Недавно появилась информация о том, что скоро на всех компьютерах, предназначенных для государственных учреждений, не останется «традиционной» операционной системы Windows. Вместо нее будет российская ОС. Планируется начать ее тестирование уже в следующем году.
Оптимистические прогнозы
Самым популярным проектом, который может претендовать на такую значимую роль, выступает «Синергия». В данной системе предусмотрено ядро Linux. Не так давно было принято решение о начале ее разработки. Это постановила совместная комиссия и Российский федеральный ядерный центр, расположенный в городе Саров. Стоит отметить, что именно на предприятии «Синергия» операционная система должна интенсивно тестироваться. Необходимо, чтобы она была доведена до ума для возможности ее применения в системах управления пользовательскими базами данных.
Также хочется заметить, что такая затея является инициативой специалистов «Росатома», потому как в ядерной энергетике очень большое значение имеет импортное программное обеспечение. Настало время обратить внимание на российскую продукцию. Специалисты обещают, что новая операционная система будет надежно защищена от взлома, не уступая своим зарубежным аналогам.
Последняя капля
На скорость принятия данного решения повлиял выход очередного пакета обновлений для Windows 7, что произошло в августе 2014 года. По иронии судьбы от них отказались тысячи компьютеров по всему миру. Это связано с тем, что обновления имели критические ошибки. Кроме того, наблюдались неисправности в системах Windows RT, Windows 8 и 8.1, что значительно усугубило ситуацию.
Для чего это необходимо?
Стоит отметить, что в последнее время часто обсуждался вопрос выхода российской операционной системы. Правда, происходило это в ироническом ключе. Однако пользователи не виноваты в отсутствии патриотизма. Как показывает практика, зачастую отечественные проекты способны предложить только «нескучные обои» и новую тему оформления Ubuntu. Необходимо учитывать, каким требованиям должна соответствовать перспективная российская операционная система, прежде чем решиться на ее изобретение. Также важно предусмотреть основные принципы, заложены в нее. Можно включить фантазию и представить, каким направлениям следует уделить внимание при разработке.
«Детские заболевания»
Начинать всегда нужно, исходя из предыдущего опыта. Не обязательно, чтобы он был положительным. Речь идет о древних «Спектрумов» с несколько переосмысленной DOS, а также «принципиально новой» БедОС 2 «Таня», которая появилась относительно недавно и устанавливалась в компьютерных клубах. Они представляли собой переработанную практически до неузнаваемости Windows 98. Таким образом, операционные системы не выступали в качестве отдельного продукта. Они были всего лишь переделанными инструментами всемирно известного производителя софта, хотя и обладали новым интерфейсом.
Задачи отечественных разработчиков
Когда начинается разработка действительно новой российской операционной системы для компьютеров, перед ее авторами становится огромное число задач.
Стоит остановиться на основных из них:
Операционная система, предназначенная для выполнения всех задач, должна функционировать на серверах и рабочих станциях российского производства;
создание рабочих и функциональных инструментов виртуализации под ОС;
создание, развитие, а также поддержка российской среды разработки приложений;
производство средств, которые способны использоваться для автоматизирования тестирования;
создание российского «магазина приложений», чтобы дать достойный ответ AppStore и ему подобным;
разработка операционной системы, которая способна функционировать не только на настольных устройствах, но и на мобильной аппаратуре;
выпуск средств проектирования, облегчающих разработку новых приложений;
поведение анализа бизнес-сектора экономики, а также создание специального кластера программ для него;
в российской операционной системе должно быть предусмотрено собственное рабочее окружение (DE);
разработка новых инструментов для установки и отладки созданных программ;
возможность безболезненной миграции бизнеса, а также домашних пользователей с прежних версий операционных систем;
создание учебных курсов для ознакомления пользователей с российской операционной системой для персонального компьютера, с ее возможностями и перспективами;
Что касается российской ОС для мобильных устройств, она должна стать достойным конкурентом iOS, Windows Mobile, «Андроид».
Несколько слов о пользователях новой ОС Ни для кого не секрет, что современные домашние компьютеры, как правило, ориентированы на игры. Стоит отметить, что рынок ПК известен огромным разнообразием компьютерного «железа». Доминирующую роль играет операционная система Windows. Она используется большинством пользователей. Все их привычки в данном сегменте отличаются закоренелым консерватизмом, поэтому изменить понятия вряд ли получится. Из этого следует, что, скорее всего, новая российская ОС первое время будет ориентирована на государственные предприятия, а также корпоративные сегменты экономики и область ВПК.
Какие требования предъявляются к новой ОС?
1. Относительно низкая цена не только самой системы, но и устройства, которое ее поддерживает и позволяет стабильно работать.
2. Возможности «облачной» работы с документами.
3. Наличие возможности для масштабирования. Лучше всего, если она будет заточена под требования большой организации.
4. Максимальная скорость обработки информации.
5. Высокая степень надежности и защищенности, включая проникновение вирусов в систему.
6. Создание и развитие операционной системы должны вестись в соответствии с современными тенденциями на рынке компьютерных технологий.
Стоит отметить тот факт, что российская операционная система «Роса» хорошо защищена от воздействия вредоносных программ. Кроме того, она представляет собой еще один дистрибутив «Линукс». Также важно, чтобы была возможность использовать ОС на компьютере, предназначенном не только для государственных учреждений, но и домашней работы. Таким образом, можно привлечь новую аудиторию. Большое значение имеет и полная совместимость с известными распространенными примерами компьютерного оборудования и периферии.
Создание операционной системы в соответствии с развитием аппаратной части
На сегодняшний день процессоры превышают 14 нм. Свет увидели отечественные «Эльбрусы» 65 нм. В то же время, планируется в недалеком будущем выпустить емкую память нового типа ReRam. Она будет отличаться по скорости, оставляя далеко позади все новейшие SSD (NAND).
Другими словами, первостепенной задачей является создание системы, работающей не только на уже существующем, но и перспективном устройстве. Именно такие планы у ведущих производителей. Правда, дело это нелегкое, потому у многих возникают сомнения, что такая идея возымеет успех. Сейчас стоит поговорить о продвижениях в данном сегменте, которые более реальные.
Пару слов о «Хамелеонах» и прочем
Современные отечественных операционные системы могут пойти по двум реальным направлениям развития. В первую очередь хочется отметить вполне оправданную заинтересованность военных. Именно для них важно защищенное отечественное программное обеспечение. Второй путь можно отметить в качестве «патриотической разработки». Иногда в интернете встречаются проекты, которые разработаны авторами, анонсирующими российскую операционную систему. Стоит упомянуть о такой ОС, как Xameleon.
Что касается технологической стороны вопроса, она имеет большую схожесть с Mac OS X. Это просматривается в использовании микроядра. В операционной системе «Хамелеон» применяется разработка L4, в то время как в Mac OS X предусмотрено микроядро Mach. В этом и состоит небольшое различие этих двух продуктов. Правда, отечественный «ответ» на сегодняшний день не обладает даже элементарным GUI. Как можно догадаться, речь идет о графическом интерфейсе.
