18570

Общие сведения об ОС

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Общие сведения об ОС. Операционная система комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов ВС и удобства работы с ней. В настоящее время только с помощью ОС можно полностью загружат

Русский

2013-07-08

124.5 KB

10 чел.

Общие сведения об ОС.

Операционная система — комплекс системных управляющих и обрабатывающих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов ВС и удобства работы с ней. В настоящее время только с помощью ОС можно полностью загружать высокопроизводительные ВС с их быстродействием в несколько миллионов операций в секунду. В программном обеспечении ВС операционная система занимает основное положение, поскольку осуществляет  планирование  и   контроль  всего  вычислительного процесса.    Любая    из компонент программного обеспечения    (рис. 3.1) обязательно  работает под   управлением ОС.

Рис. 3.1. Примерный состав программного обеспечения ЕС ЭВМ: ППП— пакеты прикладных программ; КПТО — комплект программ технического обслуживания; АОС — автоматизированная обучающая система; СКП—система коллективного пользования; СУБД — система управления базами данных; А УМВ — автоматизированный учет машинного времени.

Современный пользователь   не   представляет себе возможности общения с ВС без посредства ОС,   поскольку    последняя    предоставляет ему множество сервисных услуг для редактирования    текстов, отладки программ, организации     диалога, работы   с   файлами   и других вычислительных процедур. Первоначально прототипы современных ОС создавались как средство, освобож дающее        операторов ЭВМ   второго   поколения от рутинных работ по установке лент и колод перфокарт на соответствующие    ВУ,   загрузке   программ   для исполнения,   обработке ошибок при чтении данных и сбоях процессора,    составлению    очередности   прохождения отдельных заданий, перемотке лент и т. д.

Качественный    скачок    от   сравнительно простых   управляющих программ   к  современным сложным ОС произошел   с   появлением режима        мультипрограммной обработки задач. Реализация   этого режима оказалась возможной благодаря совмещению операций счета  и  обмена  информацией. Для этого в ЭВМ средней и большой производительности кроме ЦП,   предназначенного собственно  для    счета, должно     входить     несколько      специальных процессоров (каналов), предназначенных только для оо-мепа информацией между ОП и ВУ. Каналы могут работать одновременно и независимо друг от друга.

Идея мультипрограммирования заключается в том, что в ОП современной ЭВМ находится сразу несколько задач, обслуживаемых ЦП по спереди. На время, необходимое в данной задаче для обмена информацией между ОП и ВУ, процессор переключается па обслуживание других задач (рис. 3.2).

Рис. 3.2.  Принцип мультипрограммной обработки задач.

Мультипрограммный режим работы ВС требует чрезвычайно   сложного   комплекса   управляющих   программ ОС.   Большая   сложность   современных   ОС   обусловливается необходимостью как можно более рационального распределения всех вычислительных ресурсов (центрального процессора, оперативной памяти, внешних устройств и файлов) между всеми одновременно выполняемыми задачами. Такие задачи называют конкурентно выполняющимися, поскольку каждая из них постоянно конкурирует с другими за обладание тем или иным ресурсом ВС. Для правильного планирования и организации вычислительного  процесса   проектировщикам  ОС  приходится писать   многочисленные   и   сложные   модули   обработки всевозможных прерываний, создавать дисциплину обслуживания задач в соответствии с их приоритетами, постоянно контролировать занятые и свободные области оперативной  памяти,  рационально распределять ее  между конкурентными задачами, защищать наборы данных на внешних   носителях   от  несанкционированного  доступа, распределять между задачами ограниченное число внешних устройств и т. д. Естественно, что в результате получается очень сложная и громоздкая ОС, что порождает негативные стороны: трудность освоения и эксплуатации, значительные затраты вычислительных ресурсов не на решение пользовательских задач, а на удовлетворение потребностей ОС. Но тем не менее без ОС невозможно эффективное функционирование современной ВС. Кроме рационального распределения всех ресурсов и увеличения   пропускной   способности   ВС   операционная система предоставляет пользователю различные сервисные услуги: стандартные методы доступа, утилиты, средства отладки, теледоступа и подробной диагностики всех этапов прохождения задачи, возможности получения аварийных дампов и пр.

По назначению различают ОС общего и специального назначения. К ОС специального назначения относят ОС: предназначенные для решения задач реального времени; ориентированные на организацию и ведение баз данных; предназначенные для поддержки однородных вычислительных структур и сетей.

