Нарастающие темпы компьютеризации уже приблизили время, когда в контакте с компьютерами оказываются не только относительно немногочисленные профессионалы по обработке информации, а практически все члены общества. Контакт с компьютером - это контакт с его программным обеспечением и, прежде всего, с операционной системой (ОС). Именно она формирует интерфейс между аппаратурой компьютера и человеком, причем задача создателей ОС состоит в том, чтобы сделать этот интерфейс, как теперь принято говорить, как можно более дружественным.
Свойства ОС зачастую оказываются не менее важными, чем свойства аппаратуры. Известны случаи, когда переход с одной ОС на другую на одной и той же машине приводил почти к пятикратному ускорению разработки программ.
На “голой” машине в современном мире не работает практически никто, и именно это определяет интерес к операционным системам.
В 1 модуле вводится понятие “операционная система”, приводятся факты из истории развития операционных систем и обсуждаются основные характеристики операционных систем. Модуль 2 рассматривает архитектуру вычислительной системы и выделяет обобщенный состав и функции операционной системы. В модуле 3 даются понятия процесса, перехода процесса из состояния в состояние, прерывания, переключения контекста, вводятся различные концепции, связанные с управлением процессами, и рассматривается организация прерываний в различных архитектурах ЭВМ. В модуле 4 введено понятие асинхронности. Здесь обсуждаются проблемы, возникающие в случае совместного доступа к разделяемым ресурсам, а также описаны различные способы взаимоисключения,— как аппаратные, так и программные,— обеспечивающие решение этих проблем. Рассматриваются примитивы взаимоисключения, семафоры и мониторы, и то, каким образом их можно использовать для решения классических проблем параллелизма; приведено описание задачи “читатели и писатели”, реализуемое при помощи рассмотренных средств. Здесь же объясняется, что такое тупик (дедлок), при котором выполнение различных процессов не может продолжаться - поскольку они ожидают событий, которые никогда не произойдут; представлены различные средства решения этой проблемы. В модуле 5 обсуждаются различные проблемы управления памятью в системах физической (реальной) памяти, в модуле 5 - виртуальной памяти. Прослеживается развитие систем реальной памяти - от систем, где вся память предоставлялась в распоряжение одного пользователя, до мультипрограммных систем с различными видами распределия памяти, описываются организация и управление виртуальной памятью. В модуле 5 объясняется концепция виртуальной памяти и показано, каким образом благодаря применению методов поблочного отображения, страничной организации и сегментации памяти можно уменьшить объем информации отображения. Приводится подробное описание реализации виртуальной памяти и преобразования адресов в системах со страничной организацией и сегментацией памяти и обсуждаются различные стратегии управления системами виртуальной памяти. Рассматриваются стратегии вталкивания, размещения и выталкивания данных, причем обсуждаются стратегии вталкивания по требованию и упреждающего вталкивания. Основное внимание в этой главе уделяется стратегиям выталкивания (подкачки) страниц; рассматриваются принцип оптимальности и стратегии выталкивания страниц. В модуле 6 речь идет об управлении процессорами, в частности о проблемах планирования загрузки процессоров и о мультипроцессорном режиме. Основное внимание сосредоточено на стратегиях планирования; здесь обсуждается планирование на верхнем уровне, промежуточном и нижнем уровне, цели и критерии планирования, приоритетное планирование, статические и динамические приоритеты, “заслуженные” или “купленные” приоритеты, а также планирование по предельному сроку. Представлены различные алгоритмы планирования. В модуле 7 рассматривается управление периферийными устройствами в различных архитектурах ЭВМ и организация программного обеспечения ввода-вывода.Модуль 8 посвящена подсистеме управления данными. Рассматриваются логический и физический аспекты управления файлами, способы организации и управления внешней памятью. В модуле 9 рассматриваются современные концепции и технологии проектирования операционных систем. Формулируются требования, предъявляемые к современным ОС, такие как расширяемость, переносимость, совместимость, безопасность. Большое внимание уделяется описанию различных тенденций структурного построения ОС.Модуль 10 описывает характеристики и области применения современных операционных систем UNIX и Windows NT, соответственно.
