Операционные системы

1. Операционные системы

Университет Дубна, 2013
Доц. Сычев П.

2. Литература

Таненбаум Э. Современные операционные системы. – СПб.: Питер, 20013.
Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы. – СПб.: Питер,
2012.
Робачевский А.М. Операционная система UNIX, – СПб.: BHV – СанктПетербург, 2007 .

3. Введение

Что такое операционная система?
Это большая программа, обеспечивающая выполнение прикладных программ
на компьютере
Зачем она нужна?
Во-первых – обеспечение стандартного окружения для прикладных программ.
Связанная с этим понятие – компьютерная платформа.
Во-вторых - эффективное управление ресурсами компьютера. Каждый
компьютер содержит те или иные компоненты: процессор, оперативную
память, диски, графическую карту и т.д. и т.п. Необходимо обеспечить доступ
к этому оборудованию прикладным программам.

4. Введение

Hardware (AMD Phenom)
Processor architecture (IA-32)
OS kernel (Windows NT 6 (W7))
OS API & services (Win32)
Applications (MS Word, IE)
Оболочечная модель компьютера

5. Функции ОС

Основная функция операционной системы – служить платформой для
выполнения прикладных программ. Это обеспечивает переносимость
программ с одного компьютера на другой, если он снабжен совместимой
операционной системой. Пользователи используют компьютер для
решения своих задач с помощью прикладных программ. Таким образом
ОС создает виртуальный компьютер. Например, Windows компьютер.
Другая важная задача, вытекающая из первой – управление ресурсами
компьютера. Это включает:
-
управление
управление
управление
управление
управление
управление
процессором (процессорами),
оперативной памятью,
внешней памятью (файловая система),
другими устройствами (монитор, принтер, сканер и т.д.),
доступом к ресурсам компьютера (безопасность),
работой в компьютерной сети.

6. Компьютерная платформа

Компьютерная платформа определяет переносимость программного обеспечения. В
процессе компиляции и компоновки программы, она переводится с языка
программирования высокого уровня (например С++) в код конкретного процессора
(например IA-32), и, кроме того, в него вставляются системные вызовы конкретной
операционной системы (например Windows). В результате полученный исполняемый
файл привязан к:
Конкретному процессору (семейству процессоров)
Конкретной операционной системе (семейству ОС)
Самые известные компьютерные платформы:
Wintel – Windows + Intel architecture processors x86/x64
Lintel – Linux + Intel architecture processors x86/x64
Java – виртуальная машина Java

7. История ОС

Аналитическая машина Ч.Бэббиджа (Ch. Babbage) в 19-ом веке. Первый
программист – Ада Лавлейс (Ada Lovelace), дочь поэта Л.Байрона.
Первое поколение компьютеров (1944 – 1955): электронные лампы
Никаких операционных систем не имели. Каждый компьютер, как боевой
корабль, был уникальным, имел собственное имя и собственную команду.
Ни о какой переносимости программ речи не было.
Пример: БЭСМ (СССР, 1950)
Второе поколение компьютеров (1955 – 1965): транзисторы
Зачатки первых операционных систем.
Примеры: М-20 (СССР, 1962), интерпретирующая система ИС-2; IBM 7094,
FMS (Fortran Monitor System).
Первые языки программирования – fortran (1955), algol-60 (1960), LISP (1958)
БЭСМ-6 (СССР, 1967) – самая удачная машина в СССР. Мониторная система
«Дубна», развывшаяся в полноценную ОС.

8. История

ENIAC 1946-1955
17 тыс.ламп, 170 кв.м., 150 квт.
Программирование – переключатели и перемычки.

9. История ОС

UNIVAC-1
1951
5200 эл.ламп, 2 тыс оп/сек

10. История ОС

БЭСМ/БЭСМ-2, 1953
2 тыс оп/сек, 4 тыс эл.ламп, 8 экз.