По режиму обработки задач различают ОС, обеспечивающие однопрограммный режим обработки задач, и ОС, обеспечивающие мультипрограммный режим обработки задач. Разновидностью мультипрограммного режима обработки задач является режим разделения времени.

По   способу   взаимодействия   с   пользователем   можно выделить ОС: взаимодействующие с пользователем в режиме пакетной обработки задач; взаимодействующие с пользователем в режиме диалога. При этом различают частичный диалог на этапе подготовки задач к решению и сквозной диалог на всех этапах обработки задачи.  В  свою очередь, ОС, взаимодействующие с пользователем в режиме диалога, подразделяются на однопользовательские и многопользовательские.

 Примечание.   Кроме  перечисленных  существует  еще  много критериев  оценки  качества  ОС  и среди  них такие количественные  характеристики,  как    максимальное    число    пользователей, одновременно  работающих  с  системой,   максимальное  число  задач,  одновременно  присутствующих  в  оперативной  памяти,  допустимое  число   приоритетов  задач,   минимальный  объем   оперативной памяти, выделяемой под ядро ОС, время реакции системы на запрос пользователя, количество и типы принятых в ОС очередей и пр.

Руководствуясь перечисленными выше основными характеристиками, существующие ОС можно объединить в несколько групп.

Операционные системы общего назначения, обеспечивающие однопрограммный режим обработки задач и диалоговый способ общения.

Эти ОС включают в себя средства, обеспечивающие ввод и вывод информации, управляют работой системных обрабатывающих программ-трансляторов, редакторов, предоставляют пользователю сведения о ходе выполнения задач, обеспечивают работу с библиотеками, Обычно такие операционные системы называют мониторными. Они не повышают производительности ЭВМ, но позволяют программисту вмешиваться в ход выполнения задания, что резко повышает производительность его работы, особенно на этапе отладки программ. Используются только в персональных, микро- и мини-ЭВМ.

Операционные системы общего назначения, обеспечивающие пакетную обработку задач в режиме мультипрограммирования.

Их применяют в ВС средней и большой производительности. В ОП ЭВМ одновременно находится несколько системных и пользовательских задач, и когда одна из них обрабатывается ЦП, то для остальных осуществляются необходимые обмены информацией с ВУ.

Эффективность использования ВС при этом во многом зависит от состава пакета задач, подлежащих выполнению, так как могут возникать ситуации, когда все задачи находятся в состоянии ожидания и ЦП простаивает (в условиях потока отладочных задач, каждая из которых характеризуется многократными обменами и незначительным временем, затрачиваемым собственно на счет). Эффективность работы пользователя при этом невысокая, так как в условиях пакетной обработки задач он не имеет возможности вмешиваться в процесс выполнения своей программы.

Операционные системы разделения времени.

Их относят к ОС общего назначения, обеспечивающих мультипрограммный режим обработки задач и многопользовательский интерактивный способ общения.

  Примечание.     Термин «разделение времени» обусловливается особым методом реализации мультипрограммирования и коллективного диалогового доступа пользователей к системе и своим задачам [15].

В данных ОС одновременно реализованы возможности повышения производительности труда пользователя за счет его доступа к своей задаче в процессе ее выполнения и повышения производительности ВС за счет мультипрограммирования. Режим разделения времени создает иллюзию одновременного доступа нескольких пользователей ко всем вычислительным ресурсам ВС. Каждый пользователь общается с системой так, как если бы ему одному принадлежали все вычислительные ресурсы: он может остановить выполнение своей задачи в нужном месте, просмотреть требуемые области ОП, с заданного места выполнить свою программу «по командам» и т. д. На самом же деле каждый пользователь получает для своей задачи достаточную зону ОП, процессор и прочие вычислительные ресурсы только в течение определенного и достаточно малого интервала времени—кванта (величина кванта выбирается системными программистами в зависимости от таких параметров ЭВМ, как быстродействие, емкость ОП, скорость обменов и т. д.). Если после окончания отведенного кванта времени задача не будет завершена, то процессор переключится на выполнение другой задачи. При этом в условиях ограниченной емкости ОП предыдущая задача удаляется, вытесняется из ОП и размещается на НМД, а следующая задача перемещается с НМД в ОП.

