможность работы с файлом. Его установка означает, что в файл нельзя вносить изменения.

Атрибут "скрытый" сигнализирует о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного повреждения файла.

Атрибутом "системный" помечаются файлы, обладающие важными функциями в работе самой операционной системы. Этот атрибут нельзя изменить средствами операционной системы. Как правило, системные файлы имеют также атрибут "скрытый".

Атрибут "архивный" остался от старых операционных систем и операционной системой не учитывается.

ОБСЛУЖИВАНИЕ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ

К функциям обслуживания файловой системы относятся следующие операции, выполняемые под управлением операционной системы:

· создание файлов и присвоение им имен;

· создание каталогов и присвоение им имен;

· переименование файлов и каталогов;

· копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами одного диска;

· удаление файлов и каталогов;

· навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу или каталогу;

· управление атрибутами файла.

ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ В ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ТИПА UNIX

Наиболее развитый механизм несмежного распределения блоков файлов реализован в операционной системе UNIX, в которой размеры файлов могут динамически изменяться в пределах 1 Гб. Каждый файл в системе имеет дескриптор, в составе которого хранится список, содержащий 13 номеров блоков на диске и используемый для адресации к тем блокам, которые входят в состав файла. Первые десять элементов списка непосредственно указывают на десять блоков, в которых размещаются данные файла. В одиннадцатом элементе списка указан номер блока, хранящий список из 128 номеров блоков данных, которые принадлежат файлу (это первый уровень косвенной адресации). Двенадцатый элемент ссылается на блок, который содержит список из 128 номеров блоков первого уровня косвенной адресации (это второй уровень косвенной адресации). С помощью тринадцатого элемента указывается ссылка на блок, содержащий список из 128 номеров блоков второго уровня косвенной адресации.

Роль учетного механизма, позволяющего обслуживать десятки и сотни файлов, в файловой системе очень важна. Общим приемом является сведение учетной информации о расположении файлов на магнитном диске в одно место - его каталог (директорий). Каталог представляет собой список элементов, каждый из которых описывает характеристики конкретного файла, используемые для организации доступа к этому файлу - имя файла, его тип, местоположение на диске и длину файла. В простых операционных системах (например ОС РАФОС) местоположение единственного каталога на магнитном диске (дискете) и его размер фиксированы. В более сложных системах каталог может находиться в любом месте диска, но на него должна иметься ссылка в, так называемой, метке тома, находящейся в фиксированном месте и формируемой при инициализации диска. Более того, каталогов может быть большое число, и они могут быть логически связаны в какие-либо информационные структуры. Так, наиболее развитая многоуровневая файловая система UNIX поддерживает иерархическую (древовидную) систему каталогов (рис. 2). Каждый пользователь может работать в составе этой структуры со своей системой каталогов (со своим поддеревом). Полное имя файла в данной структуре задает путь переходов между каталогами в логической структуре каталогов.



Рис. 2. Иерархическая система каталогов

Файл обладает уникальным идентификатором (именем), обеспечивающим доступ к файлу. Идентификатор включает в себя собственно имя - буквенно-цифровое обозначение файла, которое может содержать специальные символы (подчеркивание, дефис, восклицательный знак и т.д.), и расширение имени файла (обычно отделяемое от имени файла точкой). Если имена создаваемых файлов пользователь может задавать произвольно, то в использовании расширений следует придерживаться традиции, согласно которой расширение указывает на тип файла, характер его содержимого.

Известны десятки стандартных расширений, используемых при работе с различными программными системами.

В различных ОС существуют определенные ограничения на длину имени и расширения имени файла. Так, в MS-DOS длина имени файла не должна превышать восьми символов, а расширение - трех. В ОС UNIX ограничения значительно менее жесткие.

Имена директорией, начиная от корневого, образующие путь к файлу, отделяемые при записи друг от друга косой чертой (\ в DOS, / в UNIX), также, как и обозначение диска, относятся к идентификатору файла. Например, в MS-DOS: d:\lang\pascal\work\example.pas

Есть файл с именем example и расширением pas, указывающем на то, что это текст программы на Паскале, полный путь к которому:

d: - диск d;

\lang\pascal\work - это структура вложенных директорией, в самом внутреннем из которых находится необходимый файл example.pas.

Каждый каталог рассматривается как файл, имеет собственное имя. Продвижение по дереву при поиске некоторого каталога или файла возможно как вниз по дереву от текущего узла, так и вверх в направлении к корню. В каждом каталоге хранится список имен файлов, а также ссылки на дескрипторы файлов. В дескрипторах сосредоточена подробная информация о файле (список номеров блоков, занимаемых файлом, метод доступа к файлу, дата создания файла, идентификатор владельца, тип файла). В процессе работы могут создаваться новые каталоги и вписываться в требуемое место иерархии.

