Συστατικά του Operating Systems

Τι είναι τα στοιχεία λειτουργικού συστήματος;

Ένα λειτουργικό σύστημα είναι ένα μεγάλο και πολύπλοκο σύστημα που μπορεί να δημιουργηθεί μόνο με διαμέριση σε μικρά κομμάτια. Αυτά τα κομμάτια θα πρέπει να αποτελούν ένα σαφώς καθορισμένο τμήμα του συστήματος, με προσεκτικά καθορισμένες εισόδους, εξόδους και λειτουργίες.

Αν και Mac, Unix, Linux, Windowsκαι άλλα λειτουργικά συστήματα δεν έχουν την ίδια δομή, τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα μοιράζονται παρόμοια στοιχεία συστήματος λειτουργικού συστήματος, όπως διαχείριση αρχείων, διεργασιών, μνήμης και συσκευών εισόδου/εξόδου.

Ας δούμε αναλυτικά καθένα από αυτά τα στοιχεία.

Διαχείριση αρχείων

Ένα αρχείο είναι ένα σύνολο σχετικών πληροφοριών που ορίζονται από τον δημιουργό του. Συνήθως αντιπροσωπεύει προγράμματα, τόσο μορφές πηγής όσο και αντικειμενικές, και δεδομένα. Τα αρχεία δεδομένων μπορεί να είναι αριθμητικά, αλφαβητικά ή αλφαριθμητικά.

Λειτουργίες διαχείρισης αρχείων σε λειτουργικό σύστημα

The το λειτουργικό σύστημα έχει τις ακόλουθες σημαντικές δραστηριότητες σε σχέση με τη διαχείριση αρχείων:

• Δημιουργία και διαγραφή αρχείων και καταλόγου.
• Χειρισμός αρχείων και καταλόγων.
• Χάρτηςping αρχεία σε δευτερεύουσα αποθήκευση.
• Δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας αρχείων σε σταθερά μέσα αποθήκευσης.

Διαχείριση της διαδικασίας

Το στοιχείο διαχείρισης διεργασιών είναι μια διαδικασία για τη διαχείριση των πολλών διεργασιών που εκτελούνται ταυτόχρονα στο λειτουργικό σύστημα. Κάθε πρόγραμμα εφαρμογής λογισμικού έχει μία ή περισσότερες διεργασίες που σχετίζονται με αυτό όταν εκτελείται.

Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείτε ένα πρόγραμμα περιήγησης όπως Google Chrome, υπάρχει μια διεργασία που εκτελείται για αυτό το πρόγραμμα περιήγησης. Το λειτουργικό σύστημα έχει επίσης πολλές διεργασίες που εκτελούνται, οι οποίες εκτελούν διάφορες λειτουργίες.

Όλες αυτές οι διεργασίες θα πρέπει να διαχειρίζονται από τη διαχείριση διεργασιών, η οποία διατηρεί τις διεργασίες σε αποτελεσματική λειτουργία. Χρησιμοποιεί επίσης τη μνήμη που τους έχει διατεθεί και τις απενεργοποιεί όταν χρειάζεται.

Η εκτέλεση μιας διεργασίας πρέπει να είναι διαδοχική, επομένως τουλάχιστον μία εντολή θα πρέπει να εκτελείται εκ μέρους της διεργασίας.

Λειτουργίες διαχείρισης διεργασιών στο ΛΣ

Τα παρακάτω είναι τα λειτουργίες διαχείρισης διεργασιών σε ένα λειτουργικό σύστημα:

• Διαδικασία δημιουργίας και διαγραφής.
• Αναστολή και επανέναρξη.
• Συγχρονισμός διεργασιών.
• Επικοινωνία διαδικασίας.

Διαχείριση Συσκευών I/O

Μία από τις σημαντικές χρήσεις ενός λειτουργικού συστήματος είναι ότι σας βοηθά να αποκρύψετε τις παραλλαγές συγκεκριμένων συσκευών υλικού από τον χρήστη.

Λειτουργίες διαχείρισης I/O στο ΛΣ

• Προσφέρει ένα σύστημα προσωρινής αποθήκευσης buffer.
• Παρέχει γενικό κώδικα προγράμματος οδήγησης συσκευής.
• Παρέχει προγράμματα οδήγησης για συγκεκριμένες συσκευές υλικού.
• Το I/O σας βοηθά να γνωρίζετε τις ιδιαιτερότητες μιας συγκεκριμένης συσκευής.