11. История ОС

IBM 701, 1952 г.
19 экз.

12. История ОС

Стрела, 1953 г.
6200 ламп
2000 оп/сек
7 экз.

13. История ОС

БЭСМ-6 1968
1 млн оп/сек, 60 тыс.
транзисторов
Сверху: БЭСМ-6 ЛВТА ОИЯИ,
на переднем плане МикроБ –
попытка создать настольную
версию БЭСМ-6 (1992)

14. История ОС

Третье поколение компьютеров (1965 – 1980). Интегральные схемы
К середине 60-х годов была осознана ценность разработанного программного обеспечения
и необходимость его многократного использования.
Серия IBM/360 (1967) – серия программно-совместимых компьютеров от простой модели
IBM 360/20 до супер ЭВМ IBM 360/95. С точки зрения цены, электроники и
производительности – это совершенно разные компьютеры, но программно они
совместимы.
Операционная система OS/360 – бронтозавр программного обеспечения тех лет.
Несколько миллионов строк кода (на ассемблере!). Смотри книгу Ф.Брукса «Мифический
человеко-месяц» (F.Brooks, 1974).
Операционная система MULTICS – амбициозный проект MIT, AT&T, GE по созданию
универсальной многопользовательской ОС.
Создание UNIX (1969) – ключевой этап в развитии операционных систем. Первая
универсальная, многозадачная, многопользовательская и переносимая операционная
система. Основные авторы – К.Томпсон (K.Thomson), Д.Ритчи (D.Ritchi).

15. История ОС

IBM Series/360
1964
Сверху System/360 mod 91
NASA
Слева System/360 mod 20

16. История ОС

PDP-7, 1969
Копьютер, на котором
была создана первая
версия UNIX

17. История ОС

Четвертое поколение компьютеров (1980 – н/в). ПК
IBM PC (1981) – начало новой эры в развитии информационных технологий.
Apple Liza (1983) – первый компьютер с исключительно графическим пользовательским
интерфейсом (GUI). Впоследствии Apple Macintosh/Mac OS.
Microsoft Windows (1985) – первая версия самой распространенной на сегодня операционной
системы.
Linux (L.Torvalds, 1991) – первая, свободно распространяемая (в том числе в исходных текстах)
операционная система.
World Wide Web – WWW (Т.Бернерс-Ли, 1989, CERN) – появление протокола HTTP и
современного интернета.
Современный ПК превратился (по цене и распространенности) в бытовой прибор. С помощью
Интернет он связан с информационными и вычислительными ресурсами всего мира.
Современные операционные системы обеспечивают управление различными цифровыми
устройствами, предоставляя пользователю удобный и понятный интерфейс управления.

18. Классификация ОС

Мы будем классифицировать операционные системы по их сфере использования:
Универсальные ОС. Операционные системы для самых разных компьютеров,
используемых для различных целей. Самые распространенные и важные
универсальные ОС – MS Windows, Unix, Linux;
Специализированные ОС. В зависимости от специализации можно выделить:
Операционные системы реального времени для управления процессами.
Например управление технологическим оборудованием на производстве. Примеры
– QNX, VxWorks;
ОС сверхнадежных систем. В ряде случаев необходима исключительно надежная
вычислительная система, например для управления воздушным движением в
аэропорту. Для этого используются соответствующие вычислительные комплексы,
например HP Tandem/ Tandem OS;
ОС для встроенных систем, таких как карманные компьютеры, сотовые
телефоны, современные телевизоры и т.п. Примеры iOS, Android, Windows Phone
...

