Операциялық жүйелер

Операциялық жүйелер.

Бағытталуы, функциялары, классификациялары.

 

Бағдарламалық қамтама деп бағдарламалар  мен олардың құжаттамаларының қосалқы тапсырмаларды шешуге арналған есептеу машинасын қолдануға мүмкіндік беретін байланысын айтады. БҚ жүйелік (жалпы) және қосалқы (арнайы) болып екіге бөлінеді. Жүйелік БҚ есептеу жүргізгендегі жұмыстың үйлесімдігін және жаңа бағдарламалар шығаруды қамтамасыз етуге қажетті бағдарламалар жиынтығы болып табылады. Оған төмендегілер жатады:

1) Операциялық жүйе - есептеу жүйесінің барлық қорларын неғүрлым нәтижелі қолданылуына және онымен жұмыс істеу ыңғайлылығына бағытталған жүйелік және басқару бағдарламаларының жиыны. Қор түсінігіне ЭЕМ-нің кез-келген логикалық немесе физикалық компоненті және оның ұсынатын мүмкіндіктері алынады. (Негізгі қорларға процессорлық уақыт, жады және басу-шығару құрылғылары жатады).

Бүгінгі күнгі ОЖ - кең таралған жүйелер - көп жағдайда бір-біріне ұқсас. Бірінші кезекте ол бағдарламалық қамтаманың тасымалдау талаптарымен анықталады. Бұл тасымалдауды қамтамасыз етуді жүзеге асыруда РОSІХ (Роrtable OS Interface based of uniX) стандарты қабылданған, ол файлдарды басқарудағы қарапайым функцияларды, процессаралық өзара іс-әрекетті қадағалауға арналған. Осымен ғана шектелетін ОЖ-лер де бар. Көпшілікке танымал мұндай ОС-тердің бірі – MS DOS дискілік операциялық жүйесі.

Неғұрлым дамыған ОЖ-лердің ұсынатын мүмкіндіктері:

• Бірнеше тапсырмаларды бір мезгілде орындау.
• Тапсырмалар арасына компьютер қорларын тарату.
• Тапсырмалардың бір-бірімен өзара әрекеттесуін ұйымдастыру.
• Қолданбалы бағдарламалардың стандартсыз сыртқы құрылғыларымен 
  байланысы.
• Машинааралық іс-әрекет пен ресурстарды таратуды ұйымдастыру.
• Жүйелік ресурстардың, ақпараттың және қолданушы бағдарламасының, орындалу үстіндегі процесстердің зиянды әрекеттерінен сақтандыру.

Операциялық жүйе тұтынушы мен ЕЖ арасындағы өзіндік интерфейс ролін атқарады, яғни ОЖ тұтынушыға виртуальдық ЕЖ-ны ұсынады. Әртүрлі ОЖ бірыңғай техникалық құралдар арқылы тұтынушыға есептеу процессін жүргізу немесе ақпараты автоматты түрде өңдеу үшін әртүрлі мүмкіндіктер береді. ЕЖ-нің бағдарламалық қамтамасында операциялық жүйе негізгі орында түрады, себебі ол барлық есептеу процессін жоспарлау мен бақылауды жүзеге асырады. Бағдарламалық қамтаманың кез-келген компоненті міндетті түрде ОЖ-нің басқаруымен жүмыс істейді.

Операциялық жүйе аппараттық, бағдарламалық қамтама мен қосалқы программаларды байланыстырады. Әртүрлі программалардың қасиеттері ұқсас, және операциялық жүйе әдетте осы жалпы сервисті ұсынады. Мысалы, барлығына дерлік программалар информацияны дискке жазып, сақтай алады немесе оны дисплейде көрсетеді. Осы қайталанатын процесстерді әр бағдарлама орындай алса да, бұл мақсатта операциялық жүйені қолдану ыңғайлы. Қосалқы бағдарламалаушы ДК-де болуы мүмкін көптеген дискілерге ақпаратты жазу үшін арнайы кодтың жазылуы жайлы ойланбауы тиіс. Бағдарламалаушы тек операциялық жүйені құжаттарды дискіге жазуын сұрайды, ал ОЖ аппаратураға тәуелді ақпаратмен айналысады. Операциялық жүйені қолдану бағдарламалық қамтаманы жалпы түрге келтіреді:бағдарламалар осы операциялық жүйеге қосылатын кез-келген компьютерлерде жүмыс істей алады, себебі бағдарламалар аппаратурамен емес, операциялық жүйемен байланысты. DOS, Windows, UNIX сияқты неғүрлым көп қолданылатын ОЖ-лер сонымен қоса қолданбалы интерфейс үсынады: қолданушы командаларды жүйелі шақыруда тере алады. ОЖ бүл нүсқауларды командалық интерпретатор немесе процессор деп аталатын құрылғымен өңдейді.

