Systemy operacyjne, PDF - informatyka wszystko co porzebujecie
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Systemy operacyjne, rodzaje, cele, zadania i
kierunki ich rozwoju
System operacyjny (angielskie operating system, OS), program (w sensie ogólnym, w
realizacji - układ wielu programów) działający jako pośrednik między użytkownikiem
komputera a sprzętem komputerowym.Zadaniem systemu operacyjnego jest tworzenie
bezpiecznego i niezawodnego środowiska, w którym użytkownik może wykonywać swoje
programy w sposób wygodny i wydajny.Nie podaje się jednoznacznej definicji systemu
operacyjnego, w zamian operuje się cechami wyróżniającymi ten rodzaj oprogramowania.
Są to m. in.:
1) duża złożoność (80 tys. jednostek funkcjonalności i więcej);
2) systemy operacyjne są sterowane przerwaniami (zdarzeniami);
3) system operacyjny rozpoczyna działanie jako pierwszy program w komputerze i nie zaprzestaje działania aż do
wyłączenia komputera.
Pod względem sposobu komunikacji z użytkownikiem rozróżniamy:
systemy tekstowe
- komunikujące się za pomocą wydawanych z linni poleceń komend (CP/M, DOS)
systemy graficzne
- komunikujące się za pomocą graficznych okienek i symboli (ikon). Obsługa komputera polega
na manipulowaniu, za pomocą kursora myszy lub klawiszami, symbolami które odpowiadają określonym zadaniom
(Windows, MacOS i inne).
Z kolei pod względem architektury, systemy operacyjne dzielimy na:
monolityczne
- o najprostszej strukturze i jednozadaniowe, czyli gdy system może jednocześnie wykonywać tylko
jedno zadanie.
warstwowe
- o hierarchicznej strukturze poleceń systemowych, system może już wykonywać w tym samym czasie
kilka poleceń (np. nadzorować proces drukowania w czasie edycji tekstu w programie).
klient/serwer
- o bardzo rozbudowanej strukturze, gdzie pełnią nadzór nad podrzędnymi systemami
zainstalowanymi w poszczególnych komputerach sieci. Aplikacje postrzegane są przez system operacyjny jako
"klienci" dostarczających im swoich usług serwerów. "Klienci" komunikują się z serwerami poprzez jądro systemu a
każdy serwer pracuje w własnej, wydzielonej i chronionej przestrzeni adresowej pamięci operacyjnej, dobrze
odizolowany od innych procesów. Systemy typu klient/serwer rozporządzają i wykonują zadania na trzy sposoby:
1
- wszystkie aplikacje wykonywane są przez serwer a wyniki wyświetlane na ekranie "klienta".
2
- serwer dostarcza danych dla aplikacji uruchamianych na komputerze "klienta".
3
- wszystkie komputery współpracują ze sobą jak równy z równym (peer to peer), korzystając wzajemnie ze swoich
zasobów.
Najważniejsze cechy jakie decydują o użyteczności systemu
- Łatwość instalacji i użytkowania systemu.
- Koegzystencja z innymi systemami tzn., możliwość czytania i zapisywania danych na partycjach innych systemów
oraz współpraca i wymiana danych pomiędzy komputerami w sieci lokalnej i Internecie.
- zgodność sprzętowa tzn.,możliwość instalacji na konkretnym komputerze utrudnia czasem brak odpowiednich
sterowników do określonych urządzeń.
- wymiana danych tzn.,możliwość czytania i wymiany dokumentów między różnymi aplikacjami przystosowanymi do
różnych systemów.
- przystosowanie do pracy w Internecie tzn.,możliwości i wygoda w przeglądaniu witryn, wymiany protokołów
Internetowych itp..
- Cena
- Ilość aplikacji działającej na danym systemie tzn., nawet najlepiej działający system będzie niewiele wart, jeśli nie
będzie posiadał bogatego oprogramowania przystosowanego na swoją platformę.
- Lokalizacja
(możliwość porozumiewania się z systemem w narodowym języku).
