Операционная система с точки зрения системного программиста
1.1. Операционная система с точки зрения системного программиста
| Операционная система (ОС) есть набор программ, которые распределяют ресурсы процессам. |
Приведенная выше формулировка является ключевой для понимания всего курса. Прежде, чем мы ее раскроем, дадим определение входящих в нее терминов. Ресурс - "средство системы обработки данных, которое может быть выделено процессу обработки данных на определенный интервал времени" [4]. Простыми словами: ресурс - это все те аппаратные и программные средства и данные, которые необходимы для выполнения программы. Ресурсы можно подразделить на первичные и вторичные. К первой группе относятся те ресурсы, которые обеспечиваются аппаратными средствами, например: процессор, память - оперативная и внешняя, устройства и каналы ввода-вывода и т.п. Ко второй группе - ресурсы, порождаемые ОС, например, системные коды и структуры данных, файлы, семафоры, очереди и т.п. В последнее время в связи с развитием распределенных вычислений и распределенного хранения данных все большее значение приобретают такие ресурсы как данные и сообщения.
В [8] приведено около десятка определений термина "процесс", из которых автор выбирает: "программа в стадии выполнения". Это определение близко к тому, что интуитивно понимают под "процессом" программисты, но оно не является строгим. Более строгое определение процесса, которое дает терминологический стандарт, представляется нам гораздо более удачным, поэтому ниже мы приводим его полностью.
"Процесс обработки данных - система действий, реализующая определенную функцию в системе обработки информации и оформленная так, что управляющая программа данной системы может перераспределять ресурсы этой системы в целях обеспечения мультипрограммирования.
Примечания:
- Процесс характеризуется состояниями, которые определяются наличием тех или иных ресурсов в распоряжении процесса и, следовательно, возможностью фактически выполнять действия, относящиеся к процессу.
- Перераспределение ресурсов, выполняемое управляющей программой, влияет на продолжительность процесса обработки данных, но не на его конечный результат.
- Процесс оформляют с помощью специальных структур управляющих данных, которыми манипулирует управляющий механизм.
- В конкретных системах обработки информации встречаются разновидности процессов, которые различаются способом оформления и составом ресурсов, назначаемых процессу и отнимаемых у него, и допускается вводить специальные названия для таких разновидностей, как, например, задача в операционной системе ОС ЕС ЭВМ" [4].
(В соответствии со сложившейся в литературе традицией, мы часто будем употреблять термин "задача" как синоним термина "процесс".)
На примечания к определению процесса мы обратим внимание позже, а пока сосредоточимся на основной его части. С точки зрения ОС процесс - это "юридическое лицо", которое получает в свое распоряжение ресурсы. Процесс может иметь сложную структуру, но его составные части либо оформляются как отдельные процессы и тогда предстают перед ОС как независимые от процесса-родителя "юридические лица", либо используют ресурсы от имени всего процесса и тогда они "невидимы" для ОС. (Промежуточный случай - нити - мы рассматриваем в главе 4)
Такой взгляд на разработку и анализ ОС сложился в конце 60-х - начале 70-х годов, в значительной степени под влиянием ОС Unix [5, 24], в которой принцип процессов и ресурсов реализован наиболее последовательно и изящно. Большое количество изданий, посвященных ОС и отражающих как эмпирический (например, [8, 14, 27]), так и аналитический (например, [1, 2, 12]) подходы, разделяет именно такой взгляд. Следование принципу процессов-ресурсов позволяет структурировать изучение ОС в виде таблицы, приведенной на рисунке 1.1. Столбцами этой таблицы являются классы ресурсов, которыми управляют ОС, а строками - конкретные ОС.