2) Дәрежесін жоғарылату мен қосымша мүмкіндіктер үсыну арқылы қолданбалы интерфейсті модификациялайтын ОЖ сыртқы жабыны(Shell), Мысалы: Norton Commander, PC Tools, Тrее, Shеll.... ОЖ сыртқы жабындары сапалы жаңа интерфейс үсынады, осы  арқылы тәжірибесіз қолданушыны ОЖ-ны түпкілікті білуден босатады.

3) Утилиттер (utilites) - қызмет көрсету бағдарламалары, олар қолданушыға сервистік қызметтер көрсетеді,басқаша айтқанда, қолданбалы интерфейсті айтарлықтай байытады. Мысалы: Norton Utilit, архиваторлар, ақпаратты   шифрлеушілер,   компьютерлік   вирустардан   сақтандыру   т.б. Екеуінің арасындағы өзгешелік сыртқы жабынның әмбебап қабілеті мен утилиттердің арнайылығында.

4) Интерфейсті жүйелер (interface), ол бағдарламалық және қолданбалы интерфейсті бірдей модификациялайды, кей жағдайда ЭЕМ-нің ресурстарды таратудағы қосымша мүмкіндіктерін жүзеге асырады. Мысалы: Microsft Windows.

Операциялық жүйе белгілі дәрежеде есептеу жүйесінің жалпы бет-пердесін анықтайды. ОЖ бір-бірімен аз байланысқан екі функцияны орындайды: кеңейтілген машина үсыну арқылы қолданушыға ыңғайлылық қамтамасыз етеді және компьютердің ресурстарын рационалды басқару арқылы қолданудың нәтижелігін жоғарылату. Ресурстарды басқару деп ресурстың түріне тәуелсіз екі ортақ тапсырманы орындауды айтады:

• Ресурсты жоспарлау - берілген ресурсты кімге, қашан, ал бөлінетін     ресурстар     жағдайында     қандай     көлемде     үлестіруін анықтайды;
• Ресурс жағдайын бақылау - берілген ресурстың бос немесе бос еместігін, ал ал бөлінетін ресурстар жағдайында -оның қандай көлемі   бөлінген   немесе   бос   екенін   анықтайды. Осындай   ортақ тапсырмаларды орындау үшін ОЖ түрлі алгоритмдерді қолданады, бүл өндірістің түрін, қолдану аумағын және қолданбалы интерфейсті қоса жүйенің жалпы сипатын анықтайды.

Операциялық жүйелер компьютердің негізгі қорларымен (процессорларды, жадыны, құрылғыларды) басқарудың ішкі алгоритмдерін орындау ерекшеліктерімен, жобалаудың қолданылған әдістерінің ерекшеліктерімен, аппараттың платформалардың түрлерімен, қолдану облыстарымен және көптеген басқа қасиеттерімен ерекшеленеді.

 

Операциялық жүйелердің функциялары.

 

Төменде негізгі белгілерге байланысты ОЖ классифкациясы келтірілген.

Көптапсырмалылықты қолдау. Бір мезетте бірдей орындалатын тапсырмалар санына байланысты жүйелер екі классқа бөлінеді:

• біртапсырмалы (мысалы, MS DOS, МSХ) және
• көптапсырмалы (ОС ЕС, 0S/2, Unix, Windows XP, 7).

Біртапсырмалы ОЖ қолданушы мен  машина арасындағы өзара байланысты ыңғайластыра отырып, көбінесе оған виртуалды машина үсыну функциясын атқарады. Құрамына периферийлі құрылғыларды басқару, файлдарды басқару, қолданушымен қарым-қатынас құралдары енеді.