Другие кандидаты
Некоторым известна операционная система «Патриот ОС», разрабатываемая российским производителем. Уже достаточно давно на Boomstarter проводится сбор пожертвований на ее выпуск. Планируется собрать сумму в размере 38 500 000 рублей. Это уже у многих вызывает насмешки, о чем свободно можно убедиться, поискав данную информацию в интернете. Причина такого недоверия среди пользователей заключается в том, что подобные отечественные проекты обычно набирали более 12 миллионов.
А если еще ознакомиться с требованиями, предъявленными новой операционной системе, сразу становится понятно, что заявленной суммы явно маловато. Даже если российская ОС «Патриот ОС» будет рассчитывать хотя бы на 1-2% рынка программного обеспечения в данной сфере, необходимо собрать намного больше. Хотя, такой суммы может хватить на предварительную бета-версию. Ознакомившись с ней, можно с легкостью судить о перспективах проекта. Правда, адекватность определенных характеристик ставит под сомнение всю разработку в целом.
Немного юмора
Таким образом, автор проекта планирует создать современную Сеть «Патрионет», которая является аналогом Всемирного Интернета. Она будет доступна исключительно тем пользователям, на устройствах которых установлена операционная система «Патриот», выпущенная российскими производителями. Планируется заложить в ее основу уникальные динамические технологии, отличающиеся высокой скоростью. Однако для осуществления подобного сумма даже 38 миллионов долларов ничтожно мала, не говоря уже об отечественной валюте.
Далекие перспективы
Существует операционная система «Фантом», разработанная российскими деятелями компьютерных технологий. Теоретически она представляет собой продукт компании Digital Zone. Фактически, это «домашняя заготовка» Дмитрия Завалишина. Он ежегодно рьяно доказывает достоинства собственной разработки на выставке HighLoad и других подобных мероприятиях. Стоит отметить, что ничего революционного и новейшего операционная система Phantom, являющаяся детищем российского производства, не имеет.
Разработчики не врут, заявляя, что их продукция не имеет ничего общего с клоном Windows/Unix. Правда, они не упоминают и о том, что «Фантом» представляет собой практически точной копию системы KeyKOS/EROS. Стоит отметить, что данная тема была затронута в далеких 80-х годах прошлого столетия. Именно в тот период и были заложены общие принципы KeyKOS.
Статья коротко ознакомила с новыми российскими операционными и системами и их возможными дальнейшими перспективами на рынке современного программного обеспечения.
10 октября 2017 года стало известно о создании в России национальной операционной системы для Интернета вещей . По мнению участников рынка, такой продукт может обойтись в сумму до 1,5 млрд рублей.
О разработке платформы, на которой будут работать устройства Интернета вещей и промышленного интернета , сообщила газета «Коммерсантъ» со ссылкой на документ, разработанный рабочей группой во главе со Сбербанком в рамках плана мероприятий по кибербезопасности на 2017–2024 годы по программе «Цифровая экономика» .
Из материалов следует, что до конца 2021 года должна завершиться разработка «отечественной свободной ОС для использования во всех видах киберфизических систем, превосходящей зарубежные ОС по ключевым параметрам быстродействия, безопасности и отказоустойчивости».
Ответственными за реализацию этой программы сделали Минпромторг , Минкомсвязи и отечественных автопроизводителей и разработчиков программного обеспечения (кто будет представлять двух последних, издание не уточнило).
По его мнению, значительная часть расходов должна быть связана не с операционной системой, а с обеспечением удобств для разработчиков прикладных программ, которые перенесут на нее свои решения.
2015: ИРИ предлагает Минкомсвязи разработать ОС к 2025 году
5 октября 2015 года стало известно о том, что в России разрабатывается новый проект собственной операционной системы для ПК и мобильных устройств, на которую планируется перевести все государственные учреждения и стратегические предприятия.
Как пишут «Известия», 5 октября 2015 года члены набсовета представят главе Минкомсвязи Николаю Никифорову и представителям Администрации президента предложения к Программе развития интернета, в которых речь идет о разработке национальной ОС к 2025-2030 годам.
«В ближайшие три года, я надеюсь, что удастся перевести на отечественную операционную систему муниципалитеты, которых сейчас 22 тысячи. Чтобы перевести на нее госорганы, нужно будет провести большое исследование и экспертизу», - заявил глава правления ИРИ Герман Клименко , который будет представлять предложения .
По мнению главы интернет-магазина SoftKey Феликса Мучника , национальную ОС нужно создавать с нуля, и в этом случае потребуется около 10-15 лет. Использование ядра Linux Мучник считает неправильным, поскольку в разработке платформы нужна не скорость, а безопасность. Кроме того, руководитель SoftKey уверен, что надо базировать разработку ОС на российском «железе» и продолжать разрабатывать свою микроэлектронику.
2011: "Пингвин Софтвер" разрабатывает прототип нацпрограммплатформы
- В октябре 2011 года по результатам тендера Минкомсвязи был заключен контракт на разработку прототипа национальной программной платформы (НПП) . В рамках проекта предполагается и создание прототипа национальной операционной системы. Тендер выиграла компания "Пингвин Софтвер ". За 16 дней и 5 млн руб. она должна эту подготовительную работу выполнить.
"Считается, что в госсекторе примерно 3 млн компьютеров,- говорил в 2011 году Дмитрий Комиссаров , глава «ПингВин Софтвер ».- Средняя стоимость корпоративного пакета Microsoft , который включает в себя операционную систему, набор офисных приложений, пакет клиентских лицензий и пр., составляет около 20 тыс. руб. Государство не хочет тратить десятки миллиардов рублей на компьютеризацию чиновников. И не тратит. Зайдите в любой муниципалитет в провинции. Я удивлюсь, если весь софт будет легальным. В этой ситуации СПО конкурирует в большей степени не с проприетарным (то есть платным) софтом, а с пиратским" .
В ноябре 2011 года Комиссаров заявил журналистам , что с 2012 по 2020 годы государство может сэкономить 137 млрд рублей за счет внедрения СПО. Цифра выведена из расчета, что у чиновников сейчас около 3 млн компьютеров, платное ПО для каждого обходится в 20-27 тыс. руб. раз в три года. От государства потребуются расходы на разработку, внедрение и поддержку, но поддержка требуется и сейчас, а разработка обойдется в несколько миллиардов рублей, отмечает Комиссаров. Использование СПО обещает сокращение импорта софта.
Согласно этой модели, дистрибутив российской системы будет бесплатным, но необходимо будет платить за ее обслуживание. Практики обязательного использования национальной ОС в госорганах не будет, ее внедрение будет носить лишь рекомендательный характер, заверил Массух. Но в случаем закупки каких-либо зарубежных систем органы государственной власти должны будут объяснить, почему они отдают приоритет им, а не национальной платформе.
Для полноценного внедрения в стране СПО нужно принять 18 поправок, главным образом в гражданское законодательство – например, для уточнения норм, связанных с безвозмездной передачей прав. Комиссаров рассказал , что полиция небольших населенных пунктов при проверках зачастую требует у фирм бумажные договоры-лицензии на использование ПО.
