1. Подсистема управления процессами, включающая средства планирования, коммуникации и синхронизации процессов;
2. Подсистема управления памятью;
3. Файловая подсистема;
4. Подсистема управления вводом-выводом.
5. Подсистема обеспечения пользовательского интерфейса;
6. Подсистема разработки программ или среда программирования, включающая компиляторы, интерпретаторы, отладчики, загрузчики и т. д.;
7. Подсистема поддержания сетевых функций;
8. Подсистема обеспечения безопасности и защиты информации.
1.
ОС будем классифицировать по четырем признакам: по режиму обработки; по режиму обслуживания; по режиму работы и назначению.
Существуют три типа операционных систем, разделяющихся режимами обработки (рис 1):
1) системы пакетной обработки (СПО);
2) системы оперативной обработки, называемые еще интерактивными системами или диалогового режима (СОО);
3) системы реального времени (СРВ).
Рис. 1. Классификация ОС
Обслуживание заданий может осуществляться либо в режиме разделения времени, либо в режиме непрерывного (полного) выполнения. Все готовые к выполнению задания устанавливаются в очередь готовых процессов. В первом режиме каждой задаче из очереди предоставляется непродолжительный квант процессорного времени, размером от единиц до нескольких десятков миллисекунд. Алгоритм, реализующий этот режим, называют вытесняющим. Если задача не выполнится за предоставленное время, то она прерывается и перемещается в конец очереди, где ожидает предоставления следующего кванта и т.д. до тех пор, пока задание полностью не выполнится.
В режиме непрерывного выполнения задача занимает процессор на длительный период, пока сама не отдаст управление другой задаче, например, вследствие её обращения к периферийному устройству или прерывания по исключительной ситуации или по завершению. Реализующий этот режим алгоритм называют невытесняющим.
По режиму работы ОС делят на однопрограммные (однозадачные) и многопрограммные (многозадачные). В однопрограммном режиме все ресурсы монополизируются одним процессом в течение всего времени его выполнения. После завершения текущего процесса в память загружается следующий процесс и т. д. В многопрограммном режиме в памяти находится несколько запускаемых процессов, число которых определяется коэффициентом мультипрограммирования.
По режиму пользования ОС подразделяют на однопользовательские (персональные) и многопользовательские (коллективного пользования). В режиме коллективного пользования функционируют обычно мощные вычислительные комплексы или суперкомпьютеры с высоким уровнем параллелизма выполняемых задач.
Существуют и другие классификационные признаки, например, ОС подразделяют на специализированные и универсальные. Специализированные ОС применяют в управляющих вычислительных системах, реализованных на основе промышленных компьютеров и контроллеров, универсальные – в вычислительных системах общего назначения. В большинстве простых контроллеров операционные системы вообще не используются.
Задачи, планируемые к выполнению, называются пакетом. Системы пакетной обработки функционирует в режиме непрерывного выполнения задания, и пользователь не имеет непосредственного контакта с программой на стадии выполнения. Переключение между задачами в пакетном режиме инициируется выполняющейся в данный момент задачей, поэтому промежутки времени выполнения той или иной задачи неопределены.
В машинах ранних поколений этот режим использовался широко и заключается в следующем. Сформированный пакет задач, рассчитанный на длительное время обработки (на час и более), размещался на одном из внешних носителей, после чего запускался. Результаты предоставлялись пользователю после выполнения всего пакета заданий.
В современном понимании пакетная обработка заключается в том, что пользователь запускающий задание локально или удаленно, прямого оперативного управления вычислительным процессом, реализуемым этим заданием, не имеет. Задание выполняется либо до конца, либо до аварийного завершения.
Модель пакетной обработки, представленная сетевой системой массового обслуживания, имеет вид, показанный на рис. 2.
Рис.2. Модель пакетной обработки
Программа «планировщик» устанавливает порядок выполнения задач: FIFO, LIFO, по приоритетному принципу и др. Основным критерием при планировании процессов является минимизация времени выполнения пакета работ или максимизация загрузки устройств.
Ресурсы процессам предоставляет супервизор, являющийся частью ядра операционной системы. В универсальных вычислительных системах непосредственный доступ процесса к ресурсам отсутствует из-за возможных коллизий. Поэтому запросы на ресурсы удовлетворяются через ядро операционной системы с помощью специальных команд ОС – системных вызовов. Системные вызовыобеспечивают интерфейс между операционной системой и пользовательскими программами, позволяя им обращаться за услугами ядра ОС. При системном вызове задача переходит в привилегированный режим или режим ядра. В данном режиме работы процессора доступны привилегированные операции, к которым относят и операции ввода-вывода к периферийным устройствам. Системный вызов похож на обычный вызов подпрограммы и реализуется с использованием программных прерываний.
Время решения задачи может составлять единицы и десятки часов. Этот режим плох для отладки программ, т.к. программист не имеет непосредственного контакта с запущенной программой. Однако СПО обладают высокой пропускной способностью, т.е. большим числом задач, выполняемых в единицу времени. Это важное преимущество систем пакетной обработки объясняется небольшим числом прерываний во время выполнения задачи, запросы которых инициируются в основном подсистемой внешней памяти в процессе подкачки или откачки (свопинга) программ или данных в/из виртуальной памяти. Таким образом, пакетная обработка используется для достижения максимальной эффективности использования ресурсов вычислительной машины при выполнении вычислительных задач.
