Операционные системы и системное программное обеспечение
| English | Русский |
|---|---|
| operating system/ˈɒpəreɪtɪŋ ˈsɪstəm/ | операционная система |
| utility programs/juːˈtɪlɪti ˈprəʊɡræmz/ | утилиты |
| device driver/dɪˈvaɪs ˈdraɪvə/ | драйвер устройства |
| memory management/ˈmeməri ˈmænɪdʒmənt/ | управление памятью |
| memory protection/ˈmeməri prəˈtekʃn/ | защита памяти |
| virtual memory/ˈvɜːtʃuːəl ˈmeməri/ | виртуальная память |
| paging/ˈpeɪdʒɪŋ/ | страничная пересылка |
| process/ˈprəʊses/ | процессом |
| process management/ˈprəʊses ˈmænɪdʒmənt/ | управление процессами |
| scheduling/ˈʃedjuːlɪŋ/ | планирование |
| time slice/taɪm slaɪs/ | тайм-слайс |
| hardware interrupt/ˈhɑːdweə ˈɪntərʌpt/ | аппаратное прерывание |
| software interrupt/ˈsɒftweə ˈɪntərʌpt/ | программное прерывание |
| interrupt handler/ˈɪntərʌpt ˈhændlə/ | обработчик прерываний |
| directory/daɪˈrektəri/ | каталог |
| access rights/ˈækses raɪts/ | права доступа |
| signatures/ˈsɪɡnɪtʃəz/ | подписями |
| incremental backups/ˌɪŋkrɪˈmentl ˈbækʌps/ | инкрементальные резервные копии |
| fragmented/fræɡˈmentɪd/ | fragmented (фрагментированная) |
Тревога 1202
- За три минуты до первой посадки на Луну бортовой компьютер Apollo 11 мигнул кодом, которого экипаж никогда не видел на тренировках: 1202. Неправильно настроенный радар забрасывал его задачами, которые он не мог завершить.
- Крошечная операционная система компьютера выполняла то, для чего предназначена операционная система. Она ранжировала все задачи по приоритету, отбрасывала те, что были несущественны, и поддерживала работу расчетов посадки. Посадка продолжилась.
- Без этого планировщика компьютер завис бы, и посадку пришлось бы прервать. Каждый современный телефон и ноутбук принимает такие решения тысячи раз в секунду.
- Этот урок объясняет, почему компьютеру нужна ОС, пять задач управления, указанных в программе, и утилитные программы, входящие в её состав.
Почему компьютеру нужна операционная система
- Аппаратное обеспечение само по способно только выбирать и выполнять инструкции. Оно ничего не знает о файлах, программах, сетях или пользователях.
- ОС предоставляет интерфейс между пользователем и аппаратным обеспечением, а также скрывает сложность аппаратного обеспечения от пользователя и прикладных программ.
- Она управляет ресурсами аппаратного обеспечения: временем процессора, памятью, хранилищем и вводом-выводом, и распределяет их между программами; она загружает прикладное ПО в память и запускает его; а также обеспечивает безопасность и утилиты.
- Без неё каждая программа потребовала бы собственного драйвера устройства, и одновременно безопасно могла работать только одна программа.
Один слой между каждой программой и аппаратным обеспечением
Где находится операционная система
Нажмите на каждый слой. ОС — средний слой: она находится между вашими приложениями и аппаратным обеспечением, безопасно разделяя машину так, чтобы программы никогда не обращались к железу напрямую.
Что является основной задачей операционной системы?
ОС управляет оборудованием и предоставляет сервисы и UI, позволяя нескольким программам безопасно работать на общем оборудовании.
Операционная система позволяет нескольким программам безопасно делить одно и то же оборудование, чтобы они не мешали друг другу.
Безопасное разделение процессора, памяти и устройств между многими программами — именно для этого предназначена ОС.
Каковы цели операционной системы? Выберите все подходящие варианты.