Большая часть кода этих систем создана за пределами России , но отечественные специалисты их дорабатывали, в том числе под требования безопасности ФСБ – и это не отверточная сборка, подчеркивает Комиссаров. Также Минкомсвязи получило системы сборки и администрирования, прототип интерфейса к единому фонду алгоритмов и программ и ПО для управления базами данных.
Для тестирования полученного Минкомсвязи потребуется не менее двух недель, оценивают в "Пингвин Софтвер". После этого отчеты и дистрибутивы, подготовленные будут опубликованы, обещали представители компании. Если государство не забудет о своей программе "Информационное общество ", то в 2012 году состоится апробация систем в ведомствах, а в 2013 году – массовое внедрение, рассчитывает Комиссаров.
Что касается аналитики, то в нее включено не менее сотни документов. Среди них – концепции, касающиеся в целом национальной программной платформы, обзор зарубежного опыта, технические задания на продолжение работ. Среди прочего – финансово-экономическое обоснование введения СПО .
- В ноябре 2011 года «Маркер» ознакомился с пакетом программ, которые содержатся в одной из переданных "Пингвин Софтвер " в Минкомсвязи систем. В сборке Rosa Linux содержатся:
- калькулятор,
- сервисы для монтажа и
- плееры аудио- и видеофайлов,
- офисные программы,
- просмотрщики документов, картинок.
Есть и софт для того, чтобы в полной мере воспользоваться благами интернета:
- программа обмена мгновенными сообщениями Kopete,
- торрент-клиент KTorrent,
- менеджер закачек KGet, а также
- утилита, которая может подключаться к микроблоггинговым сервисам, – Сhoqok.
По словам Комиссарова, в ряде ведомств вместе с Windows ставится пакет стандартных игр, чем успешно пользуются сотрудники. Приводить примеры с пользователями «Пасьянса» он отказался, но подчеркнул, что в комплекте с СПО-системами для чиновников встроенных игр не будет.
2010
Создание российской ОС заявлено в программе "Информационное общество"
Создание национальной операционной системы заявлено в программе "Информационное общество ", рассчитанной на 2011-2020 годы.
"Ростех" приобретает блокпакет в Alt Linux
«Западные компании, работающие в области свободного программного обеспечения, на самом деле мало чем отличаются от той же Microsoft , - объясняет он.- Например, из кодов, которые открывает Red Hat , нельзя собрать их дистрибутив из-за отсутствия необходимых дополнительных пакетов, правил сборки и пр. А из кодов Altlinux можно собрать полноценный дистрибутив за два-три часа».
Наличие же государственного репозитория должно позволить, по мнению Кузовкина, избавиться от дублирования расходов на ИТ в госорганах.
«Сейчас в России в государственных организациях используются сотни систем электронного документооборота , - констатирует Кузовкин. - В репозитории же будет доступна одна система, которую все пользователи смогут установить. В случае же, если какая-то из госструктур захочет заказать создание своей собственной системы, ей придется сначала обосновать, чем ее не устраивает уже имеющая система, а потом добавить в репозиторий свою разработку вместе с исходными кодами».
План разработки национальной ОС на базе Linux в рамках НПП
Национальная операционная система станет частью НПП . Тендер на ее создание будет объявлен после утверждения программы, стоимость проекта пока неизвестна. Планируется, что пробная версия операционной системы будет доступна уже в 2011 году, полноценная – к 2013 г, сообщил замминистра
Думаю, что любой из читателей данной статьи уже не считает синонимами слова «Операционная система » и «Windows», т.к. знает как минимум ещё одну или несколько других систем. Для многих это будет Андроид, ещё для значительного круга известны Windows Phone и iOS, чуть меньше людей слышали про OS X, FreeBSD и Ubuntu. Все эти операционные системы разрабатываются западными (преимущественно американскими) организациями. На первый взгляд некуда бросить свой взор русскому человеку... ан нет. Есть и у нас свои мастера.
Мы уже привыкли, что информационные технологии для России являются не предметом творчества, а предметом пассивного изучения. Да, мы знаем антивирус мирового уровня от Касперского или на данный момент лучший распознаватель текста FineReader тоже от российской компании. Кто-то вспомнит Dr.Web. Но в общем контексте это, если не капля, то небольшая лужица в море, составляющем наш компьютерный кругозор. Данная иллюзия ошибочна, т.к. оцениваются не все активные участники ИТ-сообщества, а только те, кто себя активно продвигает через рекламу или менеджеров по продажам. А кто оказывается за бортом нашего кругозора? Да десятки тысяч отечественных разработчиков разного уровня профессионализма и разных областей решаемых задач.
Ни для кого не секрет, что наиболее важной составляющей любого компьютера (кроме железок внутри корпуса) является операционная система . Но есть ли у нас здесь, что присмотреть себе из отечественного? Оказывается есть. Вот краткий список реальных проектов, которые запущены и работают не первый год:
Я решил рассмотреть первую (РОСУ), т.к. предполагаю, что она наиболее удобна для бывших пользователей Windows из всех мною перепробованных. Точнее: редакцию «для народа» - Fresh (т.е. «Свежая» РОСА).
https://pp.vk.me/c622330/v622330599/4a111/e-lkYhJxA2M.jpg
Главная проблема для пользователя новой операционной системы - освоение новой логики работы с компьютером (ведь РОСА - не клон Windows, а совершенно другая ОС). Например, человек, решивший пересесть на OS X от Apple должен будет решительно отвергнуть привычки виндовода вплоть до "горячих клавиш". Тут у российской операционной системы проблем минимум: нижняя панель напоминает по логике работы привычную «Вендовую», а устройство меню (условно назовём его «ПУСК») порадует своей простотой и функциональностью.
https://pp.vk.me/c624419/v624419599/61c93/7xQG0ybJAO4.jpg
Но это только внешняя «косметика». Внутри имеются все необходимые даже довольно продвинутому пользователю инструменты: встроенные проигрыватели огромного числа форматов, полноценный офисный пакет (аналог MS Office), редакторы графики, аудио и видео, почтовый клиент, два(!) браузера для любителей из разных лагерей (Firefox и Chromium), клиент, способный подключиться к ICQ и QIP, утилиты записи загрузочных флешек и дисков. Если нужно, доустанавливаем Skype, TeamViewer и другие полезные программы через удобный и лаконичный установщик программ (большинство программ ставится и обновляется через один этот инструмент без нужды обновляться вручную).
https://pp.vk.me/c622330/v622330599/4a11b/dmMw9LEA8S4.jpg
И даже при всей массивности предустановленного набора программ РОСА умудряется загружаться и выключаться быстрее продукции редмондской корпорации. А проблема вирусов будет беспокоить только тех, кто их целенаправлено устанавливает в систему. «Внезапно» на компьютере они не могут появиться.