Διαχείριση δικτύου

Η διαχείριση δικτύου είναι η διαδικασία διαχείρισης και διαχείρισης δικτύων υπολογιστών. Περιλαμβάνει διαχείριση απόδοσης, ανάλυση σφαλμάτων, παροχή δικτύων και διατήρηση της ποιότητας των υπηρεσιών.

Ένα κατανεμημένο σύστημα είναι μια συλλογή υπολογιστών/επεξεργαστών που δεν μοιράζονται ποτέ τη δική τους μνήμη ή ένα ρολόι. Σε αυτόν τον τύπο συστήματος, όλοι οι επεξεργαστές έχουν την τοπική τους μνήμη και οι επεξεργαστές επικοινωνούν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας διαφορετικές γραμμές επικοινωνίας, όπως οπτικές ίνες ή τηλεφωνικές γραμμές.

Οι υπολογιστές στο δίκτυο συνδέονται μέσω ενός δικτύου επικοινωνίας, το οποίο μπορεί να διαμορφωθεί με διάφορους τρόπους. Με τη βοήθεια της διαχείρισης δικτύου, το δίκτυο μπορεί να συνδεθεί πλήρως ή μερικώς, κάτι που βοηθά τους χρήστες να σχεδιάσουν στρατηγικές δρομολόγησης και σύνδεσης που ξεπερνούν ζητήματα σύνδεσης και ασφάλειας.

Λειτουργίες διαχείρισης δικτύου

• Τα κατανεμημένα συστήματα σας βοηθούν να χρησιμοποιείτε υπολογιστικούς πόρους διαφόρων μεγεθών και λειτουργιών. Μπορεί να περιλαμβάνουν μικροεπεξεργαστές, μίνι υπολογιστές και πολλά συστήματα υπολογιστών γενικής χρήσης.
• Ένα κατανεμημένο σύστημα προσφέρει επίσης στον χρήστη πρόσβαση στους διάφορους πόρους που μοιράζεται το δίκτυο.
• Βοηθά στην πρόσβαση σε κοινόχρηστους πόρους που βοηθούν στην επιτάχυνση των υπολογισμών ή προσφέρουν διαθεσιμότητα και αξιοπιστία δεδομένων.

Διαχείριση κύριας μνήμης

Η κύρια μνήμη είναι μια μεγάλη συστοιχία αποθηκευτικών χώρων ή byte, καθένα από τα οποία έχει μια διεύθυνση. Η διαδικασία διαχείρισης μνήμης διεξάγεται χρησιμοποιώντας μια ακολουθία αναγνώσεων ή εγγραφών συγκεκριμένων διευθύνσεων μνήμης.

Για να εκτελεστεί ένα πρόγραμμα, θα πρέπει να αντιστοιχιστεί σε απόλυτες διευθύνσεις και να φορτωθεί στη μνήμη. Η επιλογή μιας μεθόδου διαχείρισης μνήμης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες.

Ωστόσο, βασίζεται κυρίως στον σχεδιασμό υλικού του συστήματος. Κάθε αλγόριθμος απαιτεί αντίστοιχη υποστήριξη υλικού. Η κύρια μνήμη προσφέρει γρήγορη αποθήκευση στην οποία μπορεί να έχει άμεση πρόσβαση η CPU. Είναι δαπανηρή και ως εκ τούτου έχει χαμηλότερη χωρητικότητα αποθήκευσης. Ωστόσο, για να εκτελεστεί ένα πρόγραμμα, πρέπει να βρίσκεται στην κύρια μνήμη.

Λειτουργίες διαχείρισης μνήμης στο ΛΣ

Ένα λειτουργικό σύστημα εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες για τη διαχείριση μνήμης:

• Σας βοηθά να διατηρήσετε track κύριας μνήμης.
• Καθορίζει ποιο μέρος του χρησιμοποιείται από ποιον και ποιο μέρος δεν χρησιμοποιείται.
• Σε ένα σύστημα πολυπρογραμματισμού, το λειτουργικό σύστημα αποφασίζει ποια διεργασία θα λάβει μνήμη και πόση.
• Κατανέμει τη μνήμη όταν μια διεργασία το ζητήσει.
• Επίσης, καταργεί την εκχώρηση μνήμης όταν μια διεργασία δεν την χρειάζεται πλέον ή έχει τερματιστεί.