Интерфейс, сокрытие сложности, управление и разделение ресурсов — задачи ОС. Перевод — задача компилятора или интерпретатора.
Управление памятью
- Управление памятью выделяет память каждой программе при её загрузке и освобождает её при завершении работы программы.
- Оно разделяет память каждой программы (защита памяти), чтобы одна программа не могла перезаписать данные другой.
- Оно обменивается страницами между ОЗУ и диском (виртуальная память) через пайпинг (разделение на страницы), позволяя держать открытыми больше программ, чем позволяет физическая память.
Каждому процессу выделяется свой защищенный блок
Виртуальная память (страничная) позволяет ОС:
Страничная пересылка перемещает блоки между ОЗУ и диском, позволяя программам использовать больше памяти, чем установлено физически.
Управление процессами
- Работающая программа называется процессом. Управление процессами создает и завершает процессы.
- Оно решает, какой процесс получит процессор следующим (планирование), и на какое время (тайм-слис), затем сохраняет состояние процесса и переключается на следующий.
- Оно разрешает конфликты, когда два процесса требуют один и тот же ресурс, и может завершить процесс, который перестал отвечать.
Выполняемая программа называется:
Управление процессами загружает, планирует и переключается между процессами (выполняемыми программами).
Разобранный пример: как ОС обеспечивает многозадачность
- Объясните, как управление памятью и управление процессами позволяют нескольким программам работать одновременно. [4]
- Управление памятью загружает несколько программ в память одновременно, каждая в свою защищенную область, и отслеживает, какие адреса принадлежат какой программе.
- Управление процессами распределяет процессор между ними: каждый процесс работает в течение тайм-слиса, ОС сохраняет его состояние и переключается на следующий.
- Переключение происходит настолько быстро, что все программы кажутся работающими одновременно, хотя процессор в любой момент выполняет только одну.
Расставьте шаги, благодаря которым несколько программ могут работать одновременно, в правильном порядке.
Первый шаг выполняет управление памятью; остальные — управление процессами.
Управление аппаратным обеспечением и прерывания
- ОС взаимодействует с каждым устройством через его драйвер устройства, ставит в очередь и буферизирует данные, отправляемые медленным устройствам, таким как принтер, и разделяет одно устройство между несколькими программами.
- Аппаратное прерывание исходит от устройства: нажатие клавиши, закончилась бумага в принтере, завершена передача с диска, отказ питания. Программное прерывание исходит от программы: деление на ноль, недопустимая инструкция, запрос услуги ОС.
- Обработчик прерываний сохраняет состояние текущего процесса, обрабатывает прерывание, затем восстанавливает процесс и продолжает выполнение.
В принтере закончилась бумага, и он отправляет сигнал процессору. Это:
Оно исходит от устройства. Программное прерывание исходит от программы, например, деления на ноль.
Управление файлами и управление безопасностью
- Управление файлами: создание, переименование, копирование, перемещение и удаление файлов и папок; сохранение структуры каталогов и записи местоположения каждого файла на диске; выделение места на диске; установление прав доступа для каждого пользователя.
- Управление безопасностью: учетные записи пользователей и пароли, права доступа, шифрование хранимых данных, межсетевой экран (файрвол), автоматические обновления безопасности и журнал действий пользователей.
- Вопрос «описать» требует указания того, что ОС фактически делает в каждом разделе: одно действие за каждый балл.
Сопоставьте каждую задачу управления операционной системой с тем, что она делает.
ОС управляет четырьмя основными ресурсами — процессором (процессами), ОЗУ (памятью), хранилищем (файлами) и периферией (устройствами).
Системное утилитарное программное обеспечение
- Системные утилиты — это системное ПО, которое обслуживает, ремонтирует или оптимизирует компьютер, а не выполняет задачи пользователя.