Пропускная способность ВС в режиме разделения времени ниже, чем при обработке задач в режиме мультипрограммирования, из-за накладных расходов ОС, вызванных частыми переключениями процессора и главным образом многочисленными переносами задач из ОП па НМД и обратно, т. е. свопингами.

Во многих пользовательских системах режим разделения времени сочетается с пакетной обработкой задач в режиме мультипрограммирования. В этом случае ОП ЭВМ разделяется на зону для пакетной обработки и на зону (или несколько зон в зависимости от емкости ОП) для выполнения задач в режиме разделения времени. Такое сочетание позволяет загружать процессор даже в ситуациях, когда все пользователи режима разделения времени остановят выполнение своих задач.

Перечисленные ОС используются при решении многих научно-технических задач. При этом главное назначение таких ОС — обеспечение более высокой эффективности использования всех вычислительных ресурсов ВС и достижение максимальных удобств в работе пользователя. Однако существуют применения ЭВМ, например в АСУ, где ОС должны удовлетворять иным требованиям. Кроме того, использование ОС общего назначения в условиях работы конкретного пользователя часто означает явную избыточность многих системных средств. В таких случаях применяют ОС специального назначения.

Операционные  системы  реального времени.

Эти  ОС отличаются от ОС общего назначения в первую очередь тем, что поступающая в систему информация обязательно должна быть обработана в течение заданных интервалов времени (эти интервалы времени нельзя превышать). Еще одно отличие работы ОС общего назначения от работы ОС реального времени заключается в том, что в первой из них поток пользовательских задач планомерный и регулируется оператором ЭВМ, а во второй запросы на обработку могут поступать в непредсказуемые моменты времени. Поэтому ОС реального времени должна обеспечить некоторые дополнительные возможности, например создание постоянных задач. В то время как в ОС общего назначения большую долю накладных расходов составляют потери времени на этапе инициирования, при выполнении которого ОС распознает все пожелания пользователя относительно предстоящего решения задачи, загружает в ОП нужную программу и выделяет  необходимые  для  ее  выполнения  ресурсы,  в  ОС реального времени подобных затрат можно избежать, поскольку в них набор задач всегда фиксирован, т. е. необходимые для обработки поступающей информации программы, внешние устройства, данные заранее определены и могут быть подготовлены еще до поступления самих запросов. Такие однажды проинициированные задачи в ОС  реального  времени  постоянно  присутствуют в  ОП ЭВМ независимо от того, поступили для них запросы на обработку, или нет. Кроме постоянных задач ОС реального времени позволяет создавать и другие, непостоянные задачи, которые выполняются с более низким приоритетом.

К ВС, работающим в режиме реального времени, предъявляются высокие требования по надежности. Соответственно ОС должна располагать средствами, обеспечивающими быстрое обнаружение сбоев или аварийных ситуаций и выход из них, иметь возможность выключать неисправные устройства и включать резервные, сообщая об этом оператору ЭВМ.

При работе в режиме реального времени возможно возникновение очередей запросов на обработку, поэтому ОС должна организовать такие очереди и их обслуживание в соответствии с заданной дисциплиной.

При больших нагрузках на ЭВМ возможно возникновение ситуаций, в которых одна или несколько задач не могут быть реализованы в заданный промежуток времени. В этом случае ОС должна иметь возможность динамического изменения приоритетов «аварийных задач», после выполнения которых устанавливаются прежние значения приоритетов.

Операционные системы, предназначенные для организации работы вычислительных сетей.

Эти ОС в настоящее время еще не получили достаточно широкого распространения, так как вычислительные сети предполагают включение в свой состав ЭВМ различной архитектуры и часто каждая из них работает под управлением своей ОС общего назначения. Работа ОС в вычислительной сети характеризуется определенными особенностями. Главной из них является необходимость организации передачи данных внутри вычислительной сети. Любая информация внутри вычислительной сети передается отдельными порциями — блоками данных. Основные требования, предъявляемые к ОС по передаче блоков данных, можно сформулировать следующим образом:

- блоки данных должны циркулировать в сети асинхронно и независимо в обоих направлениях между источником сообщения и его адресатом;

- ОС должны осуществлять контроль за прохождением блока данных в течение всего периода его пребывания в сети;

- необходимы программные и аппаратные средства, предотвращающие потерю или искажение блоков данных при одновременном нахождении их в вычислительной сети;

- ОС должны включать в себя механизм обнаружения повторных, потерянных или ошибочных блоков данных в вычислительной сети.

