Назначение и функции операционных систем. Тема 2

обрабатывающих программ, который,
с одной стороны, выступает как интерфейс между аппаратурой компьютера и пользователем с его задачами,
а с другой – предназначен для наиболее эффективного использования ресурсов вычислительной системы и организации надежных вычислений.

В соответствии с этим определением ОС выполняет две группы функций:
- предоставление пользователю или программисту вместо реальной аппаратуры компьютера абстрактной виртуальной машины, с которой удобней работать и которую легче программировать;
- повышение эффективности использования компьютера путем рационального управления его ресурсами в соответствии с некоторым критерием.

в соответствии с типами локальных ресурсов, которыми управляет ОС, либо в соответствии со специфическими задачами, применимыми ко всем ресурсам.
Такие группы функций называют функциональными компонентами или подсистемами.

свободной и занятой памяти

Освобождение памяти

Защита памяти

Выполнение вспомогательных операций:
- сжатие(дефрагментация) памяти
- объединение смежных участков свободной памяти

Загрузка кодов и данных процесса в память

Настройка адресов программ на конкретные области физической памяти

конкретной моделью ВУ и учитывающая все его особенности

Управление файлами и внешними устройствами (ВУ)

Файловая система

Защита файлов от несанкционированного доступа

Организация совместного доступа к файлам

Управление ВУ

Действия с файлами:
поиск
вывод содержимого
изменение
сохранение
перемещение
копирование
переименование
удаление

Представление пользователю информации о хранимых на носителях данных в удобной для восприятия форме: иерархия каталогов/папок и файлов.

Преобразование символьных имен файлов, с которыми работает пользователь или прикладной программист, в физические адреса данных на носителях

ВУ

ВУ

ВУ

Разнообразие драйверов, поддерживаемых ОС, гарантирует возможность подключения большего числа ВУ различных производителей

Поддержание высокоуровневого унифицированного интерфейса прикладного программирования к разнородным ВУ является одной из наиболее важных задач ОС. Со времени появления ОС UNIX такой унифицированный интерфейс в большинстве операционных систем строится на основе концепции файлового доступа.

Обмен с любым ВУ – это обмен с файлом, имеющим имя и представляющим собой неструктурированную последовательность байтов

сбоев и отказа аппаратуры

Аутентификация

Средства защиты от несанкционированного доступа

Защита от ошибок программного обеспечения

Резервирование

Аппаратное

Программное

Авторизация

Аудит

подтверждение подлинности электронного письма путём проверки цифровой
 подписи письма по ключу проверки подписи отправителя; 
-проверка контрольной суммы файла на соответствие сумме, заявленной
 автором этого файла.

Идентификация — процедура, в результате выполнения которой субъект идентификации указывает системе свой идентификатор

Авторизация — предоставление определенному лицу или группе лиц прав на выполнение определенных действий,  а также процесс проверки (подтверждения) данных прав при попытке выполнения этих действий.

3

Аудит – фиксация всех событий, от которых зависит безопасность системы.

которых зависит безопасность системы.

уровне системы программирования

С помощью внешних библиотек

При этом способе ОС ответственна за выполнение функций API. Объектный код, выполняющий функции, либо непосредственно входит в состав ОС, либо поставляется в составе динамически загружаемых библиотек (Dynamic Link Library, DLL ), разработанных для данной ОС. Система программирования ответственна только за то, чтобы организовать интерфейс для вызова это­го кода.
Динамически загружаемые модули .dll исполняются при вызове их исполняющейся программой, но НЕ ПОДКЛЮЧАЮТСЯ к коду программы!
Достоинства: достигается наибольшая эффективность выполнения функций API по сравнению со всеми другими вариантами реализации API, так как результирующая программа обращается непосредственно к ОС.
Недостатки: практически полное отсутствие переносимости не только кода результирующей программы, но и кода исходной программы.