- Форматтер диска: подготовка диска к использованию путем настройки его файловой системы и удаления существующих данных. Антивирус: сравнение файлов с базой известных подписей, мониторинг поведения, изоляция обнаруженного; требует обновления.
- Программы дефрагментации: объединяют разрозненные блоки каждого файла. Анализ и восстановление содержимого диска: показывают, что занимает место; находят и исправляют поврежденные сектора и ошибки файловой системы.
- Сжатие файлов: уменьшение размера файлов для хранения и передачи. Программы резервного копирования: копируют файлы на другой носитель по расписанию; полное копирование, затем инкрементальное резервное копирование измененных данных.
Каждая из них выполняет одну задачу обслуживания
Программы системного обслуживания, такие как антивирус, резервное копирование и дефрагментатор, называются ______ программным обеспечением.
Программы-утилиты обслуживают систему; текстовые редакторы и браузеры являются прикладным программным обеспечением.
Разобранный пример: как дефрагментация улучшает производительность
- Объясните, как дефрагментация может улучшить производительность компьютера. [3]
- Жесткий диск хранит файл в любых свободных блоках, которые он находит, поэтому со временем файл становится фрагментированным, рассредоточенным по пластинам, и его чтение требует множества перемещений считывающе-записывающей головки.
- Дефрагментатор перемещает блоки каждого файла рядом друг с другом, чтобы они хранились непрерывно (контигуально), и собирает свободное пространство в один регион.
- Файлы читаются с меньшим количеством перемещений головок, поэтому загружаются быстрее, а новые файлы можно записывать в непрерывный участок пространства. У SSD нет движущихся головок, поэтому она не получает преимуществ.
Дефрагментатор полезен для жесткого диска, но НЕ для SSD, потому что:
Дефрагментация уменьшает время перемещения головок (поиск) на вращающемся диске; у SSD нет головок, поэтому он ничего не выигрывает (а дополнительные записи изнашивают его).
Разобранный пример: одна строка от каждой утилиты к её назначению
| Утилита | Назначение |
|---|---|
| дефрагментация | файлы загружаются быстрее, так как их блоки находятся вместе |
| восстановление диска | диск с поврежденными секторами или ошибками файловой системы снова работает |
| анализ содержимого диска | освобождается место благодаря поиску больших, дублированных и временных файлов |
| сжатие файлов | больше данных помещается на диск и передается быстрее |
| антивирус | вредоносное ПО находится и изолируется |
| программы резервного копирования | данные восстанавливаются после потери, повреждения или действия ransomware |
- Производительность в левой части, безопасность в правой. Каждая утилита соответствует ровно одному назначению.
Сопоставьте каждую утилиту с ее назначением.
Одна утилита — одна цель. Вопросы экзаменатора с рисованием линий оцениваются именно так.
Потерянные баллы
- «Управление памятью» — это заголовок, а не ответ. Нужно сказать, что именно она делает: выделяет, защищает, освобождает, страницы на диск.
- Утилита — это не ОС и не приложение. Она выполняет одну задачу обслуживания.
- Дефрагментация помогает жесткому диску; она ничего не дает SSD.
- Антивирус эффективен только до момента последнего обновления; резервная копия — единственный способ восстановления после ransomware.
Вы поняли
- ОС — это интерфейс между пользователем и аппаратным обеспечением: она скрывает сложность, управляет и распределяет процессор, память, хранение и ввод/вывод, а также загружает и запускает программы.
- пять задач управления: память (выделение, защита, страничная обработка), процесс (планирование по тайслайсам, переключение), аппаратное обеспечение (драйверы, буферы, прерывания), файлы (каталоги, место, права доступа), безопасность (учетные записи, шифрование, файрвол, логи).
- многозадачность = защищенные области памяти + переключение с тайслисами достаточно быстрое, чтобы выглядеть одновременным.
- утилиты: форматтер, антивирус, дефрагментатор, анализ и восстановление диска, сжатие, резервное копирование, каждая со своим назначением.