Көптапсырмалы ОЖ процессор, оперативті жад, сыртқы құрылғылар және файлдар жүмысын басқарады.

Көптапсырмалы режимді қолдау. Бір мезетте бірдей жүмыс атқаратын қолданушылар санына байланысты ОЖ екіге бөлінеді:

• бірқолданбалы (MS DOS, Windows 3.x, ранние версии 0S/2);
• көпқолданбалы (Unix, Windows).

Екеуінің арасындағы бастапқы ерекшелік - әрқайсысындағы сақтандыру құрылғылары.

Ығыстыратын және ығыстырмайтын көптапсырмалылық. Маңызды бөлетін ресурс - процессорлы уақыт болып табылады. Жүйедгі процессорлар расындағы процессорлық уақытты үлестіру ОЖ спецификасын білдіреді. Көптапсырмалылықты үйымдастыруда екі алгоритм түрін белгілеуге болады:

• ығыстырмайтын көптапсырмалылық (Netware, Windows 3.1.);
• ығыстыратын көптапсырмалылық (Windows NT, Unix). 
  Олардың бір-бірінен айырмашылығы - процесстерді жоспарлаудағы механизмнің   орталықтандыру   дәрежесі.   Бірінші   жағдайда   процесстерді жоспарлау толығымен операциялық жүйеде орындалады, ал екінші жағдайда жүйе мен қосалқы бағдарламалар арсында орындалады. Ығыстырмайтын көптапсырмалылық кезінде процесс өз қалауы бойынша келесі орындалуға дайын түрған процессті таңдау мүмкіндігін операциялық жүйеге тапсырғанша орындалады. Ығыстыратын көптапсырмалылық жағдайында процесстің бір процессордан екіншіге ауысу шешімін операциялық жүйе қабылдайды.

Көпжіптілікті қолдау. Операциялық жүйелердің маңызды қасиеті бір тапсырма аясында есептеуді параллель жағдайға келтіру мүмкіншілігі. Көпжіпті ОЖ процессорлі уақытты тапсырма арасында емес, оның бөлек жіптері арасында бөледі.

Көппроцессорлы өңдеу. ОЖ-ның келесі маңызды қасиеті - ондағы көппроцессорлы өңдеуді қолдаудың құралы - мультипроцессированиенің болуы. Ондай функциялар Solaris 2.x фирмы Sun, Ореn Server 3.x компании Santa Crus Operation, 0S/2 фирмы ІВМ, Windows NT фирмы Місrоsoft и NetWare 4.1 сияқты ОЖ-ларда кездеседі.

Көппроцессорлы ОЖ ассиметриялы және симметриялы болып бөлінеді. Асимметриялы ОЖ толығымен қосалқы бағдарламаларды  басқа процессорлерге бөлетін жалғыз процессорде жүмыс істейді. Симметриялы  ОЖ жүйедегі барлық процессорларды қамтиды.

 

Процестерді басқару. Процестердің негізгі күйлері.

 

Есептеуіш машинаның жұмыс істеуіне тікелей әсер ететін операциялық жүйенің маңызды бөлігі процестермен басқарудың ішкі жүйесі болып табылады. Процесс (немесе басқаша есеп) - орындалып жатқан бағдарламаны суреттейтін абстракция. Операциялық жүйе үшін процесс өз бойында жұмыстың бірлігін, жүйелік қорларды пайдалануға мәлімдемені білдіреді. Процестермен басқарудың ішкі жүйесі процестердің орындалуын жоспарлайды, яғни процессорлық уақытты жүйеде бір уақытта болатын бірнеше процестер арасында таратады, сонымен бірге процестерді жасаумен және жоюмен айналысады, жүйелік корларға кажетті процестерді қамтамасыз етеді, процестер арасында өзара байланысты қолдап отырады.

Кепміндетті жүйеде процесс негізгі үш қалып-күйдің бірінде бола алады:

ОРЫНДАУ – барлық қажетті қорларға ие болатын және процессормен тікелей  орындалатын процестің белсенді күйі;

КҮТУ – процестің енжарлы  күйі, процесс блокталған, ол өзінің ішкі себептеріне байланысты орындала алмайды, ол кейбір оқиғаның жүзеге асуын күтеді, мысалы, енгізу-шығару операциясының аяқталуын, басқа процестен хабарлама алуды, қандай да бір өзіне қажетті қордың босатылуын қажет ететін   күй;

ДАЯРЛЫҚ – процестің дәл сондай енжарлы күйі, бірақ бұл жағдайда процесс өзіне қатысты сыртқы себептерге байланысты блокталған: процесс өзі үшін талап етілетін барлық қорларға ие, ол орындалуға дайын, алайда процессор басқа процестің орындалуымен айналысып жатады.