Примечание.  Блок данных должен состоять из заголовка, содержащего служебную информацию, и собственно текста. Служебная информация включает в себя идентификатор задачи, идентификатор пользователя, приоритет, определяющий прохождение блока данных по сети, адрес конечной ЭВМ (или терминала),  которой   предназначается   блок  данных,  и  т.   п.

Все процедуры ОС, направленные на создание из разнородных машин и терминалов единой вычислительной сети, осуществляются с помощью протоколов.

Структура и генерация ОС.

Рассмотрим основные функции ОС общего назначения, обеспечивающей мультипрограммный режим обработки задач.

Операционная система должна выполнять рациональное планирование работ по обработке всех поступающих задач (комплекс мероприятий по вводу задач в ЭВМ, распознаванию их характеристик, размещению всех вход входных и выходных очередей [16, 17, 22]).

Как правило, задачи из входного потока данных, про читанного одним из ВУ, не сразу попадают в ОП ЭВМ, а размещаются на устройствах внешней памяти. В режимах пакетной обработки задачи выстраиваются в очередь (входную очередь), место задачи в очереди определяется ее приоритетом. Перенос задачи из очереди в ОП ЭВМ происходит автоматически.

При реализации комплекса мероприятий, выполняемого ОС непосредственно перед началом решения задачи, главное внимание уделяется предоставлению всех не обходимых для решения задачи ресурсов ВС (области ОП, места на внешних накопителях, требующихся наборов данных и т. п.).

Примечание. Планирование работ для всех ОС, обеспечивающих мультипрограммный режим обработки задач, осуществляется особенно трудно, так как часто конкурентно выполняемые задачи требуют одного и того же ресурса, что и приводит к задержкам их обработки в ВС.

Если для решения очередной задачи не хватает ресурсов, ОС должна принять одно из следующих решений:

- отобрать часть ресурсов у какой-либо другой за дачи, выполнявшейся в данный момент и менее приоритетной;

- подождать, пока какая-нибудь из решаемых задач завершится и освободит требуемый ресурс;

- пропустить вне очереди ту задачу, чья очередь еще не подошла, но для выполнения которой ресурсов достаточно.

В функции планирования обработки задачи входит и организация вывода результатов решения на соответствующее ВУ. При этом ОС должна обеспечить попадание итоговой информации каждого задания в соответствующую выходную очередь и опорожнение этой очереди в темпе работы ВУ.

Операционная система должна управлять решением задач. Основная функция ОС при этом состоит в организации правильных реакций на всевозможные события (сигналы от внешних устройств о завершении обмена ин формацией, об аппаратных сбоях, из внешней среды, на пример от другой ЭВМ, признаки программных ошибок), сопровождающие вычислительный процесс. При правильной реакции ОС на каждое событие выполнение текущей программы должно быть обязательно прервано и управление процессором передано соответствующему модулю, с тем чтобы он мог идентифицировать происшедшее.        

 Примечание. Реакция ОС на любое из событий, происходящих во время вычислительного процесса, всегда сопровождается  прерыванием   выполнения  текущей  программы,    поэтому все изменения, события, сигналы, сопровождающие вычислительный процесс, и их последующая обработка называются прерываниями.

Механизм обработки прерываний независимо от типа ЭВМ и ОС всегда включает следующие элементы [16]:

- запоминание и сохранение исчерпывающей информации о прерванной программе, в частности об адресе команды, которая должна была бы выполняться следующей;

- передачу управления специальному модулю ОС, квалифицирующему происшедшее событие и соответствующим образом обрабатывающему его;

- возврат управления той или иной пользователь-скоп задаче в зависимости от ее приоритета и готовности к счету. При этом не исключено, что управление будет возвращено ранее прерванной программе.

В различных ВС обработка прерываний осуществляется по-разному и, как правило, с помощью аппаратных средств. Например, в одних ВС для этого используется механизм перестановки старого и нового слова состояния программы, в других — стековая организация памяти и вектора прерываний.

Управление решением задач кроме основной функции - обработки прерываний - включает и другие: динамическое распределение оперативной памяти, участие в операциях ввода-вывода, осуществление загрузки задач, организация службы времени.