Nic nie stoi na przeszkodzie aby zainstalować na naszym komputerze kilka systemów operacyjnych. Aby jednak to
zrobić musimy utworzyć dla każdego z nich oddzielną partycję. Na dysku podzielonym na kilka części o wiele trudniej
jednak zarządzać wszystkimi systemami. Aby to ułatwić powstały programy, które umożliwiają uruchomienie
systemów z poszczególnych partycji. Ich podstawowym zadaniem jest możliwość wystartowania komputera (systemu
operacyjnego) z dowolnej partycji i z dowolnego dysku. Bootmanagery lub bootloadery bo o nich tu mowa stanowią
jakby semafor który daje zielone światło zaraz po uruchomieniu komputera systemowi operacyjnemu pod którym
chcemy akurat pracować. Ponadto w przypadku gdybyś chciał od czasu do czasu zamienić swój komputer na któryś z
dawnych 8 i 16 bitowych modeli takich jak Commodore czy Amstrad, to powinieneś posłużyć się tzw. Emulatorem.
Jest to program naśladujący pracę swojego pierwowzoru. Jego podstawowymi elementami są cyfrowe modele
kluczowych elementów architektonicznych emulowanego komputera, w tym również samego procesora. Stworzenie
całościowego modelu funkcjonalmego głównych komponentów urządzenia w połączeniu z wykorzystaniem kodu
oryginalnego oprogramowania pozwoli na uruchomienie na naszym pececie "wirtualnego" Atari czy Commodora
Dla wielu użytkowników kontakt z systemem operacyjnym ogranicza się do systemu plików. Udostępnianie użytecznych i
przyjaznych sposobów porozumiewania się z użytkownikiem nie należy do bezpośrednich zadań systemu
operacyjnego.Istnieje wiele systemów operacyjnych różnych rodzajów i przeznaczenia, a wśród nich: systemy z
graficznym interfejsem użytkownika, np. Microsoft Windows lub MOS, systemy z interfejsem tekstowym, np. (klasyczny)
system UNIX lub MS-DOS, różnorodne odmiany systemów wzorcowych, np. systemy uniksowe, systemy z setkami
użytkowników (jak dawne systemy MULTICS, GEORGE 3) i współczesne systemy na miarę telefonu komórkowego
(technologia Jini).O systemach operacyjnych powiada się (zgodnie z rzeczywistością), że są pisane przez jedno
pokolenie, a używane przez następne. Systemy operacyjne są kamieniami milowymi w historii informatyki.
Od architektury systemu operacyjnego zależą takie niebagatelne cechy użytkowe systemu, jak efektywność i
stabilność działania.
Na rynku systemów operacyjnych dla komputerów PC konkurują ze sobą trzy architektury ? Windows
95/98/Millennium, Windows NT/2000 oraz zyskujący coraz większą popularność Linux.
System operacyjny jest praktycznie niewidoczny, widzimy jedynie jego interfejs do komunikacji z użytkownikiem.
Widoczny interfejs to tylko jeden z wielu elementów ? istotny, ale bynajmniej nie najważniejszy, np. uroda Windows
przyczyniła się do popularyzacji tego systemu, ale w żaden sposób nie wpływa na stabilność systemu. Systemom
operacyjnym komputerów stawia się wiele zadań, w zasadzie identycznych dla wszystkich. Sposób realizacji tych
zadań, szybkość, a nierzadko nawet możliwość ich wykonania, zależą od architektury systemu. Również od
architektury systemu zależy jego stabilność ? cecha bardzo istotna w wielu zastosowaniach, a zawsze bardzo
pożądana.
Co robi system operacyjny?
System operacyjny to zbiór procedur i programów pośredniczących między uruchamianymi aplikacjami a sprzętem.
Podczas codziennej pracy komputera system operacyjny jest zawsze obecny , działa od chwili startu (chwilę po
włączeniu komputera) do momentu zakończenia pracy.
Podstawowe zadania przypisywane dzisiejszym systemom operacyjnym to:
- Zarządzanie zasobami maszyny. System operacyjny optymalizuje wykorzystanie poszczególnych urządzeń
wchodzących w skład komputera oraz steruje nimi. Specjalne moduły wchodzące w skład systemu operacyjnego
(sterowniki) udostępniają aplikacjom jednolity sposób programowania urządzeń (interfejs), dzięki czemu każdy nowy
srzęt będzie współdziałać ze wszystkimi aplikacjami, o ile producent sprzętu przygotuje odpowiedni sterownik.