19. Современные ОС

Microsoft Windows – самая распространенная сегодня ОС (около 50% всех серверов, около
90% всех ПК)
Windows 1.0(1985), 2.0(1987), 3.0(1989), 3.1(1990) – 16-ти битные оболочки OС.
Windows 95 (1995), 98 (1998), Ме (2000) – потребительские (consumer) версии 32-х битных
ОС.
Windows NT 3.1 (1993), NT 4.0 (1996), 2000 (1999), XP (2002), Vista (2007), 7 (2009) –
универсальные 32-х битные и 64-х битные ОС.
UNIX. Не существует операционной системы с именем UNIX, зато существует большое
количество «ароматов» UNIX, более или менее совместимых между собой. Их основное
назначение – управление большими информационными системами.
Коммерческие – IBM AIX, HP UX, SUN(Oracle) Solaris и другие,
Свободно распространяемые – версии FreeBSD, NetBSD…

20. Современные ОС

Linux – свободно распространяемая операционная система. Новая модель
создания программного обеспечения – свободно распространяемые исходные
тексты, право пользователя изменять код.
Linux 1.0 (1993), 2.0 (1996). Линус Торвальдс (Linus Torvalds) создал первую
версию Linux (версия 0.01) в 1991 году на базе учебной ОС Minix (Э.Таненбаум) и
выложил в Интернет для последующего развития. Остается и сейчас лидером
команды.
Linux is not Unix. Исходные тексты Linux не основаны на коде UNIX и развиваются
самостоятельно. Linux, до некоторой степени, программно совместим с UNIX.
-
Linux получил широкое развитие:
Как относительно дешевое решение для серверов, где он успешно вытесняет
UNIX;
как альтернатива Windows для государственных учреждений (Китай и ряд других
стран) и компьютерных энтузиастов;
основная ОС для университетов и научных центров;
де факто стандартная ОС для высокопроизводительных компьютеров.
-
-

21. Современные ОС

Среди других современных ОС следует отметить:
IBM zOS
Несмотря на наступление эпохи Unix и Windows, многие жизненно важные
информационные системы, например большинство банков и фондовых бирж,
работают на мэйнфреймах zSeries фирмы IBM, дальних наследниках IBM/360. Они
стоят очень дорого, но обеспечивают очень высокий уровень надежности,
масштабируемости и управляемости.
Apple Mac OS X
Компьютеры Macintosh распространены гораздо меньше, чем ПК. Основная причина
этому – их делает только фирма Apple. Они имеют массу активных сторонников,
являются стандартом де-факто в ряде областей применения, например в
издательском деле. Большинство специалистов считают, что MacOS X и сегодня
является лидером в развитии пользовательского интерфейса.

22. Размеры ОС

Сравнение размеров некоторых ОС (количество строк, взято из [1])
Год
AT&T
1976
V6 9k
1979
V7 21k
1980
1982
BSD
Windows NT
4.1 38k
SIII 58k
1984
4.2 98k
1986
4.3 179k
1987
S5R3 92k
1989
S5R4 280k
1991
1993
Linux
0.01 10k
1.0 165k
3.1 6M
1996
2.0 470k
4.0 16M
1999
2.2 1.1M
2000
Free 1.0 235k
Free 4.0 1.4M
2000 29M
Таненбаум пишет:
Это больше напоминает сравнение яблок не с апельсинами, а с телефонными аппаратами.
Распухание операционных систем, похоже, также неотвратимо, как смерть и налоги

23. Основные термины современных ОС

Основные термины операционных систем:
Процесс. Любая программ, запущенная пользователем, исполняется в рамках процесса.
Это фундаментальное понятие современных ОС.
Файл. Вся, постоянно хранимая компьютером информация, хранится в виде файлов.
Файл – понятие гораздо более широкое и лежит в основе современных ОС.
Пользователь. Для того, чтобы пользователь мог работать на компьютере, он должен
быть зарегистрирован. В начале работы он должен себя идентифицировать, предъявив
свое имя и пароль (иногда еще смарт карту и/или отпечаток пальца). Пользователь
обладает определенными правами по отношению к ресурсам компьютера.
В течении всего курса мы будем подробно изучать эти понятия и соответствующие
подсистемы операционных систем.