Основная задача ОС по динамическому распределению оперативной памяти состоит в постоянном учете свободных и занятых ее зон и в стремлении устранить фрагментацию. Явление фрагментации заключается в том, что в условиях мультипрограммирования между занятыми областями ОП остаются небольшие «щели» свободного адресного пространства. В отдельности каждая из таких пустот недостаточна для того, чтобы в ней целиком разместить очередную пользовательскую задачу, в сумме же они составляют достаточно большой объем изъятой из обращения оперативной памяти. Фрагментация ОП наблюдается не только между зонами пользовательских задач, но и внутри них. Если ЭВМ не имеет аппаратных средств реализации виртуальной памяти, ее страничной организации, то фрагментация ОП — существенное препятствие на пути увеличения пропускной способности ВС и эффективного использования всех ее вычислительных ресурсов. К мерам по устранению фрагментации ОП относят, например, динамическое перемещение программ, при котором пользовательские программы постоянно сдвигаются к одному краю динамической зоны задач, на пример в область старших адресов ОП, освобождая тем самым в области младших адресов связную зону, достаточную по своим размерам для загрузки еще одной пользовательской задачи.

Комплекс программ ОС, обеспечивающий ее возможности по непосредственному управлению решением задач, называют программами управления задачами (монитором, супервизором, управляющей программой ОС).

Так как одна из основных функций ОС заключается в организации обменов информацией между ОП и ВУ, то осуществление этой функции обеспечивается достаточно крупным разделом, называемым управлением данными (супервизором ввода — вывода, управлением файлами).

Примечание. Здесь и далее для обозначения информации, расположенной на внешних носителях, будем употреблять термины «набор данных» и «файл».

Набор данных — поименованная совокупность данных, объединенная общим назначением и имеющая определенную физическую организацию.

Файл — поименованная совокупность данных, состоящая из логических записей, относящихся к одной теме.

Примечание. Понятие «файл» не предполагает конкретной физической организации данных на внешнем носителе. Этот термин употребляют в тех случаях, когда конкретная физическая организация информации либо неинтересна, либо всегда одинакова. Понятие «набор данных» обязательно предполагает дальнейшее уточнение формата логических записей, их коэффициента блокирования, типа организации, наличия ключей, дескрипторов, идентификаторов и пр.

В рамках любой ОС существует ограниченное число возможных типов организации наборов данных: последовательная, прямая, библиотечная и др. При обращении к наборам данных заданной организации ОС обеспечивает определенные сервисные средства. В первую очередь эти ми средствами в своей работе пользуются программисты.

Некоторые ОС позволяют варьировать сервисными средствами при организации доступа к набору данных. Как правило, большие удобства в организации доступа всегда означают и большую стандартизацию в правилах работы. Сочетание выбранного типа организации набора данных с тем или иным способом доступа к нему для программиста означает выбор конкретного метода доступа, допустимого в данной операционной системе. Использование стандартного метода доступа намного облегчает организацию обмена информацией с ВУ. При этом для прочтения с ВУ или для записи на него порции информации пользователю достаточно в своей программе употребить только соответствующую макрокоманду, причем средства ОС освобождают пользователя от необходимости в тексте своей программы конкретизировать номера ВУ, физические адреса расположения наборов данных на них и другие сведения, жестко привязывающие про грамму к данной конфигурации ЭВМ. Вместо этого программист может указать только логическое имя ВУ или просто рекомендовать его тип, совершенно не заботиться о местоположении набора данных в пределах заданного тома и вообще опустить многие другие параметры, значение которых определит ОС.

Если программиста не удовлетворяют ограничения, накладываемые стандартными методами доступа на организацию обменов, он может воспользоваться другими средствами ОС — физическим методом доступа, но при этом от программиста требуются гораздо большие знания ОС и усилия по написанию программы, текст которой значительно усложняется.

В ОС микро- и мини-ЭВМ при ознакомлении с организацией обмена данными кроме понятия метода доступа пользователь встречается с представлением о про грамме драйвера. Это системное средство более специализировано, чем метод доступа, поскольку обеспечивает доступ только к конкретному и единственному типу ВУ. Важной   функцией  любой  ОС  является  обеспечение достаточно подробной диагностики на всех этапах прохождения задания через ЭВМ. Особенно подробными должны быть диагностические сообщения при обнаружении различных сбоев и ошибок в ходе выполнения вычислительного процесса. В ОС с развитыми сервисными средствами существует возможность определения физического адреса ОП, по которому располагалась ошибочная    машинная    команда,    а    также    местоположения команды исходного модуля программы, породившей ошибку.

