Главная страница
qrcode

Староверова - Операционные системы. Учебник Н. А. Староверова 1 40


Скачать 10.33 Mb.
НазваниеУчебник Н. А. Староверова 1 40
Дата13.06.2021
Размер10.33 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаСтароверова - Операционные системы.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипУчебник
#47222
страница1 из 46
Каталог
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   46
•САНКТПЕТЕРБУРГ•МОСКВА•КРАСНОДАР•
•2021•
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Учебник
Н. А. СТАРОВЕРОВА
1 / 40
© Издательство «Лань», 2021
© Н. А. Староверова, 2021
© Издательство «Лань»,
художественное оформление, 2021
Обложка
П. И. ПОЛЯКОВА
УДК 004.451
ББК 32.972.11я723
С 77
Староверова Н. А. Операционные системы : учебник для СПО /
Н. А. Староверова. — СанктПетербург : Лань, 2021. — 412 с. : ил. —
Текст : непосредственный.
ISBN 9785811463855
В данном учебнике рассматриваются основные вопросы, связанные со структурой и развитием операционных систем. В основу учебника легли статьи, лекции и лабораторные работы, разрабатываемые в рамках дисциплин «Операционные системы» и «Системное программное обеспе
чение».
Внимание уделено таким темам, как история и перспективы развития операционных систем, структура, вопросы диспетчеризации, много
поточности.
В рамках лабораторных работ рассматривались принципы работы в операционной системе UNIX.
УДК 004.451
ББК 32.972.11я723 2 / 40
3
ВВЕДЕНИЕ
Тенденции развития операционных систем
Как известно, операционные системы (Далее ОС), с этапа их появления еще в 60-х гг. минувшего века, изменились до неузнаваемости. Изменилась оболочка, манера программирования ОС, функциональность и возможность использовать, как для личных нужд, так и для систем управления на всевозможных производствах. Но, как и прежде, ОС — это неотъемлемая часть вычислительных машин и их систем — вычислительных систем.
Обычный пользователь даже и не представляет, что скрывается за всеми иконками на рабочем столе. Какие сложные процессы происходят одновременно в системе, позволяя читать новости в просторах интернета. Поэтому, прежде чем говорить о путях развития ОС, стоит упомянуть всю сложность создания новой и неповторимой ОС.
ОС — это громоздкое программное обеспечение, которое состоит из миллионов строк. Над разработкой новой системы трудятся целые команды специалистов в этой области, проводя за работой огромное количество времени.
Это и не удивительно, так как ОС по большей степени это огромный инженерный проект, сравнимый с постройкой космической станции или авианосца. Огромные блоки программного кода, зачастую, не могут быть обособленными единицами и постоянно взаимодействуют с другими блоками информации, усложняя задачи, стоящие перед разработчиками.
На сегодняшний день существует довольно большое количество различных операционных систем. От долгожителей, таких как UNIX и его клоны, до совсем новых и малоизвестных систем. Вот далеко не полный список исследовательских и коммерческих операционных систем, созданных рядом крупных фирм:

В 1960-х — 1970-х гг. фирма IBM разработала OS IBM 360/370. Следующей разработкой стала OS/2, предназначенная для персональных компьютеров. В настоящее время наиболее современными ОС этой фирмы являются z/OS и z/VM.

Семейство ОС MacOS развивается с начала 1980-х гг. фирмой Apple.
Оно характеризуется улучшенным графическим пользовательским интерфейсом.

ОС Solaris развивается с начала 1980-х гг. фирмой Oracle/Sun. Эта ОС является развитием UNIX.

Фирма Hewlett-Packard развивает собственную версию UNIX — систему
HP/UX.

Novell — одна из ведущих фирм в области сетевых технологий; развивает семейство сетевых операционных систем: NetWare; в настоящее время —
Open Enterprise Server (сетевая ОС, включающая все сетевые возможности
NetWare и возможности распространенного диалекта Linux — openSUSE) [1].
3 / 40
4
Исследовав различные современные операционные системы, можно выделить следующие основные направления развития ОС:
Графические оболочки. Графический пользовательский интерфейс имеют все современные ОС. Стоит отметить, что графические оболочки для всех
ОС по возможностям приблизительно одинаковы, связано это с обостренной конкуренцией между фирмами-разработчиками. Из-за того, что оболочки для разных ОС похожи, пользователю порой бывает даже сложно определить, в какой именно ОС он работает. С одной стороны, эта схожесть удобна для конечных пользователей, так как она упрощает изучение рабочей среды. Но с другой стороны, использование только графических оболочек (без изучения командных языков и конфигурационных файлов) является минусом для системных программистов, так как снижает их уровень подготовки.
Основные возможности, предоставляемые графическими оболочками ОС:

Удобный графический пользовательский интерфейс.