- Gromadzenie danych na dyskach i zarządzanie nimi. Każdy system operacyjny jest wyposażony w moduł
obsługujący system plików. System plików to struktura danych umieszczonych na dysku, która pomaga logicznie
uporządkować dane, dzieląc je na pliki i grupując w katalogach.
- Maszyny wirtualne. System operacyjny udostępnia aplikacji tzw. maszynę wirtualną, czyli uproszczony obraz
maszyny, na której pracuje aplikacja. System udostępnia aplikacji szczegóły dotyczące komputera oraz dodatkowe
rozszerzenia, które ułatwiają pracę (np. katalog udostępniony przez sieć aplikacja widzi tak samo, jak znajdujący się
na lokalnym dysku. Aplikacja korzystająca z takiego katalogu nie zajmuje się obsługą sieci. Aby mogła się tam dostać,
system operacyjny ?udaje?, że jest to katalog lokalny i udostępnia go aplikacji).
- Wielozadaniowość. Na jednym komputerze może działać wiele aplikacji jednocześnie. Każda otrzyma własną
maszynę wirtualną i będzie mogła działać tak, jakby była jedyną aplikacją pracującą na komputerze. Dzięki temu nie
trzeba specjalnie przystosowywać aplikacji, aby mogła "podzielić się" maszyną z innymi (np. przez zwrócenie
procesora innej aplikacji).
- Interakcja z użytkownikiem. Tę rolę spełnia zewnętrzna warstwa systemu, nazywana powłoką (shell), która
umożliwia użytkownikowi uruchomienie aplikacji. W środowiskach graficznych do tej części systemu zalicza się
również standardowe elementy interfejsu wykorzystywane przez aplikacje, np. standardowe okienka dialogowe,
kontrolki itd.
- Komunikacja z innymi maszynami. To jeden z najważniejszych elementów systemu. Dzięki modułom obsługującym
sieć mamy dostęp zarówno do Internetu, jak i do dysków komputera stojącego na sąsiednim biurku lub do drukarki
sieciowej.
Warstwy systemu
W każdym systemie operacyjnym występują mniej lub bardziej wyodrębnione warstwy, spełniające różne funkcje. W
ogólnym modelu są to: warstwa odpowiedzialna za współpracę ze sprzętem, jądro systemu realizujące jego funkcje
oraz powłoka, stanowiąca interfejs użytkownika. O różnicach między systemami decydują przede wszystkim sposoby
komunikowania się systemu z aplikacjami oraz same rozwiązania realizacji poszczególnych funkcji w systemie.
Ilu bitowy jest system?
Dość powszechne jest określanie systemów jako 16-bitowe (DOS, Windows), 32-bitowe (Linux, Windows NT,
Windows 95-ME) czy też ostatnio 64-bitowe dla procesorów IA-64. Na czym polega relacja między systemem a
długością rejestrów procesora?
Właśnie długość rejestrów procesora, dla którego projektowany był system, wyznacza podstawowy format
wewnętrznych zmiennych, znaczników i tablic systemowych. Ze względu na szybkość działania systemu najchętniej
stosowane są zmienne o długości odpowiadającej długości rejestrów procesora, co pociąga za sobą pewne
konsekwencje. Na przykład, konsekwencją stosowania 16-bitowych zmiennych systemowych były ograniczenia
wielkości partycji dyskowych, a w późniejszym okresie , również pojemności całych dysków. Także sposób
zarządzania innymi zasobami, przede wszystkim pamięcią RAM, zależy od długości słowa procesora.
Systemy operacyjne historia , możliwości , rodzaje
DOS
DOS jest jednym z najbardziej znanych, obok Microsoft Windows, systemów operacyjnych. Jego rozwój pokazuje, jak
wyglądała ewolucja komputerów osobistych, kiedy pojawiały się techniki tworzące dzisiejsze komputery. Nazwa MS-
DOS, to skrót od Microsoft Disk Operating System, czyli Dyskowy System Operacyjny firmy Microsoft. System działa
głównie w trybie tekstowym. Wszystkie polecenia wydaje się za pomocą klawiatury. Istnieją nakładki, które pozwalają
uniknąć żmudnego wpisywania komend, są to np. :
- Norton Commander - najpopularniejszy menedżer plików,
- Dos Navigator - równie popularny,
- DosShell - dostarczany wraz z Dos'em, do wersji 5.0, ale nie jest najlepszym rozwiązaniem
- Foltyn Commander - niezły klon NC, całkowicie po polsku
- Volkov Commander - to samo co NC, choć może nawet lepszy
- The DOS Controller - prosty, ale zajmuje tylko 50 kB
Istnieje jeszcze cała gama tego typu programów, ale nie ma sensu wymieniania ich wszystkich, gdyż ta strona
dotyczy samych systemów, a nie nakładek.