Перечисленные выше программы планирования вычислительных работ, управления задачами и данными относятся к системным управляющим программам. Существуют также системные обрабатывающие программы, предоставляющие многочисленные средства обслуживающего характера, трансляторы, редакторы связей, загрузчики, программы сортировки — объединения и различные вспомогательные программы — утилиты, обеспечивающие программистов средствами разметки томов прямого и последовательного доступа, ведения библиотек, копирования и создания новых наборов данных, распечатки содержимого наборов данных в различных форматах и пр. [19]. Все перечисленные возможности утилит обязательно включают осуществление различных обменов информацией между ОП и ВУ. По сравнению со стандартными методами доступа утилиты являются следующим шагом в направлении создания еще больших удобств программисту в организации всевозможных обменов. Действительно, для того чтобы применить стандартный метод доступа, необходимо написать программу, а утилита представляет собой уже написанную обрабатывающую программу, которой следует только правильно воспользоваться.

Современные ВС часто узкоспециальны и требуют для своей работы соответствующим образом сконструированных ОС. В одних случаях стандартных возможностей ОС не хватает и ОС приходится расширять, в других случаях многие функции оказываются недоиспользованными. Поэтому ОС конструируют по модульному принципу, позволяющему пользователю в каждом конкретном случае создавать свой вариант ОС. Процесс носит название генерации операционной системы.

Приобретение той или иной ОС означает получение дистрибутивных лент с записанными на них модулями ОС и комплекта документации. Затем решается вопрос о том, какие из всех возможных средств и составных частей следует включить в состав сгенерированной ОС. При этом уточняется, какие из модулей ОС будут резидентными, т. е. будут присутствовать в ОП постоянно в составе ядра ОС, а какие модули — транзитными, т. е. постоянно будут находиться на НМД, а в ОП будут попадать по мере надобности. Следует напомнить, что всякое перемещение модулей ОС между НМД и ОП, как и вся кий обмен, осуществляется достаточно медленно. Решение этого вопроса основывается на поиске наилучшего компромисса между быстродействием и размером ядра ОС, так как если все модули сделать резидентными, то быстродействие ОС окажется максимальным, но максимальным будет и размер ОП, занимаемой под ядро операционной системы. В противном случае мы проиграем в быстродействии, но сэкономим память. Поскольку ЭВМ любой серии может использоваться в различной конфигурации (отличаются емкость ОП, количество каналов, внешних устройств, их номера и пр.), необходимо при генерации перечислить весь состав технических средств вычислительного комплекса, физические номера внешних устройств, их распределение между каналами. В результате можно сгенерировать вариант ОС, максимально учитывающий функциональное назначение и конфигурацию конкретной ВС.

Последовательность обработки задания на ЭВМ.

Решение любой задачи на ЭВМ начинается с написания ее алгоритма на языке программирования (например, на алгоритмических языках ФОРТРАН, КОБОЛ, ПЛ/1, ассемблера и др.). Текст алгоритма называется исходной программой или исходным модулем. Исходная программа удобна и понятна программисту, но совершенно непонятна ЭВМ, поскольку ЦП воспринимает только язык машинных команд. Таким образом, собственно до этапа решения предложенной задачи исходная программа (модуль) должна претерпеть несколько этапов обработки, в результате которых смысл алгоритма решения задачи станет понятен конкретной ЭВМ. На рис. 3.3 представлены необходимые этапы обработки исходного модуля. Исходные модули 1 и 2 написаны на различных языках (имеется в виду, что в создании сложных программных комплексов могут участвовать несколько программистов, использующих различные языки программирования).

Рис. 3.3. Этапы обработки задания на ЭВМ.

Первый этап обработки — трансляция, т. е. перевод текста исходного модуля с какого-либо языка программирования па язык машинных команд конкретной ЭВМ. Трансляция осуществляется с помощью специальных, сложных программ — трансляторов, которые входят в состав  комплекта  системных обрабатывающих  программ ОС. Транслятор загружается в ОП ЭВМ, ему передается управление центральным процессором, входной информацией для него служит транслируемый исходный модуль, результатом работы является текст программы на машинном языке — объектный модуль.

Для каждого типа ЭВМ должен существовать комплект трансляторов, каждый из которых осуществляет трансляцию только с одного из языков программирования.

Всякий исходный модуль в результате трансляции преобразуется в стандартную, принятую для данного типа ЭВМ форму объектного модуля. Как правило, это тексты машинных команд и различные справочники перекрестных и внешних ссылок. Таким образом, все особенности различных языков программирования, четко выраженные в исходных модулях, полностью стираются после этапа трансляции.