Программа, созданная для одной архитектуры вычислительной системы, не сможет исполняться на вычислительной системе другой архитектуры даже после того, как ее объектный код будет полностью перестроен. Чаще всего система программирования не сможет выполнить перестроение исходного кода для новой архитектуры вычислительной системы, поскольку многие функции API, ориентированные на определенную ОС, могут просто отсутствовать в новой архитектуре. Таким образом, в данной схеме для переноса прикладной программы с одной целевой вычислительной системы на другую будет требоваться изменение исходного кода программы.

уровне системы программирования

С помощью внешних библиотек

При этом способе ОС ответственна за выполнение функций API. Объектный код, выполняющий функции, либо непосредственно входит в состав ОС, либо поставляется в составе динамически загружаемых библиотек (Dynamic Link Library, DLL ), разработанных для данной ОС. Система программирования ответственна только за то, чтобы организовать интерфейс для вызова это­го кода.
Динамически загружаемые модули .dll исполняются при вызове их исполняющейся программой, но НЕ ПОДКЛЮЧАЮТСЯ к коду программы!
Достоинства: достигается наибольшая эффективность выполнения функций API по сравнению со всеми другими вариантами реализации API, так как результирующая программа обращается непосредственно к ОС.
Недостатки: практически полное отсутствие переносимости не только кода результирующей программы, но и кода исходной программы.

Примером API такого рода может служить набор функций, предоставляемых пользователю со стороны ОС типа Microsoft Windows – WinAPI (Windows API). Даже внутри этого корпоративного API существует определенная несогласованность, которая несколько ограничивает переносимость программ между различными версиями ОС Windows. Еще одним примером такого API можно считать набор сервисных функций ОС типа MS-DOS, реализованный в виде набора подпрограмм обслуживания программных прерываний.

уровне системы программирования

С помощью внешних библиотек

В этом случае функции API предоставляются пользователю в виде библиотеки функций соответствующего языка программирования. Обычно речь идет о библиотеке времени исполнения – RTL (run time library). Система программирования предоставляет пользователю библиотеку соответствующего языка программирования и обеспечивает подключение к результирующей программе объектного кода, ответственного за выполнение этих функций.
Достоинства: переносимость исходного кода программы в таком варианте будет самой высокой, поскольку синтаксис и семантика всех функций будут строго регламентированы в стандарте соответствующего языка программирования. Они зависят от языка и не зависят от архитектуры целевой вычислительной системы. 
Недостатки: эффективность функций API в таком варианте будет несколько ниже, чем при непосредственном обращении к функциям ОС, поскольку для выполнения многих функций API библиотека RTL языка программирования должна все равно выполнять обращения к функциям ОС.

Примеры: функции динамического выделения памяти в языках С (mallос, realloc и free), в С++ (new и delete), и Pascal (new и dispose). 
Проблема, главным образом, заключается в том, что большинство языков программирования предоставляют пользователю не очень широкий набор стандартизованных функций. Поэтому разработчик исходного кода существенно ограничен в выборе доступных функций API.

уровне системы программирования

С помощью внешних библиотек

Функций API в этом случае предоставляются пользователю в виде библиотеки процедур и функций, созданной сторонним разработчиком. Система программирования ответственна только за то, чтобы подключить объектный код библиотеки к результирующей программе. Причем внешняя библиотека может быть и динамически загружаемой (библиотека RTL).
Достоинства: с точки зрения переносимости исходного кода требование только одно – используемая внешняя библиотека должна быть доступна в любой из архитектур вычислительных систем, на которые ориентирована прикладная программа. Тогда удастся достигнуть переносимости. Это возможно, если используемая библиотека удовлетворяет какому-то принятому стандарту, а система программирования поддерживает этот стандарт. 
Недостатки: с точки зрения эффективности выполнения имеет самые низкие результаты, поскольку внешняя библиотека обращается как к функциям ОС, так и к функциям RTL языка программирования. Только при очень высоком качестве внешней библиотеки ее эффективность становится сравнимой с библиотекой RTL.

Примеры: библиотеки, удовлетворяющие стандарту POSIX, доступны в большинстве систем программирования для языка С. И если прикладная программа использует только библиотеки этого стандарта, то ее исходный код будет переносимым.