Specyficznym programem działającym pod kontrolą MS-Dosa, który jest jednocześnie nakładką i środowiskiem
graficznym jest Windows, dlatego też jego opis znajduje się na stronie.
Wszystkie procesy odbiera i interpretuje program, będący powłoką systemu - 'command.com', wchodzący zresztą w
jego skład.
Na system oprócz tego pliku, składają się jeszcze dwa - 'io.sys' oraz 'msdos.sys'. W skład systemu wchodzi również
oprogramowanie dodatkowe, które dostarcza Microsoft wraz z systemem.
System podczas ładowania działa w następujący sposób :
Po wczytaniu zbiorów systemowych 'io.sys' i 'msdos.sys', następuje odszukanie plików konfiguracyjnych 'config.sys', a
potem 'autoexec.bat'.
DOS jest systemem jednozadaniowym, to znaczy w dowolnej chwili tylko jeden program może pracować pod jego
kontrolą. System jednozadaniowy bywa nazywany również systemem jednoużytkownikowym (ang. single user-
system), w związku z tym, że w jednej chwili może obsługiwać tylko jednego użytkownika.
Zakres czynności wykonywanych przez system operacyjny DOS obejmuje:
1. Zarządzanie pamięcią operacyjną (przydzielenie pamięci zadaniu, zwolnienie pamięci).
2. Sterowanie pracą urządzeń zewnętrznych (obsługa klawiatury, wyświetlania na monitorze, obsługa odczytu i zapisu
pamięci zewnętrznej, obsługa złącz szeregowych i równoległych).
3. Zarządzanie informacją zapisaną w pamięci zewnętrznej poprzez organizację systemu plików (tworzenie,
zapisywanie, odczytywanie, kasowanie plików w hierarchicznej strukturze).
4. Komunikację z użytkownikiem i udostępnianie pozostałych elementów oprogramowania (podstawowego,
narzędziowego, użytkowego).
5. Kontrolę poprawności pracy sprzętu i organizację w sytuacjach awaryjnych (brak urządzenia zewnętrznego, brak
dostępu do urządzenia zewnętrznego, błąd w pamięci operacyjnej, błąd odczytu z klawiatury, błąd zapisu w pamięci
zewnętrznej)
W 1980 roku Seattle Computer Products pisze 86-QDOS, emulator CP/M-80 dla pierwszego 16-bitowego procesora
Intela. W 1981 roku Microsoft kupuje od Seattle Computer Products 86-DOS by wypełnić zobowiązania kontraktu z
IBM na system operacyjny do przygotowywanego komputera IBM PC, zmienia go tak by mógł pracować na IBM PC i
nazywa MS-DOS. Pierwsza wersja beta zaczyna pracować na IBM PC w lutym 1981 roku. W sierpniu 1981 roku
pokazany zostaje MS-DOS 1.0, zajmujący 13K dysku i pracujący na 8K pamięci operacyjnej. W listopadzie 1981 roku
dodana zostaje obsługa dwustronnych dyskietek 320K. IBM sprzedaje go wraz ze swoimi komputerami jako PC-DOS;
Microsoft może rozwijać go i oferować oddzielnie pod nazwą MS-DOS.
Dwa lata później, w 1983 roku, wraz z IBM PC/XT pojawia się napisany praktycznie od nowa MS-DOS 2.0, z
hierarchiczną strukturą katalogów i możliwością instalowania sterowników do urządzeń; zajmuje 41K, pracuje na 24K
pamięci. Na początku 1984 roku dodane jest wsparcie dla języków narodowych.