При всём этом в системе есть множество уникальных возможностей для Windows-пользователя. Чего стоит только возможность в два клика раздавать WiFi-интернет со своего ноутбука или возможность после включения «режима заморозки» издеваться экспериментами над системой, а потом после перезагрузки увидеть систему в «предзамороженном» состоянии.
https://pp.vk.me/c622330/v622330599/4a125/cm1N-A-A-Ok.jpg
В общем, преимуществ много. Нужно их пощупать, чтобы понять это. Для этого достаточно загрузиться в полноценную операционную систему прямо с компакт-диска или флешки, не устанавливая систему (непривычно, правда?). А если понравится, то установить систему и во время установки полистать интернет или написать интересную статью.
Ещё одним преимуществом российской ОС является активное и доступное русскоязычное сообщество
18.10.2016, ВТ, 16:00, Мск, Текст: Валерия Шмырова
В реестре российского ПО присутствуют 23 операционные системы. Всего в реестре на сегодняшний день зарегистрировано 2037 продуктов от 583 правообладателей.
23 отечественных операционных системы
В Российском реестре отечественно ПО насчитывается 23 продукта класса «Операционные системы».
В их число входят четыре решения компании «Альт Линукс», три продукта компании родственной ему «Базальт СПО», две разработки компании «Свемел», относящихся к платформе «Циркон», две разработки «НТЦ ИТ РОСА» и др.
Кроме ОС общего назначения в Реестре представлены ОС для систем хранения данных RAIDIX, ОС для микроконтроллеров, для телекоммуникационного оборудования, а также мобильная ОС Sailfish Mobile OS RUS, созданная на основе одноименной финской разработки в ООО «Открытая мобильная платформа».
Почти все операционные системы, включенные в реестр (помимо предназначенных для управления микроконтроллерами), разработаны на основе ядра Linux. Исключение составляет ОС «Ульяновск.BSD», разработчиком которой значится Сергей Волков . Она создана на основе FreeBSD.
Минкомсвязи РФ сообщает, что всего в реестре на сегодняшний день зарегистрировано 2037 продуктов от 583 правообладателей. При этом 78,1% решений составляет прикладное ПО, еще 18,2% приходится на системное ПО. 3,2% наименований относится к средствам разработки ПО, 0,6% – к встроенному ПО.
Состояние реестра отечественного ПО, представленное Минкомсвязи
59,2% правообладателей зарегистрировали по одному продукту, 35,5% – от двух до 10 продуктов, 3,1% – от 11 до 20 продуктов, 1,9% – от 21 до 100 продуктов и 0,3% – от 101 до 150 продуктов.
Прикладное ПО
В качестве прикладного ПО в реестр занесено 2952 продукта. Самым крупным в этой категории является класс «Информационные системы для решения специфических отраслевых задач», к которому относится 1259 наименований.
Вторым по величине классом в прикладном ПО стали «Системы управления процессами организации» – здесь насчитывается 778 разработок. Лидером по количеству продуктов в классе является бренд «1С», различные ветви которого занимают 252 позиции списка.
Также среди прикладного ПО представлен 251 программный продукт общего назначения, 216 систем для работы с массивами данных и 191 система управления исследованиями и разработками.
В реестре есть «офисные приложения» в количестве 128 наименований, в том числе 23 разработки компании «Эос», семь решений компании ABBYY, семь продуктов бренда «1С» и пять разработок компании «МойОфис».
Класс «Геоинформационные и навигационные системы (GIS)» насчитывает 48 продуктов, семь из них разработаны брендом Infotech.
Класс «Поисковые системы» включает в себя 41 наименование, в том числе четыре решения от образовательной сети «Дневник.ру», три продукта от ФГУП «ГлавНИВЦ» и две разработки от компании «Консультант плюс».
Системное ПО и СУБД
К системному ПО относится 689 позиций реестра, в том числе 263 средства для обеспечения информационной безопасности, 195 систем мониторинга и управления, 125 продуктов серверного и связующего ПО, 37 утилит и драйверов, 26 средств обеспечения облачных и распределенных вычислений и средств виртуализации, а также 23 операционные системы.
В категорию системного ПО в Реестре включены 20 СУБД. В их число входят три версии системы «Линтер», система «Линтер бастион» от компании «Релэкс», Postgres Pro разработки «Постгрес Профессиональный» и др.
В категории «Средства разработки ПО» насчитывается 120 позиций, в том числе 51 библиотека подпрограмм (SDK), 36 продуктов среды разработки, тестирования и отладки, 12 систем анализа исходного кода на закладки и уязвимость, 11 средств подготовки исполнимого кода и 10 средств версионного контроля исходного кода.
Создание российского реестра ПО
В ноябре 2015 г. Правительство России утвердило разработанные Минкомсвязи ограничения на допуск иностранного ПО при осуществлении государственных и муниципальных закупок, а также правила формирования и ведения Единого реестра российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных.
В лекции дан исторический обзор ОС, как зарубежных, так и отечественных (ОС ДИСПАК, ОС "Эльбрус" и др.). Рассмотрены основные режимы работы пользователей и заданий в ОС (пакетный, мультипрограммирование, разделение времени).
Темы для курсовых работ, рефератов, эссе
Введение
История ОС
Диалекты UNIX
Отечественные операционные системы
Особенности операционных систем для компьютеров общего назначения (mainframes)
Распределение памяти в однозадачной ОС с пакетной обработкой заданий
ОС пакетной обработки с поддержкой мультипрограммирования
Режим разделения времени и особенности ОС с режимом разделения времени
Ключевые термины
Краткие итоги
Набор для практики
Введение
Операционные системы имеют долгую (более 50 лет) и весьма насыщенную историю. Не следует полагать, что в России и в СССР использовались и используются лишь зарубежные ОС. Известны также выдающиеся, оригинальные отечественные работы в данной области, их мы также рассмотрим. По мере эволюции ОС были реализованы все более гибкие и удобные режимы их использования.
История ОС
В ранних mainframe-компьютерах (1940-1950 гг.), первым из которых был компьютер ENIAC (1947 г., США), операционные системы отсутствовали. Обращение к памяти в этих компьютерах осуществлялось по реальным (физическим) адресам, а обращение к внешним устройствам (например, к устройству ввода с перфокарт или накопителю на магнитной ленте) осуществлялось специальными командами, также по физическим адресам. Подобные компьютеры были весьма громоздкими, каждый из них занимал большой зал, в котором пользователи по очереди работали на компьютере, используя столь неудобный интерфейс, как инженерный пульт. Каждый пользователь перед уходом "с машины" (как тогда говорили) останавливал и "обнулял" ее нажатием кнопок на пульте и уступал место следующему пользователю, который вводил свою программу и данные с перфокарт или перфоленты, набирал ее начальный адрес тумблерами на пульте и запускал ее с помощью специальной кнопки. При любом сбое или ошибке в программе, в ситуации приходилось разбираться, изучая комбинации лампочек на пульте, воспроизводящие в двоичном виде содержимое регистров.