Файловая система ОС обеспечивает основные операции над файлами: их открытие (что сопровождается копированием учетной информации о файле, обеспечивающей быстрый доступ к нему, в некоторую структуру данных, расположенную в оперативной памяти, подготовкой буферов и каналов для передачи информации), копирование, перемещение, объединение, удаление, закрытие. Вторую группу представляют операции чтения и записи составных элементов файла. Особая группа операций обеспечивает печать содержимого каталогов или файлов, управление правами доступа к файлам, поиска файлов и т.д.

Развитые многопользовательские файловые системы обеспечивают также защиту и разделение данных, хранящихся в файлах, при работе с ними разных пользователей. Так, например, после входа в систему UNIX (который производится по паролю) пользователь получает доступ к ряду системных, групповых и личных каталогов и файлов. Каждый файл и каталог имеет владельца. Обычно это пользователь, создавший их. Владелец может затем назначить тип защиты файла от трех категорий пользователей:

* владельца (самого себя);

*представителей той же группы пользователей, что и владелец (понятие группы полезно при совместной работе над какими-либо проектами);

* всех остальных пользователей системы.

Каждый файл (каталог) имеет три вида разрешения на доступ:

* чтение (г - read) - можно просматривать содержимое файла (каталога);

* запись (w - write) - можно менять содержимое файла (создавать или удалять файлы в каталоге);

* выполнение (х - execute) - можно использовать файл как команду UNIX.

Комбинация видов доступа к файлу записывается последовательностью 9 символов:

Отсутствие права доступа обозначается минусом. Например: rwxr-x--x - файл может быть просмотрен, изменен и запущен на выполнение владельцем, просмотрен и выполнен членами группы, к которой относится владелец, и выполнен всеми остальными пользователями системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современная операционная система - сложный комплекс программных средств, предоставляющих пользователю не только стандартизированный ввод-вывод информации и управление программами, но и упрощающий работу с компьютером. Программный интерфейс операционных систем позволяет уменьшить размер конкретной программы, упростить ее работу со всеми компонентами вычислительной системы.

В результате анализа в реферате были определены основные сущности операционной системы: процесс и файл. С управлением процессами связаны функции операционных систем: управление использованием времени центрального процессора, "подкачкой" и буфером ввода, разделяемыми ресурсами. Основными типами операционных систем, связанных с управлением процессов являются пакетная ОС, ОС разделения времени и ОС реального времени.

Каждая операционная система однозначно определяет набор функций, обеспечивающий обмен с файлом, состоящий из запросов на открытие, чтение, управление и закрытие файла.

Для организации работы с файлами используются различные файловые системы: одноуровневые, блочные, иерархические.

Операционная система Windows - наиболее распространенная операционная система, и для большинства пользователей она наиболее подходящая ввиду своей простоты, неплохого интерфейса, приемлемой производительности и огромного количества прикладных программ для нее. Из графической надстройки в полноценную операционную систему Windows превратилась с выходом версии Windows 95.

Windows 98 окончательно закрепился переход от устаревшей системы расположения файлов на жестком диске (файловой системы) на систему FAT32, позволяющую сэкономить место на диске. В этой же версии была стерта разница между файлами и папками на компьютере и объектами Всемирной Информационной Паутины (WorldWideWeb). Основным средством работы с файлами и папками в обоих случаях служит программа Internet Explorer.

Windows Millennium стала промежуточной версией, обозначившей переход от поколения 9X к новому поколению NT, в котором разработано надёжное разделение работающих под её управлением программ, не дающее им "соревноваться" за ресурсы и уменьшающее вероятность "зависания".

Версия Windows XP на данный момент является самой распространённой и объединяет в себе достоинства уже знакомых пользователям операционных систем предыдущих поколений, а также надежность и многофункциональность Windows 2000.

Самая новая версия Windows Vista, вышедшая осенью 2006 г., ознаменовала переход с 32-битных систем на 64-битные. Из-за высоких системных требований этой версии (особенно 1 Гб RAM), большинство используемых компьютеров не могут производительно работать под Windows Vista. Выход этой версии, по-видимому, будет способствовать обновлению парка персональных компьютеров.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера - М: Изд. ОЛМА-ПРЕСС, 2003.

2. Таненбаум Э. Современные операционные системы - СПб.: Изд. Питер, 2002.

3. Шафрин Ю.А. Информационные технологии: В 2 ч. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.

4. Журнал "Инфо - Net - ПОИСК" http://oso.rcsz.ru/InfoNet/inf_mn.htm.

5. Журнал "Upgrade" http://www.upweek.ru/.

6. Журнал "Hard'n'Soft" http://www.hardnsoft.ru/.

7. Портал "IZone" http://www.izcity.com/.

Размещено на Allbest.ru

...