W sierpniu 1984 MS-DOS 3.0 dla IBM PC/AT pozwala na stworzenie rozszerzonej partycji na dysku, liczącej do 32 MB
i ma wbudowaną obsługę stacji 1.2 MB; system zajmuje 60K na dysku. Wersja 3.1 dodaje obsługę sieci, 3.2 - obsługę
dyskietek 3.-5-calowych 720K. W listopadzie 1985 pojawia się Microsoft Windows; nakładka graficzna na DOS. Wersja
3.3 z maja 1987 pozwala na definiowanie dysków logicznych w rozszerzonej partycji dysku twardego, wprowadzone
zostają strony kodowe.
W czerwcu 1988 roku MS-DOS 4.0 przekracza barierę 32 MB dla partycji, ma tez wsparcie dla pamięci rozszerzonej;
system zajmuje 108K, pracuje w 75K pamięci operacyjnej. Wersja 5.0 z 1991 ma wsparcie dla wysokiej pamięci,
system pomocy i program do zarządzania zawartością dysku (MS-DOS Shell); system zajmuje 118K, pracuje w 60K
pamięci.
Wersja MS-DOS 6.0 w 1993 roku zostaje wyposażona w zestaw programów narzędziowych do przygotowywania kopii
zapasowych, ochrony przed wirusami, defragmentacji dysku, kompresji dysku, zarządzania pamięcią; ma także
wsparcie dla stacji CD-ROM, zarządzanie poborem mocy pozwalające na oszczędność baterii na komputerach
przenośnych.
MS-DOS 7.0... już nie wychodzi, choć tak początkowo nazywano projekt Microsoft pod nazwą kodową Chicago,ktory
znamy jako Windows 95.
DOS był przez długi czas czynnikiem ograniczającym rozwój komputerów osobistych IBM PC. Wynikało to po części z
podejścia firmy IBM do swego projektu Personal Computer. Miał to być rodzaj drugorzędnego produktu, planowano
sprzedanie go w nie więcej niż 50 tysiącach sztuk; byl przeznaczony dla pojedynczego użytkownika i do rpacy z
jednym programem. DOS jako system dla PC miał być najwyżej tak dobry jak CP/M, system operacyjny pracujący na
niektórych 8-bitowych mikrokomputerach w tych czasach, a stworzony w 1974 roku przez Digital Research, firmę, do
której początkowo zwrócił się IBM zpropozycją napisania systemu dla IBM PC i dopiero gdy ta odmówiła, IBM zwrócił
się do Billa Gatesa z Microsoft.
Przez pierwsze kilka lat realizacji takiej polityki MS-DOS był powoli rozbudowywany, bez wprowadzania rewolucyjnych
zmian, takich jak praca z wieloma programami jednoczesnie (multitasking). System zaczął się szybko starzeć. Jednak
sukces komputerów osobistych, ogromna liczba użytkowników i rozwój sprzętu w koncu wręcz wymusiły rozwój DOS,
a także pojawienie się Windows. W czerwcu 1991 roku według pisma PC Computing na DOS działało 20 tysięcy
komercyjnych programów na 50 milionach komputerów w samych tylko Stanach Zjednoczonych; DOS miał już wtedy
13 wersji językowych.
MS-DOS jest najbardziej znaną, ale nie jedyną wersją DOS. W październiku 1983 roku pojawia się PC-DOS firmy IBM,
przeznaczony dla komputerów PCjr. W połowie 1990 roku pojawił się DR-DOS 5.0, produkt firmy Digital Research i
początkowo odniósł spory sukces; miał lepsze zarządzanie pamięcią i zbiór programów narzędziowych niż ówczesny
MS-DOS 4.x. Digital Research zostaje przejęty przez Novella w 1991 roku i już jako jego część opracowuje Novell DOS
7.0. Novell miał nadzieje na wsparcie nim swego flagowego sieciowego systemu Netware. W 1995 roku pojawia się
również PC-DOS 7.0. Jednak żadnen z tych produktów, porównywalnych a w niektórych dziedzinach przewyższających
MS-DOS nie zachwiał dominującej pozycji Microsoft na rynku
MS-DOS trudno nazwać systemem operacyjnym w
obecnie przyjętym znaczeniu tego określenia. Tym niemniej jego budowa i ograniczenia są dla nas istotne, ponieważ
elementy DOS-u tkwią również we współczesnych Windows. DOS jest systemem jednozadaniowym, nie zapewnia
ochrony, nie zarządza zasobami maszyny. Zajmuje się jedynie obsługą systemu plików, wsparciem dla programów
rezydentnych, wykonuje też kilka dodatkowych funkcji. Programy rezydentne, będące sterownikami urządzeń,
udostępniają aplikacjom własne specyficzne interfejsy, co stwarza niemało problemów programistom aplikacji, ze
względu na konieczność zapewnienia komunikacji z wieloma urządzeniami. Aplikacja systemu DOS ma bezpośredni
dostęp do sprzętu i tylko 640 kB dostępnej pamięci. Można było osiągnąć dostęp do większej ilości pamięci, wiązało
się z tym jednak wiele utrudnień ? większą pamięć musiały obsługiwać dodatkowe sterowniki EMS i XMS.
