Операциондук система (ОС)

Бир убакта аткарылуучу милдеттердин санына жараша операциялык системалар бир тапшырмалуу жана көп тапшырмалуу болуп бөлүнөт. Ядронун көлөмүнө жараша – микро ядролук жана макроядролук.

Аткарылган функциялардын санына жараша - адистештирилген жана жалпы максаттагы системаларга бөлүнөт.

Бир нече процессорлор менен жабдылган компьютерлердин операциялык системалары эки категорияга бөлүнөт: асимметриялык же симметриялуу иштетүү менен.

2.2. Бир тапшырмалуу жана көп тапшырмалуу ОС

Биринчи эсептөө системаларында кандайдыр бир программа мурункусу толук аяктагандан кийин гана аткарылышы мүмкүн. Анткени бул алгачкы эсептөө системалары жалпыга белгилүү болгон принциптерге ылайык курулган

Янош Жон фон Неймандын эмгеги, компьютердин бардык подсистемалары жана түзүлүштөрү борбордук процессор тарабынан гана башкарылчу. Борбордук процессор эсептөөлөрдү аткарууну да, маалыматтарды киргизүү/чыгаруу операцияларын көзөмөлдөөнү да ишке ашырган. Демек, оперативдүү эс жана тышкы түзүлүштөр ортосунда маалымат алмашып жатканда, процессор эсептөөлөрдү жүргүзө алган эмес. ЭЭМдин курамына атайын контроллерлорду киргизүү борбордук процессордо алынган маалыматтарды жана кийинки эсептөөлөрдү чыгаруу операцияларын өз убагында айкалыштырууга (параллелдештирүүгө) мүмкүндүк берди.

Бирок, баары бир, процессор кийинки киргизүү/чыгаруу операциясынын аякташын күтүп, тез-тез жана узак убакыт бою иштебей турду. Ошондуктан, эсептөө системасынын көп программалоо, же көп тапшырмалуу иштөө режимин уюштуруу сунушталды.

Мультипрограммалык иштөө режиминин мааниси бир программа (бир эсептөө процесси) кийинки киргизүү/чыгаруу операциясынын бүтүшүн күтүп турганда, чечимге башка программа коюлушу мүмкүн. Бул колдо болгон ресурстарды толугураак пайдаланууга жана милдеттердин белгилүү бир комплексин чечүү үчүн зарыл болгон жалпы убакытты кыскартууга мүмкүндүк берет.

Бирок, бул учурда, ар бир процесстин аткарылуу убактысы, биз алардын ар бирин жалгыз аткарганга караганда көбүрөөк болот. Мультипрограммалоо системанын өткөрүү жөндөмдүүлүгүн жогорулатат, бирок бир процесс эч качан бир программалык режимде иштегенге караганда ылдамыраак иштей албайт. Ар кандай ресурсту бөлүшүү ресурстун чыгышын күтүүгө кеткен кошумча убакыттын эсебинен катышуучулардын биринин ишин жайлатат.

Компьютер менен иштөөнүн интерактивдүү режиминин жана мультипрограммалоо режиминин айкалышы көп колдонуучу системалардын пайда болушуна алып келди. Сиз ар кандай жолдор менен бир нече тапшырмаларды параллелдүү аткарууну уюштура аласыз. Эгерде бул ар бир тапшырмага өз кезегинде белгилүү бир убакыт тилкеси бөлүнүп, андан кийин процессор эсептөөлөрдү улантууга даяр болгон башка тапшырмага которула тургандай жасалса, анда бул режим адатта убакыт бөлүшүү режими деп аталат.

2.3. Микро ядролук жана макро ядролук ОС

Микроядро системаларында ядро ​​(системанын негизги модулу) ондогон килобайттык тартиптеги чоңдукка ээ. Кызматтык колдонмолордун топтомун түзгөн башка модулдар зарылчылыкка жараша чакырылат. Бул ыкма структуралык программалоонун принциптерине шайкеш келет.

Бардык биринчи операциялык системалар микроядро болууга аргасыз болушкан, анткени компьютерлердеги оперативдик эс тутумдун көлөмү адегенде аз болгон. Мисалы, UNIX операциялык системасынын биринчи версиясы болгону 12 КБга жакын болгон. Бирок оперативдүү эс тутумдун көлөмү көбөйгөн сайын операциялык системалардын өзөктөрү акырындык менен өсө баштады.

Микро ядролук операциялык системалардын эң көрүнүктүү өкүлү QNX реалдуу убакыт операциялык системасы болуп саналат. Бул операциялык системанын ар кандай версияларынын көлөмү бар - 8ден 46 КБга чейин. 1990-жылдары кийинки муундагы операциялык системалардын көбү микроядро катары курулат деген ишеним кеңири тараган. Бирок, практика көрсөткөндөй, бул толугу менен туура эмес.

Иштеп чыгуучулар компакттуу микро ядрого ээ болгусу келет, бирок ошол эле учурда бул программалык модулу түздөн-түз аткарган мүмкүн болушунча көп функцияларды камтыйт. Бул микроядродон чакырылган башка модулдун суралган функциянын аткарылышы кошумча кечигүүлөргө да, кошумча татаалдыктарга да алып келгендигине байланыштуу.