Возможность выполнить любые системные настройки с помощью GUI.
Особенно следует отметить в этом отношении графические оболочки ОС Linux.

Поддержка новых тенденций в развитии интерфейсов — multi-touch,
Tablet PC и др.

Унификация графических оболочек для различных ОС. В разных ОС используются графические оболочки CDE, KDE, GNOME. Вероятно, в ближайшем будущем их список пополнится.
Поддержка новых сетевых технологий и Web-технологий. В настоящее время активно развиваются сети и Интернет, появляются новые стандарты и протоколы — Ipv6, HTML 5 (для облачных вычислений) и т. д. Цель современных ОС — возможность поддерживания всех новых сетевых технологий [2].
Развитие беспроводных сетей. Развитие высокопроизводительных беспроводных сетей отражается и в развитии операционных систем. Выделим следующие передовые сетевые технологии.
WiMAX — телекоммуникационная технология, разработанная для предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств. Максимальная производительность до 1 Гбит/с.
Основан WiMAX на технологии Wi-Fi, но отличается своим дальнодействием.
3G технологии мобильной связи 3 поколения с быстродействием до
14 Мбит/с. Основоположник 3G в России — компания «СкайЛинк».
4G — поколение мобильной связи с повышенными требованиями. К нему относятся перспективные технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с — подвижным и 1 Гбит/с — стационарным абонентам, это позволяет обеспечить повышенное качество голосовой связи.
Также на сегодняшний день для выхода в Интернет используют цифровые телевизионные каналы, это происходит с помощью специальных устройств set-top boxes.
Усиленное внимание к механизмам безопасности и защиты. Безопасности уделяют большое внимание все современные операционные системы.
Это отражается, например, в том, что браузеры при загрузке веб-страниц вы
4 / 40
5 полняют их анализ на отсутствие фишинг (вид интернет-мошенничества, который стремится заполучить доступ к конфиденциальным данным пользователей: логинам и паролям), также при загрузках и установках программ из сети требуется только явное согласие пользователя. Уделяется такое внимание безопасности во многом благодаря Trustworthy Computing Initiative (инициативе надежных и безопасных вычислений) фирмы Microsoft, объявленной в 2002 из-за постоянно усиливающейся кибер-преступности [3].
Поддержка многопоточности и многоядерных процессоров. На сегодняшний день многоядерные процессоры распространились очень широко, в связи с этим все современные ОС имеют библиотеки программ, которые поддерживают эту возможность аппаратуры. Параллельное выполнение потоков становится возможным именно благодаря многоядерной архитектуре.
Поддержка распределенных и параллельных вычислений. Современные
ОС имеют высокоуровневые библиотеки, которые позволяют разрабатывать параллельные алгоритмы решения задач с использованием возможностей аппаратуры. Они поддерживают следующие основные виды, стандарты и инструменты параллелизма:

OpenMP — механизм написания параллельных программ для систем с общей памятью.