Сложные программные комплексы состоят из многих модулей, поэтому перед этапом выполнения программы необходимо объединение всех модулей и определение связей между ними. В современных ОС такое объединение модулей осуществляется после этапа трансляции перед загрузкой программы в ОП ЭВМ для выполнения. Процесс установления межмодульных связей в различных ОС называют редактированием связей (компоновкой задач, построением задач), и выполняется он с помощью специальной программы редактора связей.

Исходной   информацией   для   программы   редактора связей является совокупность объектных модулей, а результатом   работы — единый  загрузочный  модуль.   Как правило, загрузочный модуль не сразу попадает в ОП ЭВМ, а предварительно помещается в библиотеку загрузочных модулей (в мини-ЭВМ — в файл образа задачи). Объектные и загрузочные модули, помещенные в свои библиотеки, впоследствии могут быть использованы самостоятельно или в комбинации друг с другом неограниченное число раз.

Программа редактора связей осуществляет первичное разрешение межмодульных ссылок. На рис. 3.4 изображены объектные модули А и В.

 

Рис. 3.4. Схема объединения объектных модулей в единый загрузочный.

Предположим, что в модуле А существует команда обращения к модулю В — команда CALL В. Редактор связей после объединения обоих модулей в единый загрузочный модуль в соответствующей машинной команде обращения к модулю В должен проставить адрес модуля В, определенный относительно начала всего загрузочного модуля. В случае, представленном на рис. 3.4, этот адрес составляет 1000 байт.

Чтобы программа могла выполняться, единый загрузочный модуль должен быть помещен в ОП ЭВМ. Эту операцию называют этапом загрузки, а программу, которая осуществляет загрузку,— загрузчиком или программой выборки.

В условиях режима мультипрограммной обработки в ОП ЭВМ одновременно находится несколько задач и нельзя предсказать заранее, в какие ячейки попадет тот или иной загрузочный модуль.

Примечание. Существует термин «перемещаемый загрузочный модуль», что означает возможность размещения загрузочного модуля в любой зоне оперативной памяти.

Сложность этапа загрузки заключается в необходимости настройки относительных адресов загрузочного модуля на абсолютные физические адреса выделенной в ОП зоны задачи, что и является вторичным разрешением межмодульных ссылок. Например, если изображенный на рис. 3.4 загрузочный модуль должен быть размещен в зоне задачи с начальным адресом 10 000 байт, то обращение к модулю В после соответствующей настройки должно осуществляться по адресу 11 000 байт.

Не обязательно любая задача пользователя в процессе своего выполнения на ЭВМ должна проследовать по маршруту, представленному на рис. 3.3. Если исходные модули заранее оттранслированы, то решение задачи будет включать в себя только редактирование связей и выполнение. Если исходные модули давно оттранслированы, отредактированы, отлажены и хранятся в библиотеке в виде сформированного загрузочного модуля, то решение задачи заключается только в загрузке в ОП и выполнении готового загрузочного модуля. Таким образом, тот или иной этап обработки задачи определяется конкретной ситуацией и назначается самим пользователем.

Выше обращение пользователя к ВС с целью осуществления некоторых вычислительных процедур определялось термином «задача». В терминологии ОС вычислительных машин единой серии (ОС ЕС) существуют термины «задание» и «задача». Задание — некоторая единица работы, выполненная ЭВМ: за смену обработано столько-то заданий. Задача- более мелкая по сравнению с заданием единица работы, определяемая как совокупность некоторой программы и данных, для обработки которых требуются определенные ресурсы системы. Если одна и та же программа обрабатывает различные данные, то это означает существование различных задач. На рис. 3.3 изображена схема обработки одного задания. Это задание состоит из трех задач: 1)трансляции; 2)редактирования связей; 3)выполнения. Для пользователя эти задачи представляются единым заданием, в итоге выполнения которого получаются некоторые конечные результаты. Для ОС обработка задания выливается в выполнение трех самостоятельных задач. Таким образом, задание состоит из одной или нескольких задач.

В условиях мультипрограммного режима обработки задач термины «задание» и «задача» позволяют конкретизировать различные события, происходящие во время вычислительного процесса, например, такая-то задача такого-то задания завершилась аварийно.