Макроядролук системаларда ядро ​​монолиттүү, бөлүнбөйт. Windows, UNIX жана Linux сыяктуу заманбап жалпы максаттагы операциялык системалар макро ядролук системалар катары классификацияланат. Жогорку деңгээлдеги тилде жазылган программалар катары берилген бул системалардын өзөктөрү миллиондогон код саптарын камтыйт.

2.4. Атайын операциялык системалар

Бул класс реалдуу убакыт системаларын камтыйт; мобилдик эсептөө приборлорунун системалары; адистештирилген тармак системалары; ошондой эле окуучуларды тарбиялоого арналган системалар. Персоналдык компьютерлер пайда болгон мезгилде алардын операциялык системалары (DOS) да ушул класска кирген.

DOS (дисктик операциялык системалар). Эреже катары, бул жөн гана кээ бир резиденттик подпрограммалар, башка эч нерсе эмес. Ал колдонуучунун программасын эс тутумуна жүктөйт жана ага башкарууну өткөрүп берет, андан кийин программа системага каалаганын жасайт. Программа аяктагандан кийин, машина DOS ишин уланта ала тургандай абалда калышы керек деп эсептелет (негизинен DOS программаны системаны иштебеген абалга келтирүүгө тоскоол боло албайт).

IBM PC үчүн MS DOS диск операциялык системасы бул класстагы системанын мисалы болуп саналат. Ырас, ал бир нече программаларды жүктөй алат, бирок ал бул программаларды бир эле учурда аткарууга каражат бербейт. Бул класстын системаларынын болушу алардын жөнөкөйлүгүнө жана аз ресурстарды керектөөсүнө байланыштуу.

Реалдуу убакыт системалары– реалдуу убакыт режиминде деп аталган тиркемелерди иштеп чыгууга көмөктөшүү үчүн иштелип чыккан системалар. Бул компьютердик эмес жабдыктарды башкаруучу программалар, көбүнчө жооп берүү убактысына өтө катуу чектөөлөр бар. Мындай колдонуунун мисалы, канаттуу ракетанын борттогу компьютердик программасы, бөлүкчөлөрдүн тездеткичтерин башкаруу системасы же өнөр жай жабдуулары болот. Мындай системалар көп иштетүүнү, тышкы окуяга кепилденген жооп берүү убактысын, таймерге жана тышкы түзмөктөргө оңой жетүүнү колдоого алышы керек.

Мындай системанын мисалы QNX OS болуп саналат. Мультимедиа жогорку сапаттагы ишке ашыруу менен системага реалдуу убакыттагы өндүрүштүк тапшырмалар сыяктуу эле талаптарды койгону кызык. Мультимедиада негизги көйгөй экрандагы сүрөттү үн менен синхрондоштуруу болуп саналат. Ошол тартипте. Үн, адатта, өзүнүн таймери бар тышкы аппараттык түзүлүш тарабынан түзүлөт жана сүрөт аны менен синхрондолот. Адам үн агымында анча-мынча убактылуу бир тексиздикти байкай алат. Тескерисинче, визуалдык агымда кадрдын өтүшү анча байкалбайт жана үн менен сүрөттүн ортосундагы дал келбестик 30 мс кечиктирүүлөрдө байкалат. Ошондуктан, жогорку сапаттагы мультимедиялык системалар синхрондоштурууну бирдей же андан жогору тактык менен камсыз кылышы керек, бул жумшак реалдуу убакыт системаларынан анча деле айырмаланбайт.

Окуучулардын окуу системалары. UNIXтин алгачкы күндөрүндө (версия 6) анын баштапкы коду AT&T лицензиясы астында кеңири жеткиликтүү болгон жана жигердүү изилденген. Австралиядагы Жаңы Түштүк Уэльс университетинин кызматкери Джон Лионс UNIX аркылуу этап-этабы менен кыскача китепче жазган. AT&T уруксаты менен бул китепче окуу системалары боюнча көптөгөн университет курстарында колдонулган. 7-версиянын чыгышы менен UNIX кымбат коммерциялык продукт болуп калды. Ал таркатылып жаткан лицензия анын коммерциялык сыр статусуна доо кетирбөө үчүн окуу курстарында баштапкы кодду окутууга тыюу салган. Ошондуктан, көптөгөн университеттер жөн гана бир теорияга ыраазы болуп, UNIXти изилдөөнү токтотушту. Кырдаалды оңдоо үчүн Эндрив Таненбаум 1987-жылы өзүнүн MINIX (мини-UNIX) операциялык системасын жазып, студенттерге, колдонуучунун көз карашы боюнча UNIX менен шайкеш келет, бирок ички толугу менен көз карандысыз.