MPI (Message Passing Interface) — программный интерфейс, необходимый для параллельного выполнения программ, взаимодействующих с помощью передачи сообщений.
Виртуализация ресурсов и аппаратуры. Современные ОС содержат средства виртуализации. Процесс виртуализации представляет собой запуск специализированного программного обеспечения под операционной системой, называемой хостом (Host OS), дающего возможность создавать виртуальные машины (Virtual Machine), обладающие заданными характеристиками реальных компьютеров, и запускать на них независимо друг от друга различные гостевые операционные системы (Guest OS). Виртуализация удобна тем, что ресурсы между операционными системами распределятся довольно быстро [4, 5].
Развитие файловых систем. Это направление необходимодля защиты информации и существенного увеличения размера файлов (для мультимедиа).
Мультимедийная информация обрабатывается таким образом, что старые файловые системы не могут вместить в себя мультимедийные файлы для хранения.
Например, максимальный размер файла в системе FAT — 4 гигабайта — легко может быть превышен при переписи на компьютер цифровой видеопленки длительностью 10–15 минут. В связи с этим разрабатываются такие новые файловые системы, которые допускают хранение очень больших файлов, например, система ZFS в ОС Solaris.
Поддержка облачных вычислений — это новое направление в развитии
ОС, его основоположником является «облачная» ОС Windows Azure фирмы
Microsoft [6].
5 / 40
6
Перспективы развития операционных систем
Цель создания ОС — это основа дальнейшей разработки проекта. Если нет четкого представления о том, чего разработчики хотят получить, то очень сложно говорить об успешности готового продукта. Но на данный момент ОС используются на вычислительных машинах в разных областях и науки, и производства, поэтому сложно предугадать, как будет использована система в дальнейшем. Можно сделать вывод, что система должна быть универсальна и на это стоит уделять больше внимания и сил.
Как уже говорилось ранее, ОС — сложная система, в которой выполняется множество различных операций одновременно. Особенно операций вводавывода для нескольких устройств. Если раньше в системе MS-DOC нельзя было подключить одновременно звуковую карту и сетевую плату, так как это вызывало конфликт системы, то сейчас в каждом современном персональном компьютере находится десяток таких плат расширения возможностей. Поэтому очень важно, чтобы в системе был отлично проработан параллелизм. Он позволит выполнять множество операций, предотвращая тупиковые ситуации и соперничество за используемую память.
К сожалению, одной из причин сложного создания новой ОС являются недоброжелательные пользователи, готовые взломать систему для получения своей собственной выгоды. Такая ситуация ставит перед разработчиками еще одну задачу — защита системы и пользовательских данных. Однако не всегда это помогает, так как ежедневно в сети все сильнее развиваются вирусы, способные пройти даже через самые изощренные системы защиты.
При разработке новой системы также учитывают совместимость с предыдущими версиями. Многие системные характеристики, как длина имени файлов и папок, считаются проектировщиками ОС уже устаревшими, но отказаться от них не представляется возможным.
Не стоит забывать и о конкуренции. Известные гиганты в ОС Linux и Microsoft уже не один год занимают лидирующее положение. Их преимущество — это взгляд в будущее с возможностью широкого изменения структуры системы, на что некоторые разработчики даже не обращают внимания. Поэтому многие молодые системы не долго находятся на арене перспективных ОС.
Все это и еще другие не менее важные аспекты усложняют появление новых ОС.
Остановимся на ОС 2000-х гг. В чем они преуспели, а чего еще нужно достичь?
Взглянув на ОС WINDOWS 8, можно с уверенностью сказать, что разработчики из Рэдмонда решились изменить привычное представление об ОС, начиная с перемены классического интерфейса. Теперь рабочее пространство пользователя больше напоминает веб-сайт, чем привычный рабочий стол. Заметно увеличилась и расширилась интеграция всего программного стека Microsoft с Сетью. Office и сама учетная Windows Live становятся облачной платформой, а также появляется центральный сервис по хранению данных
SkyDrive.
6 / 40
7
Самое главное то, что компания Microsoft намекает нам на скорый отказ от классических программных технологий десктопного программирования и продвигают более новые, которые раньше использовались только в веб-программировании — это JavaScript и HTML. Это очень сильно настораживает разработчиков настольных приложений на платформе Windows, так как многие из них теряют свои позиции на рынке и становятся новичками, теряя весь наработанный годами опыт. Такое развитие событий касается не только индивидуальных разработчиков, но и огромных компаний.
С чем связана такая политика Microsoft? Неужели разработчики, как и в компаниях Google или Facebook, понимают, что уже в скором будущем сама суть классического десктопного прикладного программирования и ОС в целом в корне изменится?
Сначала все прикладные приложения и программы были стационарными.
Они не требовали обязательного подключения к Интернету для работы с ними.
Обработка и хранение данных были ограничены лишь ресурсами персонального компьютера, на котором происходил запуск данной программы. Поэтому ОС была единственным возможным создателем (хостом) приложения, целиком и полностью предоставляя среду для работы с программой, запущенной пользователем.