Разумеется, подобный способ взаимодействия с компьютером был очень неудобен. Требовалась хотя бы минимальная автоматизация. Для этого в 1950-х – 1960-х гг. – были созданы диспетчеры (dispatchers) - предшественники ОС, системные программы, управлявшие прохождением пакета задач, вводимых с перфокарт. Например, такой диспетчер (названный ДМ-222) использовался на ЭВМ М-222 в середине 1970-х гг., на котором студенты мат-меха, в том числе и автор курса, пропускали свои студенческие задания. Выглядело это следующим образом. Студент писал свою программу (или исправления к ней – так называемую "добивку") на специальных бланках и сдавал в перфорацию, затем получал перфокарты и отдавал колоду перфокарт с программой оператору машинного зала. Через несколько часов он мог рассчитывать получить результаты своей программы – колоду перфокарт обратно и распечатку результатов. В машинном зале оператор вводил очередное задание с перфокарт. Программа-диспетчер копировала образ введенной колоды перфокарт с заданием на ленту ввода , на которой хранились все образы заданий в хронологическом порядке их ввода, независимо от требуемых для них ресурсов – времени и объема памяти. Диспетчер осуществлял запуск заданий по очереди, по принципу FIFO (First-In-First-Out) – в порядке поступления. Выбирая из очереди некоторое задание, диспетчер размещал его в памяти и запускал. По окончании задания (или при его прерывании вследствие ошибки) на печатающее устройство выдавалась распечатка результатов. Затем управление передавалось следующему заданию. Такой режим доступа к компьютеру был, конечно, гораздо удобнее, чем работа с пульта. Недостатки его в том, что, во-первых, программы пропускались по очереди (отсутствовала одновременная обработка нескольких заданий), во-вторых, ресурсы, требуемые для выполнения задания, никак не учитывались, и программа, требующая для выполнения всего 1 мин., должна была ожидать завершения большой задачи, требовавшей для выполнения, например, пяти часов, - только потому, что последняя была раньше введена в систему.
В 1960-х – 1970-х гг. были разработаны классические операционные системы, которые все более и более усложнялись. Все более сложными становились их системы файлов и другие компоненты ОС. Наиболее известные из операционных систем этого периода: среди зарубежных - ATLAS, MULTICS, OS IBM/360, среди отечественных – ОС ДИСПАК для ЭВМ БЭСМ-6. Для классических операционных систем были характерны следующие основные возможности:
мультипрограммирование (multi-programming) – одновременная обработка нескольких заданий;
пакетная обработка (batch mode) – обработка пакета заданий, введенных с перфокарт или с терминалов, с учетом их приоритетов и требуемых ресурсов
разделение времени (time sharing) – параллельная работа нескольких пользователей с терминалов (телетайпов или дисплеев), управлявших прохождением своих заданий, выполнявших их ввод в текстовых редакторах, компиляцию, выполнение и отладку;
управление процессами – параллельное (или попеременное, если компьютер был однопроцессорным) выполнение пользовательских процессов; возможность явного запуска параллельного процесса.
Разработка каждой операционной системы для каждой новой модели компьютера требовала многих лет напряженной высококвалифицированной работы. При этом каждая ОС первоначально разрабатывалась на низкоуровневом языке – языке ассемблера. Поэтому еще в 1960-х гг. возникла идея разработки мобильных (переносимых) ОС – операционных систем, которые могли бы использоваться на нескольких семействах компьютеров путем переноса их кода (возможно, с небольшими изменениями) с более старых моделей на более новые. Заметим, что термин мобильный используется здесь в ином понимании, отличном от того, к которому мы привыкли ныне (мобильные телефоны и операционные системы для них).
Первая мобильная ОС была разработана в 1970 г. Брайаном Керниганом (B. Kernighan) и Деннисом Ритчи (D. Ritchie) в фирме AT & T и получила название UNIX. Даже в самом ее названии заложено своего рода противопоставление MULTICS (multi - много, uni – один) – последняя, известна своей усложненностью. Этим названием авторы подчеркивали основную идею UNIX – унификацию и упрощение представления файлов и операций над ними (в UNIX файл – это последовательность байтов), пользовательских программ и процессов. Унифицированным, не зависимым от целевой аппаратной платформы, был также исходный код UNIX, который был полностью написан на специально разработанном новом языке Си (основными авторами Си, как и UNIX, являются Б. Керниган и Д. Ритчи). Использование языка высокого уровня для разработки UNIX было революционным шагом в истории ОС и позволило, во-первых, значительно ускорить и облегчить разработку, во-вторых – перенести UNIX на многие модели компьютеров (для которых при этом, разумеется, необходимо было разработать компилятор с языка Си). Впервые система UNIX была использована в 1970 г. на миникомпьютере PDP-10. Компьютеры фирмы PDP образца начала 1970-х гг. принято относить к классу миникомпьютеров . Хотя данное название с современной точки зрения не вполне правомерно: такой компьютер занимал... два небольших шкафа, по сравнению с mainframe-компьютером образца 1960-х гг., занимавшим целый зал. Объем оперативной памяти миникомпьютеров составлял всего порядка 32 килобайт (!). Однако на них успешно работала ОС UNIX (были и другие ОС – например, RSX-11), был компилятор с языка Паскаль, была реализована удобная система файлов и программа для работы с ними, были доступны математические библиотеки программ.
В начале 1980-х годов появились персональные компьютеры. Операционные системы для них фактически повторили в своем развитии операционные системы для компьютеров общего назначения: в них были использованы аналогичные идеи и методы. Однако первые персональные компьютеры были менее мощными, чем mainframes, как по объему памяти, так и по быстродействию и разрядности микропроцессора . Первый распространенный микропроцессор фирмы Intel был 8-разрядным, и для него была разработана также 8-разрядная операционная система CP/M. В 1975 г. была создана фирма Microsoft, и ее первой разработкой была 16-разрядная операционная система MS DOS для персональных компьютеров с процессорами Intel 8086 (или, коротко, x86). В командном языке MS-DOS чувствуется явное влияние UNIX, однако MS-DOS предоставляет гораздо меньшие возможности командного языка.
В начале 1980-е гг. фирма Apple выпустила персональные компьютеры Lisa и Macintosh с операционной системой MacOS. Ее характерной чертой была реализация удобного графического пользовательского интерфейса (GUI) в виде окон, меню, "иконок" и многих других элементов GUI, к которым мы с Вами ныне так привыкли. MacOS стала первой ОС с развитой поддержкой GUI (для сравнения, MS-DOS предоставляла возможности работы непосредственно на командном языке).
В конце 1980-х - начале 1990-х гг., под влиянием MacOS, Microsoft разработала графическую оболочку Windows над операционной системой MS-DOS. Первая версия Windows, таким образом, еще не была операционной системой; она запускалась командой win из командного языка MS-DOS. Однако многие современные черты GUI, характерного для Windows, ставшие "родными" для пользователей Windows, в ней уже присутствовали. Затем были выпущены Windows 3.x и Windows for Workgroups (уже операционные системы), в 1995 г. – Windows 95 (с развитыми мультимедийными возможностями, большим набором встроенных драйверов для различных устройств и поддержкой механизма Plug-and-Play подключения нового устройства без остановки компьютера) и Windows NT с развитыми сетевыми возможностями и повышенной надежностью. Именно Windows NT стала основой для последующего развития Windows. В настоящее время наиболее популярными моделями Windows являются Windows XP (поддержка которой фирмой Microsoft уже завершается – система выпущена в 2001 г.), Windows 2003 Server, Windows Vista, Windows 2008 Server и Windows 7.