Бул системанын ядросунда болгону 4000 сап код болсо, UNIXте же Windowsта миллиондогон саптар коддон турат. Система ушунчалык кичинекей болгондуктан, анын кантип иштээрин башталгыч да түшүнө алат. MINIX колдонуучуларынын бири Линус Торвальдсен аттуу фин студенти болгон. Аны компьютерине орнотуп, баштапкы кодду кылдат изилдеп чыккан. Бул системаны өркүндөтүү боюнча тажрыйба 1991-жылы LINUX операциялык системасын түзүүгө алып келген. MINIX колдонуучуларынын бири Линус Торвальдсен аттуу фин студенти болгон. Аны компьютерине орнотуп, баштапкы кодду кылдат изилдеп чыккан. Бул системаны өркүндөтүү боюнча тажрыйба 1991-жылы LINUX операциялык системасын түзүүгө алып келген.

MINIX колдонуучуларынын бири Линус Торвальдсен аттуу фин студенти болгон. Аны компьютерине орнотуп, баштапкы кодду кылдат изилдеп чыккан. Бул системаны өркүндөтүү боюнча тажрыйба 1991-жылы LINUX операциялык системасын түзүүгө алып келген.

Тармактык системалар. Бул термин эки башка мааниде колдонулат:

1. Тармактык кызматтарды көрсөтүү үчүн гана иштелип чыккан тутумдар, DOS диск каражаттарын камсыз кылуу үчүн иштелип чыккан сыяктуу. Бул түшүнүк Novell Netware же, мисалы, Cisco роутер программасы сыяктуу жогорку адистештирилген системаларга туура келет.

2. Тармактык кызматтарды көрсөтүүгө жөндөмдүү системалар. Дээрлик бардык заманбап жалпы максаттагы операциялык системалар бул аныктамага туура келет.

2.5. Жалпы максаттагы операциялык системалар

Бул класска мурда саналып өткөн бардык функцияларды аткарган (реалдуу убакыт режиминде колдоо көрсөтүүнү кошпогондо) жана убакыт бөлүшүү режиминде бир же бир нече колдонуучулардын интерактивдүү иштеши үчүн иштелип чыккан, системанын жооп берүү убактысына өтө катуу талаптар коюлбаган системалар кирет.

Эреже катары, мындай системаларда системанын өзүн, программалык камсыздоону жана колдонуучунун маалыматтарын программалар менен колдонуучулардын ката жана зыяндуу аракеттеринен коргоого чоң көңүл бурулат. Эреже катары, мындай системалар процессордун архитектурасына орнотулган коргоону жана эстутум виртуалдаштырууну колдонушат. Бул класска ар кандай Unix үй-бүлөлөрү, OS/2, Windows NT үй-бүлөсү сыяктуу кеңири таралган системалар кирет.

Жалпы максаттагы операциялык системалар бир же бир нече процессору бар компьютерлерде иштей алат. Көп процессорлуу ОС эки категорияга бөлүнөт - симметриялык же симметриялуу эмес.

2.6. Асимметриялык иштетүү менен системалар

Асимметриялык мультипроцессинг (ASMP) операциялык тутумдары, адатта, бир эле процессордо жергиликтүү кодду иштетүүнү тандашат, ал эми башка процессорлор колдонуучунун тапшырмаларын гана аткарышат. OS коду бир процессордо иштегендиктен, учурдагы унипроцессордук ОСти жаңыртуу менен ASMP OS түзүү оңой.

ASMP Операциялары өзгөчө асимметриялык аппараттык жабдыктарда иштөөгө ылайыктуу, мисалы, ага сопроцессору бар процессор же жеткиликтүү эстутумдун бардыгын бөлүшпөгөн эки процессор. Бирок, мындай ОСти портативдик кылуу кыйын. Ар кандай өндүрүүчүлөрдүн жабдыктары (жана бир эле өндүрүүчүнүн аппараттык жабдыктарынын ар кандай версиялары) түрү жана асимметрия даражасы боюнча айырмаланат. Же аппараттык өндүрүүчүлөр бир ОСке көңүл бурушу керек,

2.7. Симметриялуу иштетилүүчү системалар

Симметриялык көп иштетүүчү системалар (SMP) OS кодун каалаган бош процессордо же бир эле учурда бардык процессорлордо иштетүүгө мүмкүндүк берет, бардык эстутум процессорлордун ар бирине жеткиликтүү. Бул ыкма бир нече процессорлордун күчүн толугураак пайдаланат, анткени кайсы тиркемелер иштеп жатканына карабастан, процессордун убактысын жакшыраак пайдаланат. ОСти бир гана процессордо иштетүү, калгандары иштебей турганда аны катуу жүктөй алат, бул системанын иштешин төмөндөтөт; тутумдагы процессорлордун саны көбөйгөн сайын, ОС тарабынан аткарылган иш-аракеттердин тоскоолдукка айлануу ыктымалдыгы жогорулайт. Системанын жүгүн бирдей бөлүштүрүүдөн тышкары, SMP системалары кемчиликтерден улам токтоп калуу убактысын азайтат, анткени бир процессор иштебей калса, OS коду башкаларында аткарылышы мүмкүн. Акыр-аягы, симметриялык аппараттык ар кандай сатуучулар тарабынан окшош жолдор менен ишке ашырылгандыктан, ал көчмө SMP OS түзүүгө болот.