Перечисленные в данной главе функции и составные части некоторых операционных систем в различных комбинациях и, возможно, несколько видоизмененные присутствуют в многочисленных реальных ОС. Обилие и многообразие реальных ОС в первую очередь объясняется существованием многочисленных ЭВМ различной архитектуры. Для каждой серии ЭВМ, как правило, существует несколько разновидностей операционных систем — общего назначения, реального времени, разделения времени, пакетной обработки задач и др. С течением времени каждая группа ОС пополняется новыми версиями и исполнениями. Очень заманчивой является идея создания единой ОС, под управлением которой могли бы функционировать ЭВМ различной архитектуры. Одним из вариантов такой мобильной ОС является UNIX, однако еще существуют определенные проблемы ее переноса на различные отечественные ЭВМ.

В настоящее время из наиболее распространенных ОС, используемых в нашей стране, можно выделить: ОС многопроцессорных вычислительных комплексов «Эльбрус» (ОС МВК), ОС ЭВМ единой серии (ОС ЕС), ОС серии малых ЭВМ типа СМ-1, СМ-2 (ЛОС, ДОС, СРВ, СРВ-М, ДМОС РВ), ОС серии малых ЭВМ тина СМ-3, СМ-4, ОС микро-ЭВМ СМ-1800 (СПО СМ 1800, ДОС 1800, ОС 1800), ОС ЭВМ типа «Электроника» [27]. В данном пособии рассматриваются только наиболее развитые и перспективные группы ОС, под управлением которых функционирует 'большинство пакетов прикладных программ САПР.

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ.

Операционные системы возникли и существуют для более эффективного использования современных высокопроизводительных ВС и удобства работы с ними. Поскольку они сложны и громоздки, их трудно осваивать; для них выделяется часть дорогостоящих вычислительных ресурсов.

Операционные системы классифицируют по многим признакам, главные из которых — назначение, режим обработки задач, способ взаимодействия с пользователем.

Основными функциями ОС являются планирование работ, обработка прерываний, управление данными и предоставление различных сервисных услуг. Благодаря модульному принципу построения ОС ее можно сгенерировать, учитывая конкретную конфигурацию ВС и ее функциональное назначение. Наиболее часто повторяющимися этапами пользовательского задания являются трансляция исходных программ, редактирование связей и выполнение.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18252. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ 183 KB
  ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ ЭДС. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ Три синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды сдвинутые по фазе на 120 образуют трехфазную симметричную систему. Аналогично получаются трехфазные...
18253. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 459.5 KB
  ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Вращающееся магнитное поле двухфазного тока. Рассмотрим образование вращающегося магнитного поля на примере двухфазного синусоидального тока и двух катушек сдвинутых в пространстве одна относите
18254. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 221 KB
  ТЕМА 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ Электрической цепью называют совокупность устройств предназначенных для получения передачи преобразования и использования электрической энергии. Электрическая цепь состоит из отдельных устро
18255. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ 114.5 KB
  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ 1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ИЗОБРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ Электрические свойства тел объясняются присутствием в них заряженных частиц. Такие частицы как электрон и протон имеют равные по абсолютному значению заряды при этом заряд электрона отрица...
18256. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ 294.5 KB
  ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Магнитное поле одна из двух сторон электромагнитного поля характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой пропорциональной заряду частицы и ее скорости. Магнитное поле изображается...
18257. Сутність і зміст процесу військового навчання 69.13 KB
  Заняття №1: Сутність і зміст процесу військового навчання. Мета заняття: формувати у курсантів риси необхідні військовому керівнику для професійної діяльності; сприяти розвитку почуття свід
18258. ВІйськово-педагогічний-процес 59.88 KB
  Заняття №3: ВІйськово-педагогічнийпроцес. Мета заняття: З’ясувати предмет ы завдання выйськовоъ дидактики. Вивчити основны компоненти навчального процесу. 3. Формувати світогляд курсантів с
18259. Концептуальні засади виховної роботи в ЗС України 142 KB
  Заняття 13: Концептуальні засади виховної роботи в ЗС України. Мета заняття: З’ясувати суть основні напрямки та завдання виховної роботи. Вивчити принципи методи та засоби виховної роботи
18260. Індивідуально-виховна робота в підрозділі 135 KB
  Заняття 15: Індивідуальновиховна робота в підрозділі. Мета заняття: З’ясувати суть соціальнопсихологічної характеристики особистості військовослужбовця . Вивчити організацію та м...