Architektura DOS złożona jest z trzech warstw: BIOS-u, czyli warstwy komunikacji ze sprzętem (w skład tak
pojmowanego BIOS-u wchodzi również jeden z ładowanych modułów systemu, nie tylko BIOS z pamięci ROM), jądra
systemu (zawiera głównie system obsługi plików) oraz prymitywnej powłoki, czyli interfejsu użytkownika
command.com. Jednak w praktyce aplikacje komunikują się ze sprzętem z pominięciem zarówno jądra, jak i BIOS-u,
jedynie za pośrednictwem sterowników.
Gdy na rynku pojawiły się mocniejsze maszyny, pozwalające na uruchomienie dużych i złożonych aplikacji,
architektura DOS stała się poważnym ograniczeniem, utrudniającym wykorzystanie mocy nowych maszyn. Pojawiły
się programy-środowiska, umożliwiające uruchomienie w systemie DOS aplikacji działających w trybie rozszerzonym
(286) lub programów 32--bitowych, tzw. extendery. Równocześnie powszechnie stosowane procesory, wyposażone w
tryb pracy chronionej (Protected Mode), ?domagały się? lepszego wykorzystania, co stało się motorem dla
poszukiwań innych rozwiązań.
Windows
Windows
to ogólna nazwa jednego z najbardziej znanych systemów operacyjnych przeznaczonych na komputery
klasy IBM PC. System ten, opracowany i systematycznie ulepszany przez amerykańską firmę komputerową Microsoft
Corporation, na początku lat dziewięćdziesiątych, wykorzystując przejrzyste graficzne GUI, zrewolucjonizował sposób
komunikacji przeciętnych użytkowników z komputerem, czyniąc go w pełni użytecznym narzędziem pracy i rozrywki
również na polu domowych zastosowań. Jego kolejne wersje wykorzystując coraz to bardziej zaawansowane
technologie, umożliwiają intuicyjną i prostą obsługę zaawansowanych aplikacji i kontrolę podłączonych do komputera
urządzeń. Producent wraz z systemem dostarcza użytkownikowi również podstawowe aplikacje tekstowe i graficzne,
oraz za dodatkową opłatą ściśle współpracujące z systemem zaawansowane pakiety biurowe takie jak MS. Office czy
MS. Works.
Koncepcja interfejsu graficznego, z oknami, w których będą uruchamiane programy, narodziła się już w latach
siedemdziesiątych w laboratoriach firmy Xerox w Palo Alto w Kalifornii. W 1977 roku powstał komputer Xerox Star, w
którym posługiwano się myszką do pracy z oknami i ikonami na ekranie, nie wszedł jednak do masowej produkcji.
Później pojawił się komputer o nazwie Lisa, stworzony przez Apple, (technologię środowiska graficznego firma Apple
otrzymala bezpłatnie od firmy Xerox) z oknami i myszką jako urządzeniem wejściowym. Lisa nie sprzedawała się
jednak dobrze i dopiero następny produkt Apple - komputer Macintosh - pokazał, jak wygodne w użyciu może być
środowisko graficzne sterowane myszką. Na komputerach PC panował wtedy DOS; firma Digital Research pojęła
próbę stworzenia podobnego środowiska - projektując GEM (Graphics Environment Manager). GEM również nie
zdobył rynku, pojawił się w kilku programach, między inymi w popularnym swojego czasu w Polsce programie do
składu Ventura Publisher. Microsoft tworząc Windows nie wymyślił więc ani środowiska graficznego, ani myszki ani
[ Pobierz całość w formacie PDF ]