В начале 1990-х гг. появилась первая версия ОС Linux (ОС типа UNIX с открытыми исходными кодами ядра), которая постепенно приобрела значительную популярность, но, главным образом, используется на серверах. Большинство клиентов (пользователей) в мире предпочитают на своих компьютерах Windows или MacOS (заметим, что, например, в США и Канаде компьютеры Macintosh более популярны, чем Windows-машины с процессорами Intel или их аналогами.
Не будем также забывать, что в ответ на такой, на первый взгляд, простой вопрос: "Какая ОС самая популярная в мире?" даже сотрудники Microsoft не отвечают "Windows". Дело в том, что наиболее популярными в мире компьютерными устройствами являются не настольные или портативные компьютеры, а более дешевые и компактные мобильные телефоны, для которых пока первенство удерживает специализированная ОС семейства Symbian , которая, в частности, используется в большинстве мобильных телефонов крупнейшей фирмы Nokia. Операционную систему Symbian активно догоняет на рынке ОС для мобильных устройств новая ОС Google Android. Так что, операционные системы семейства Windows по своей распространенности оказываются лишь на втором месте.
Диалекты UNIX
Одним из наиболее широко используемых семейств операционных систем с 1970-х гг. является UNIX. Существуют сотни диалектов UNIX. Все они имеют ряд общих возможностей, в том числе – мощные командные языки и развитые системные библиотеки. Однако все они несколько отличаются друг от друга. Фактически большинство крупных фирм в области ИТ разработали или разрабатывают собственные диалекты UNIX. Среди них наиболее известны следующие.
Berkeley Software Distribution (BSD), в настоящее время – FreeBSD (University of Berkeley) – один из наиболее известных диалектов UNIX, разработанный в Университете Беркли, США. В нем впервые были реализованы сетевые сокеты. Именно этот диалект был положен в основу первой версии ОС Solaris фирмы Sun (Solaris 1.x) при ее создании в 1982 г. Один из авторов данного диалекта – Билл Джой (Bill Joy), один из четверых легендарных создателей фирмы Sun.
System V Release 4 (SVR4) – диалект UNIX, разработанный в фирме AT&T. Для него наиболее характерны расширенные возможности параллельного многопоточного программирования (multi-threading). Данный диалект был положен в основу второй версии ОС Solaris (Solaris 2.x) фирмы Sun в начале 1990-х годов.
Linux (RedHat, SuSE, Mandrake, Caldera, Debian, Fedora и др.) – ОС типа UNIX со свободно распространяемым с исходными кодами ядром. Первая версия Linux была разработана в начале 1990-х гг. В настоящее время диалекты Linux активно используются как серверные ОС (ОС, управляющие работой всевозможных серверов), а также как основа для разработки ОС для мобильных устройств.
Solaris (Sun Microsystems, ныне – Oracle / Sun) – один из наиболее известных и развитых диалектов UNIX. Имеет удобную графическую оболочку, развитые средства параллелизма и синхронизации процессов, удобные сетевые возможности (в частности, классическую сетевую файловую систему NFS), ряд новых оригинальных файловых систем (в частности, ZFS – файловая система с большим размером файлов и возможностью криптования информации). В настоящее время распространяется ОС Solaris 10.
IRIX (Silicon Graphics) – диалект UNIX, разработанный фирмой Silicon Graphics (SGI), США, широко известным производителем графических рабочих станций.
HP-UX (Hewlett-Packard) – диалект UNIX, разработанный и используемый одной из крупнейших "акул" в мире ИТ – фирмой Hewlett-Packard.
Digital UNIX (DEC) – диалект UNIX, разработанный в начале – середине 1990-х гг. фирмой Digital Equipment Corporation (DEC), впоследствии приобретенной фирмой Compaq. Первая версия UNIX, поддерживавшая 64-разрядные процессоры.
Отечественные операционные системы
При анализе истории развития области ИТ следует иметь в виду особые условия, в которых развивались эти разработки как в СССР (России), так и в США, начиная с 1950-х гг. – "холодная война" и "железный занавес". Вследствие этого, все эти разработки, как в области аппаратуры, так и в области программного обеспечения, были строго засекречены (по мнению автора, в СССР – даже более строго, чем в США, так как о работах американских специалистов мы все же имели возможность узнавать из журналов). Такая ситуация приводила к тому, что аналогичные идеи подчас возникали и реализовывались по обе стороны "железного занавеса" примерно в одно и то же время, при почти полном отсутствии информации о работах друг друга. Однако в этом были и своего рода положительные стороны: на эти работы выделялись значительные средства правительством и отраслевыми министерствами, на эти средства создавались и развивались весьма сильные команды разработчиков (прежде всего – в области аппаратуры, операционных систем и компиляторов). В конце 1980-х – начале 1990-х гг., в известный переходный период в СССР и России, когда начинали создаваться группы для работы по outsourcing – проектам, финансируемые фирмами США, американские специалисты были просто поражены, обнаружив в России сильнейшие исследовательские и промышленные группы в области ИТ, предлагающие и реализующие массу своих идей, находящиеся в курсе новейших разработок, а своим теоретическим уровнем, разработками в области структур данных и эффективных алгоритмов подчас опережавшие лучшие американские команды. Автору этих строк посчастливилось стать руководителем одной из таких групп, работавшей в течение многих лет с фирмой Sun в стенах математико-механического факультета СПбГУ. Все описанные тенденции существенно повлияли на разработку аппаратуры и операционных систем. Отечественные разработчики, почти ничего не зная об аналогичных работах американских коллег, создавали свои оригинальные системы, в том числе – ОС. Например, идея многопоточности (multi-threading) была реализована в ОС "Эльбрус" еще в конце 1970-х гг., а в популярных зарубежных ОС (UNIX, Solaris, Windows NT) многопоточность появилась только в конце 1980-х – начале 1990-х гг. К сожалению, имело место и существенное отставание советских и российских ИТ-специалистов от американцев – прежде всего, в области разработки элементной базы и технологии производства компьютеров, а также в области графических пользовательских интерфейсов (GUI).
Среди передовых оригинальных отечественных разработок в области компьютерной аппаратуры и ОС 1960-х – 1970-х гг. следует выделить прежде всего ЭВМ БЭСМ-6, ее операционные системы: ОС ДИСПАК , ОС ДИАПАК, ОС ИПМ и ее системное и прикладное программное обеспечение. Разработчиком БЭСМ-6, ОС ДИСПАК и ОС ДИАПАК был Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева, основателя всей нашей отечественной вычислительной техники. Разработчик ОС ИПМ – Институт прикладной математики АН СССР. ЭВМ БЭСМ-6 и ее программное обеспечение следует признать уникальными. В их развитии участвовали многие академические и университетские коллективы не только СССР, но и зарубежных стран - достаточно вспомнить такие системы, как АЛГОЛ-ГДР - реализацию расширения Алгола-60 с развитыми математическими библиотеками, выполненную нашими коллегами из Германии, а также реализацию Паскаля для БЭСМ-6, разработанную специалистами из Польской Академии наук. Операционные системы для БЭСМ-6 поддерживали пакетный (с учетом приоритетов и ресурсов заданий) и диалоговый режимы взаимодействия с компьютером, страничную организацию виртуальной памяти, работу с внешними устройствами и телекоммуникационными каналами, работу в локальных сетях. К каждой БЭСМ-6 были подключены десятки терминалов, работавших под управлением диалоговых систем ДИМОН, ДЖИН и др. (это при объеме оперативной памяти БЭСМ-6 всего в 32 страницы по 4096 байтов и быстродействии до 1 млн. операций в секунду). Работу БЭСМ-6 и ее ОС отличала высокая надежность. Руководитель разработки ОС ДИСПАК – В.Ф. Тюрин.