Өмір циклінің өтуімен әрбір  процесс берілген операциялық жүйеде жүзеге асатын процестерді жоспарлау алгоритмімен сәйкестікте бір күйден екіншісіне өтеді. Осыған ұқсас процесс күйінің графы 1-суретте көрсетілген

Бірпроцессорлық жүйеде ОРЫНДАУ күйінде  тек бір ғана процесс бола алады, ал КҮТУ және ДАЯРЛЫК күйлерінің әрқайсысында - бірнеше процестер, бұл процестер күтіп тұрған және дайын процестерге сәйкес кезектер құрайды. Процестің өмір циклі ДАЯРЛЫҚ күйінен басталады, процесс орындалуға дайын болғанда және өзінің кезегін күтіп тұрғанда. Активизацияланғанда процесс ОРЫНДАЛУ күйіне өтеді және онда не ол өзі қандай да бір оқиғаның КҮТУ күйіне өте отырып, процессорды босатқанға дейін, не процессордан еріксіз «ығыстырылғанға» дейін, мысалы, берілген процеске бөлінген процессорлық уақыттық кванты біту салдарынан болады. Соңғы жағдайда процесс ДАЯРЛЫҚ күйіне қайтып оралады. Осы күйге процесс күтілетін оқиға болғаннан кейін КҮТУ күйінен өтеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процестің бар болуы  бойында оның орындалуы, бірнеше  рет тоқтатылуы және жалғасуы мүмкін. Процестің орындалуын қайта бастау үшін оның операциялық ортасын қалпына келтіру керек. Операциялық ортаның күйі регистрлер мен бағдарламалық санауыштық күйімен, процессордың жұмыс тәртібімен, файлдарды ашуға көрсеткіштермен, аякталмаған енгізу-шығару амалдары туралы ақпаратпен, берілген процеспен орындалып жатқан жүйелік шақырулардың қателер кодтарымен, т.б. суреттеледі. Бұл ақпарат процестің контексті деп аталады.

Сонымен бірге процестерді  жоспарлауды жүзеге асыру үшін операциялық  жүйеге қосымша ақпарат керек  болады: процестің идентификаторы, процестің күйі, процестің басымдық (привилегированность) дәрежесі туралы мөліметтер, кодтық сегмент табылған орын жөне басқа да ақпарат. Процестерді жоспарлау үшін ОЖ пайдаланылатын мұндай текті ақпарат процестің дескрипторы деп атайды.

Процестің дескрипторы контекстпен салыстырғанда процестерді жоспарлаудың ішкі жүйесіне оңай қол жетерліктей болатын көп оперативті ақпараттан тұрады. Процестің контексті көкейтесті аз ақпараттан тұрады және тек үзілген процесті қайта бастау туралы шешім қабылданғаннан кейін ғана операциялық жүйемен қолданылады.

Процестердің кезегі өз бойында тізімге біріктірілген  жеке процестердің дескрипторларын  білдіреді. Сөйтіп, әрбір дескриптор, қалғандарынан басқасы, басқа дескрипторға кезекте онымен көршілес ең дегенде  бір көрсеткіштен тұрады. Кезектердің мұндай ұйымдастырылуы оларды жеңіл қайта кезектестіруге, процестерді қосуға және шығаруға, процестерді бір күйден баскасына аударуға рұқсат етеді.

Бағдарламалык код тек  ол үшін операциялық жүйемен процесс  жасалынғанда ғана орындала бастайды. Процесті жасау мыналарды білдіреді:

- «берілген процесті», яғни оның дескрипторы мен контекстін суреттейтін акпарттың құрылымдарды жасауды;

- «жаңа процестің» дескрипторын дайын процестердің кезегіне қосуды;

- «процестің кодтың сегментін» оперативті жадығане- немесе свопинг облысына жүктеуді.