Διαχείριση Δευτεροβάθμιας Αποθήκευσης

Η πιο σημαντική εργασία ενός συστήματος υπολογιστή είναι η εκτέλεση προγραμμάτων. Αυτά τα προγράμματα, μαζί με τα δεδομένα στα οποία έχουν πρόσβαση, πρέπει να βρίσκονται στην κύρια μνήμη κατά την εκτέλεση.

Αυτή η μνήμη του υπολογιστή είναι πολύ μικρή για να αποθηκεύσει όλα τα δεδομένα και τα προγράμματα μόνιμα. Το σύστημα του υπολογιστή προσφέρει δευτερεύοντα χώρο αποθήκευσης για τη δημιουργία αντιγράφων ασφαλείας της κύριας μνήμης. Σήμερα, οι σύγχρονοι υπολογιστές χρησιμοποιούν σκληρούς δίσκους/SSD ως κύριο χώρο αποθήκευσης τόσο για προγράμματα όσο και για δεδομένα. Ωστόσο, η διαχείριση δευτερεύοντος χώρου αποθήκευσης λειτουργεί επίσης με συσκευές αποθήκευσης όπως μια μονάδα flash USB και μονάδες CD/DVD.

Προγράμματα όπως οι assemblers και οι compilers αποθηκεύονται στον δίσκο μέχρι να φορτωθούν στη μνήμη και στη συνέχεια χρησιμοποιούν τον δίσκο ως πηγή και προορισμό για επεξεργασία.

Λειτουργίες διαχείρισης δευτερογενούς αποθήκευσης σε ΛΣ

Ακολουθούν οι κύριες λειτουργίες της διαχείρισης δευτερεύουσας αποθήκευσης στο λειτουργικό σύστημα:

• Κατανομή αποθηκευτικού χώρου
• Δωρεάν διαχείριση χώρου
• Προγραμματισμός δίσκου

Διαχείριση Ασφαλείας

Οι διάφορες διεργασίες σε ένα λειτουργικό σύστημα πρέπει να προστατεύονται η μία από τις δραστηριότητες της άλλης. Για τον σκοπό αυτό, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφοροι μηχανισμοί για να διασφαλιστεί ότι οι διεργασίες που θέλουν να λειτουργούν σε αρχεία, μνήμη, CPU και άλλους πόρους υλικού έχουν την κατάλληλη εξουσιοδότηση από το λειτουργικό σύστημα.

Για παράδειγμα, το υλικό διευθυνσιοδότησης μνήμης σάς βοηθά να επιβεβαιώσετε ότι μια διεργασία μπορεί να εκτελεστεί εντός του δικού της χώρου διευθύνσεων. Ο χρονισμός διασφαλίζει ότι καμία διεργασία δεν έχει τον έλεγχο της CPU χωρίς να την απελευθερώσει.

Τέλος, καμία διεργασία δεν επιτρέπεται να κάνει τη δική της είσοδο/έξοδο, κάτι που βοηθά στη διατήρηση της ακεραιότητας των διαφόρων περιφερειακών συσκευών.

Άλλες Σημαντικές Δραστηριότητες

Ακολουθούν ορισμένες άλλες σημαντικές δραστηριότητες ενός λειτουργικού συστήματος:

• Το πρόγραμμα του χρήστη δεν μπορεί να εκτελέσει λειτουργίες εισόδου/εξόδου απευθείας. Το λειτουργικό σύστημα θα πρέπει να παρέχει κάποιο μέσο για την εκτέλεση αυτού του γεγονότος.
• Το λειτουργικό σύστημα ελέγχει την ικανότητα του προγράμματος να διαβάζει, να γράφει, να δημιουργεί και να διαγράφει αρχεία.
• Το λειτουργικό σύστημα διευκολύνει την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ διεργασιών που εκτελούνται στο ίδιο ή σε διαφορετικά συστήματα.
• Τα στοιχεία του λειτουργικού συστήματος βοηθούν στη διασφάλιση της σωστής εκτέλεσης των υπολογισμών, εντοπίζοντας σφάλματα στην CPU και στο υλικό της μνήμης.

Συχνές Ερωτήσεις