Другой передовой отечественной разработкой 1970-х – 1980-х гг. была разработка многопроцессорных вычислительных комплексов (МВК) "Эльбрус-1" и "Эльбрус-2" . В разработке программного обеспечения системы "Эльбрус" автор курса со своей командой принимал активное участие в течение 15 лет. Идейным вдохновителем проекта "Эльбрус" стал сам С.А. Лебедев, затем им руководили академик Всеволод Сергеевич Бурцев, а после него – чл.-корр. АН СССР Борис Арташесович Бабаян. Следует признать, что у "Эльбруса" были зарубежные прототипы и задолго до его появления были написаны академические зарубежные работы, заложившие научные основы подобных компьютерных архитектур, например, . Коммерческим прототипом "Эльбруса" была известная серия компьютеров фирмы Burroughs (США): B5000 / B5500 / B6700 / B7700. Однако разработчикам "Эльбруса" и его операционной системы удалось предложить и реализовать целый ряд собственных оригинальных идей и методов. Основными принципами "Эльбруса", как и его предшественников, являлись: теговая архитектура (каждое слово памяти, кроме данных, содержало тег – код типа данных, хранящихся в этом слове, по которому аппаратура контролировала правильность выполнения операции), динамизм и аппаратная поддержка типичных (подчас весьма сложных) последовательностей действий, используемых при реализации языков высокого уровня - например, вход в процедуру по указателю на нее, с установкой дисплей-регистров, ссылающихся на доступные процедуре области локальных данных. ОС "Эльбрус" поддерживала создание процессов и операции над ними, аналогичные тем, которые впоследствии в зарубежных разработках были названы многопоточностью (multi-threading); была реализована математическая (виртуальная) память с поддержкой страничного распределения виртуальной памяти (на диске) и сегментного распределения физической (оперативной) памяти. Динамизм выражался в том, что отсутствовала статическая линковка; все программы и модули загружались в память только динамически, при первом вызове. Также динамически, при первом запросе, по прерыванию, выделялся каждый массив математической памяти. Подобные принципы были для своего времени передовыми, использование тегов значительно повысило надежность. Однако, с современной точки зрения, идеологию "Эльбруса", по-видимому, нельзя считать гибкой и эффективной, так как все аппаратные операции и соответствующие действия ОС были реализованы в общем виде, и практически отсутствовала какая-либо возможность оптимизаций, например, для более быстрого вызова процедуры в случае отсутствия необходимости обращения к ее аргументам, для быстрого доступа к статической области памяти и т.д. Более подробно принципы "Эльбруса" описаны в монографии .
Были и другие интересные отечественные разработки новых архитектур компьютеров и их операционных систем, прежде всего - оригинальные специализированные компьютеры для различных применений и их операционные системы (в основном, по своему классу и назначению, они были системами реального времени).
Однако в начале 1970-х годов в развитии отечественной вычислительной техники и ее системного программного обеспечения начался новый, неожиданный для большинства пользователей и специалистов, этап. Правительство СССР приняло беспрецедентное решение о создании, в качестве основной на достаточно долгий период времени (как изначально планировалось, на 20-30 лет, что оказалось утопией), отечественной серии -Единой Системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) - путем копирования американских компьютеров серии IBM 360. Соответственно, все базовое системное программное обеспечение, в том числе и ОС, также было адаптировано к использованию в СССР (либо использовалось в оригинальном виде – с сообщениями на английском языке и т.д.). Это решение вызвало большие проблемы с финансированием у разработчиков отечественных архитектур компьютеров. Это также вызвало большие сложности у пользователей и разработчиков программного обеспечения, так как далеко не все хорошо владели английским языком (ныне в этом последнем отношении ситуация гораздо лучше). Появились, например, системы-обертки, обеспечивающие русскоязычный интерфейс: с их помощью все задания для ЕС писались с использованием русскоязычной мнемоники, затем конвертировались в англоязычный Job Control Language (язык управления заданиями IBM 360), а все сообщения, выдаваемые в качестве результатов, переводились на русский язык. Это было интересным подходом, однако не прижилось. Документация по IBM 360 постепенно была переведена на русский язык, появилась русскоязычная справочная и учебная литература по ЕС ЭВМ. К сожалению, отечественные аналоги аппаратуры IBM 360 – машины серии ЕС ЭВМ – оказались гораздо менее надежными, чем их прототипы. В течение еще нескольких лет было принято еще одно правительственное решение – об аналогичном копировании американских миникомпьютеров серий PDP 10 и PDP 11, под общим названием "Система Мини-ЭВМ" (СМ ЭВМ). Были выпущены компьютеры этой серии СМ-1, СМ-2, СМ-3 и СМ-4. Были и другие аналогичные работы по копированию зарубежных архитектур компьютеров и выпуске на этой основе отечественных аналогов. Фактически, можно сказать, что, благодаря подобному подходу, срок использования зарубежных ОС в СССР и в России был продлен не менее чем на 15-20 лет, что просто беспрецедентно. Копирование машин IBM 360 и PDP, с одной стороны, дало возможность советским программистам освоить новые развитые операционные системы, языки программирования, библиотеки программ, с другой – отбросило нашу отечественную вычислительную технику еще дальше назад. Один из классиков компьютерной науки, профессор Эдсгер Дейкстра (E. Dijkstra) в 1977 г. на научном семинаре в Ленинграде в АН СССР не без иронии заметил, что "решение русских о копировании IBM-360 можно считать серьезной победой США в холодной войне".
Разумеется, история отечественных ОС на этом не закончилась. Например, в настоящее время ведется разработка отечественной свободно распространяемой операционной системы на базе Linux. Среди отечественных программистов многие являются специалистами весьма высокого уровня по операционным системам.
Особенности операционных систем для компьютеров общего назначения (mainframes)
Пакетный режим. Более подробное рассмотрение операционных систем начнем с особенностей ОС для mainframes.
Один из основных режимов работы ОС – пакетный режим (batch mode) – режим пропуска и одновременной обработки пользовательских заданий (jobs ) – программ, введенных с внешнего носителя или с терминала, с учетом их приоритетов и требуемых ими ресурсов. При этом ОС пытается максимально сэкономить время пропуска пакета заданий, формируя их оптимальным образом, - например, запускать на процессоре короткое задание, пока более длинное выполняет ввод-вывод.