В таком случае выбор ОС имел колоссальное значение, так как все приложения разрабатывались только под определенную ОС. Пользователь, при данной ситуации, выбирал определенный набор программ, доступный для использования вместе с ОС.
Развитие локальных сетей должно было изменить такую ситуацию. Однако, ничего не изменилось. Обработка пользовательской задачи распределялась на некоторое количество машин, для которых стоило выбирать ОС и набор программ по аналогичному принципу.
Продвижение в ходе сложившегося случая появилось вместе с развитием скоростного Интернета. Появились новые веб-сервисы, направленные на замену десктопного софта. Связь между серверами и пользователями преграждалась лишь стандартным набором протоколов Интернета. Такое нововведение позволило снизить системные требования к пользовательской машине, а также выбор
ОС больше не влиял на выбор сервисов, которые стали работать на технологиях, не зависящих от платформы — это JavaScript, XML и HTML+CSS.
Хост приложений разделился на две части: клиентская и серверная. ОС перестала быть клиентским хостом, ее место занял веб-браузер, который не сильно зависит от характеристик самой ОС. Это расширило возможность пользователям выбирать свою ОС. Именно по этой причине значительную часть рынка смогла захватить ОС Х.
В свою очередь, перенос части хоста на серверную платформу способствовал упрощению работы самим разработчикам. Больше не нужно было брать в расчет мощность персонального компьютера пользователя, что позволяло пользоваться огромным объемом информации каждому клиенту в частности. Вместе с этим стали создаваться приложения, существование которых было ранее сложным или вообще невозможным. Изменился и критерий выбора ОС, т. е.
7 / 40
8 отпала необходимость выбирать разработчикам такую же ОС, что и у пользователей.
Чтобы наглядно представить перемены, рассмотрим следующую ситуацию. Досуг для среднестатистического пользователя домашнего персонального компьютера. Что ему необходимо? Несложный текстовый редактор для написания какой-либо статьи в свой блог или заметок на будущее. Табличный процессор для ведения домашней бухгалтерии и расчета семейной зарплаты за месяц. Приложения для прослушивания аудиозаписей, просмотра фотографии и видео, для общения с другими людьми. Конечно же, браузер для просмотра новостей.
Когда эти приложения и программы были десктопными и запускались на персональном компьютере пользователя, очень важна была и задача работы с файлами. Такая ситуация ушла в прошлое, весь перечень приложений доступен в веб-пространстве, причем бесплатно. Это очень сильно упрощает работу с ОС и экономит приличное количество денежных средств.
Стоит отметить, что при переустановке ОС также отпадает надобность в перенастройке всех приложений веб-сервиса, увеличивая мобильность системы.
Работа с файлами уходит на задний план с веб-ресурсами. Все файлы теперь хранятся на серверах определенных сервисов или в едином пользовательском облачном пространстве, например, Яндекс.Диск. В итоге получается, что локальная файловая система может понадобиться только для временного хранения файлов.
Еще остается возможность открыть браузер, чтобы использовать облачные сервисы. На этом основные потребности среднестатистического пользователя от ОС заканчиваются.
Исключая трату денежных средств, пользователю остается взять бесплатную ОС. Именно такую нишу ОС пытается заполучить Google с их Chrome
OS — главным конкурентом Windows.
Чтобы не проиграть, компания Microsoft пробует создать из ОС онлайнпортал. Новый плиточный интерфейс нацелен на то, чтобы выводить на такой плитке актуальную информацию из сети Интернет. Приложение занимает полностью весь экран и не требует дополнительного инструментария, а процесс работы напоминает работу с сайтом.
Microsoft добивается сотворить то же, что и Google, — ОС-браузер, являющуюся хостом для веб-приложений, интегрированных с Сетью. Это и есть верное и перспективное направление ОС.
Как и переход от консольных приложений к GUI, переход всех приложений в облачный сервис очень долгий и сложный. Но рано или поздно вебтехнологии смогут достичь определенного уровня и такой переход осуществится. Кто успеет подготовиться к такому, тот займет лидирующие позиции, иные останутся не у дел. Такие переходы в истории программной индустрии неоднократны.
Исходя из всего описанного, можно сделать вывод, что ОС продолжают жить и развиваться. Переход от одних методов к другим изменяют ОС, но попрежнему ОС будут оставаться основой каждой вычислительной машины.
8 / 40
9
Перспективы развития ОС. Таким образом, операционные системы — это перспективное, активно развивающееся направление. Перечислим основные перспективы развития операционных систем.
Развитие в направлении к интеграции ОС (на уровне графических оболочек, а так же на уровне общего ядра); развитие семейств ОС на основе модулей общего кода.
Значительное повышение надежности, безопасности и отказоустойчивости ОС; разработка ОС на управляемом коде или его аналогах.
Дальнейшее развитие проектов по ОС с открытым кодом.
Развитие виртуализации: необходимо обеспечить возможность выполнить или эмулировать любое приложение в среде любой современной ОС.
Дальнейшее сближение по возможностям ОС для настольных компью-
теров и ОС для мобильных устройств.
Дальнейшее объединение ОС и сетей.
Перенос ОС и базовых инструментов в среды для облачных вычислений.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   46

перейти в каталог файлов


связь с админом