Уже в самых первых ОС была реализована другая основная возможность - автоматическая передача управления от одного задания к другому при завершении или прекращении предыдущего задания. Для этого ОС использует резидентный (постоянно находящийся в памяти по фиксированным адресам) монитор – программу, осуществляющую поочередную передачу управления от задания к заданию, по мере их завершения. Алгоритм работы монитора следующий. При запуске компьютера управление передается монитору, который выбирает очередное задание и передает ему управление. По окончании задания управление возвращается монитору, и т.д.
Распределение памяти в однозадачной ОС с пакетной обработкой заданий
Рис. 2.1. Распределение памяти в простой системе пакетной обработки
Оно очень простое: операционная система занимает постоянно смежную область памяти (например, по меньшим адресам), остальная область памяти отдана пользовательской программе. Такая операционная система является однозадачной – обрабатывает, выполняет и хранит в оперативной памяти в каждый момент времени только одно пользовательское задание (программу). По окончании текущего задания ОС загружает в освободившуюся область памяти следующее задание. Разумеется, такой режим работы недостаточно удобен и эффективен, так как при выполнении задания возможны прерывания на выполнение ввода-вывода и другие паузы, во время которых ОС могла бы дать возможность выполняться другим очередным заданиям.
ОС пакетной обработки с поддержкой мультипрограммирования
Более развитые операционные системы поддерживают режим мультипрограммирования – одновременной обработки и размещении в памяти сразу нескольких пользовательских заданий. Распределение памяти в такой системе изображено на рис. 2.2 .
Рис. 2.2. Распределение памяти в системе пакетной обработки с поддержкой мультипрограммирования
В такой системе ОС занимает по-прежнему смежную область памяти по меньшим адресам, однако вслед за областью ОС размещаются несколько смежных областей памяти, занимаемых пользовательскими программами. Их число и размеры могут меняться.
Особенности ОС с поддержкой мультипрограммирования следующие.
Использование программ ввода-вывода, поддерживаемых операционной системой . При однозадачном режиме (см. предыдущий параграф) подобной необходимости не возникало: каждое очередное задание получало в полное распоряжение все ресурсы компьютера, в том числе – устройства ввода-вывода. При выполнении последнего процессор простаивал. В мультипрограммном режиме уже возникает потребность в реализации специальных подпрограмм для ввода-вывода, которые могли бы вызываться пользователем или операционной системой в необходимых случаях. Вызов в одной из пользовательских программ подпрограммы ввода-вывода означает для ОС возможность во время его выполнения предоставить процессор другому пользовательскому заданию.
Управление памятью . Поскольку заданий в памяти может быть несколько, причем число и размеры их областей могут меняться, перед операционной системой возникает задача распределения памяти для пользовательских заданий – выделения памяти для загружаемого пользовательского задания и ее освобождения после завершения каждого задания. При решении этой классической задачи возникает целый ряд проблем: хранение списков свободной и занятой памяти, реализация оптимального алгоритма поиска и выделения свободной области памяти, реализация освобождения памяти, фрагментация - дробление свободной памяти на мелкие участки, вследствие неточного совпадения размеров свободных и требуемых участков памяти и др. Все эти проблемы и общепринятые алгоритмы их решения подробно описаны в классической монографии Д. Кнута и будут рассмотрены подробно в курсе.
Планирование загрузки процессора (CPU scheduling) – реализация в ОС алгоритмов выбора очередного задания из набора загруженных в память заданий и выделения кванта времени центрального процессора очередному выбранному заданию. В отличие от однозадачного режима, в режиме мультипрограммирования операционная система, таким образом, в определенные моменты времени должна сделать выбор, какое из нескольких загруженных в память заданий запустить. Алгоритмы планирования и диспетчеризации процессов подробно рассмотрены ниже в данном курсе.
Управление внешними устройствами и буферизация ввода-вывода . В однозадачном режиме загруженная в память пользовательская программа для вывода на печать могла выполнить специальную машинную команду, которая выводила на устройство печати очередную строчку, что не вызывало проблем и не приводило к какой-либо путанице, вследствие монопольности "владения" компьютером очередным заданием. Однако в мультипрограммном режиме ситуация иная. Если сохранить тот же режим вывода на печать, то на печатающее устройство могут быть выведены фрагменты, принадлежащие разным заданиям, что недопустимо. Для группировки и отделения выводимой информации различных заданий друг от друга в мультипрограммной ОС используется буферизация вывода (spooling) – хранение для каждого задания буфера его вывода (в виде области памяти или файла), накопление в буфере выводимой заданием информации и ее вывод полностью на устройство (принтер) при завершении задания.
Режим разделения времени и особенности ОС с режимом разделения времени
Когда в составе компьютерных систем появились терминалы (вначале телетайпы, затем дисплеи), возникла необходимость реализации в ОС режима разделения времени (time sharing) – возможности одновременной работы пользователей со своими заданиями с терминалов, ввода заданий в систему, их запуска (при наличии свободного процессора), управления заданиями с терминала, их приостановки, отладки, визуализации на терминале их результатов. Рассмотрим особенности ОС с режимом разделения времени.
Хранение заданий в памяти или на диске. Ресурсы процессора в ОС с разделением времени распределены между несколькими заданиями, находящимися в памяти или на диске. Задание загружается в память (при наличии свободной памяти), если оно является пакетным и выбрано операционной системой для выполнения, либо если оно активируется пользователем с терминала. Процессор выделяется только тем заданиям, которые находятся в памяти.
Откачка и подкачка (swapping) - загрузка заданий с диска в память и их выгрузка из памяти на диск. В системе с разделением времени возможна ситуация, когда какое-либо задание, управляемое с терминала, неактивно (например, выполняет ввод-вывод, либо система ожидает ответа от пользователя, у которого в данный момент перерыв в работе). В этом случае ОС может принять решение о временной выгрузке (swap out) образа памяти задания из оперативной памяти на диск, с целью освобождения памяти для других заданий. При повторной активизации задания оно (при возможности) вновь загружается в память (swapped in ). Подобная стратегия называется откачкой и подкачкой.
Поддержка диалогового взаимодействия между пользователем и системой . Когда ОС завершает исполнение пользовательской команды, она выполняет поиск следующего управляющего оператора (control statement), введенного с пользовательской клавиатуры.
Предоставление диалогового доступа к данным и коду пользовательской программы . В ОС с разделением времени обеспечивается возможность для пользователя ввода, запуска, редактирования, отладки своей программы с терминала, управления своим заданием (приостановки, с последующим возобновлением), просмотра его промежуточных результатов, состояния памяти и регистров, просмотра окончательных результатов на терминале при завершении задания.
Следует учитывать, что в ОС с разделением времени обрабатываются как пакетные, так и интерактивные (диалоговые) задания, поэтому система должна обеспечивать их диспетчеризацию – переключение в нужный момент с диалогового задания на пакетное, либо с одного диалогового (пакетного) задания на другое.
Режим разделения времени, наряду с пакетным режимом, был основным в операционных системах 1960-х – 1970х- гг.
